Файл: Способы представления данных в информационных системах (подробно).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей частью такой науки как информатики является теория информации, что занимается изучением принципов информации как таковой, появлением ее, развитием и уничтожением. Для этой науки очень близко примыкают разные теории, в задачи которых входит изучение разных форм представления информации в ее передаче по самым различным каналам связи.

Тема, рассматриваемая в данной курсовой работе актуальна, поскольку информация – это одна из самых первых сущностей для программистов и разработчиков программ, а методы их представления играют одну из самых важных ролей при создании информационных систем.

На первый взгляд понятие данных – это очень сложное дело, с которым далеко не всем справиться. Но все это может рассматриваться как увлекательный и захватывающий процесс.

Разные учащиеся с удовольствием изучают методы расшифровки данных, создают собственные шифры, изучают и рассматривают устройства по передаче информации на большие расстояния, получившие свое последующее развитие еще в эпоху Возрождения.

Целью работы является описание принципов представления данных в информационных системах.

Исходя из цели, в работе необходимо выполнить задачи:

– рассмотреть основные понятия по теории информации;

– рассмотреть основные определения и структуру информационных систем;

– дать характеристику признакам классификации информационных систем;

– описать основные модели представления и хранения данных;

– рассмотреть основные способы представления данных в информационных системах.

Объектом исследования является теория проектирования информационных систем.

Предмет исследования – методы представления данных в информационных системах.

По мере развития современной вычислительной техники возникали также разные методики обработки данных, которые исследовались разными учеными: Динман М.И., Р. Лафоре, Харви Дейтел.

1.ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ, СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ

1.1.Основные определения

Информация – сведения об объектах или явлениях окружающей среды, а также их параметрах, свойствах, состояниях, которые уменьшают уже имеющуюся степень неопределенности или неполноты знаний. [5]

В процессе обработки данных информация может менять структуру или форму. Признаком такой структуры являются элементы специальной информации, а также их взаимосвязь.

Все формы представления информации также могут быть различны. Главными из них являются следующие:

– символьная;

– жестов и мимики;

– текстовая;

– световых и звуковых сигналов;

– графическая;

– электрических или нервных импульсов;

– радиоволн;

– магнитных записей;

– запахов или вкусовых ощущений и т.п.

В нынешней повседневной практике такие основные понятия, как информация или данные, часто рассматриваются в качестве синонимов. На самом деле имеются между ними существенные различия. [5]

Данными является информация, представленная в самом удобном для их обработки виде. Все данные могут быть также представлены в виде текстов, графики, аудиовизуального ряда. [10]

Любое представление данных называется специальным языком информатики, что представляются совокупностью символов, соглашений и определенных правил, используемых для тесного общения, отображения, а также передачи информации в цифровом виде.

Информация может классифицироваться по следующим признакам (рисунок 1):

Рис. 1. Классификация информации

Все люди имеют дело со многими видами информации. Когда услышав прогноз погоды, можно также записать его в персональный компьютер, чтобы затем им воспользоваться. [8]

В персональный компьютер можно поместить и фотографию своего друга, и видеосъемку о проведенных каникулах. Но ввести в персональный компьютер вкус мороженого или же мягкость покрывала – нельзя.

Компьютером является электронная машина, которая выполняет работу с сигналами. Компьютер также может работать лишь с такой информацией, что можно превратить в некоторые сигналы. Если бы все люди умели превращать в специальные сигналы вкус и запах, то персональный компьютер мог бы работать с такой информацией. [3]

Для компьютера очень хорошо может получаться работать с числами и символами. Он может делать все, что угодно с ними. Все числа в персональный компьютер закодированы «двоичным кодом», представлены с помощью двух символов 1 или 0, которые легко представлены сигналами. [7]

Вся информация, с которой работает персональный компьютер, кодируется числами. Независимо от этого, графическая, текстовая, звуковая ли эта информация, что ее мог бы обрабатывать центральный процессор персонального компьютера она должна тем и иным образом представлена числами.

Для преобразования числовой, графической, текстовой, звуковой информации в двоичный код необходимо применить принцип кодирования

Кодирование – преобразование данных из одного типа через информацию другого типа. [14]

В персональный компьютер применяется система для двоичного кодирования, основанная на принципах представления данных последовательностью 2-х знаков: 1 или 0, которые называются еще двоичными цифрами.

Множество символов, что используются при записи текста, называют алфавитом. Количество таких символов в алфавите называют его мощностью.

Для такого представления информации на персональном компьютере в виде текстов чаще всего используется специальный алфавит мощностью в 256 символов.

Один символ с такого алфавита несет сразу 8 бит информации, поскольку 28 = 256.

Но также 8 бит составляют и один байт, следовательно, бинарный код каждого символа будет занимать только 1 байт памяти персонального компьютера. Все символы этого алфавита пронумерованы с 0 до 255, каждому номеру соответствует свой 8-разрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. [13]

Такой код является порядковым значением символа в бинарной системе счисления.

Для самых разных типов персональных компьютеров и операционных систем используются различные таблицы для кодировки, отличающиеся порядком размещения всех символов алфавита в таблице. Международным стандартом для представления данных в персональных компьютерах является таблица ASCII.

Принцип последовательного процесса кодирования алфавита заключается также в том, что в приведенной кодовой таблице ASCII все латинские буквы (и прописные, и строчные) располагаются только в алфавитном порядке. [11]

Непосредственное расположение цифр также может быть упорядочено в направлении возрастания значений.

Стандартными в такой таблице являются лишь первые 128 символов, это символы с номерами с нуля (бинарный код 00000000) и до 127 (01111111). [7]

Входят сюда буквы латинского алфавита, знаки препинания, цифры, скобки и некоторые иные символы. Остальные 128 символов, начиная с 128 (код 10000000) и кончая значением 255 (11111111), используются только для кодировки букв для национальных алфавитов, символов из псевдографики и разных научных символов.

Сейчас есть несколько различных таблиц для кодировки русских букв (СР-1251, СР-866, КОИ-8, Mac, ISO), причем все тексты, созданные также в одной из кодировок, могут неправильно отображаться также в другой. Решается такая проблема с использованием специальных программ перевода текстов из одной кодировки сразу в другую.

В операционной системе Windows пришлось передвинуть также русские буквы в таблицах на место псевдографики, получили кодировку Win-1251.

В течение многого времени термины «байт» и «символ» стали почти синонимами. Но, в конце концов, было ясно, что сразу 256 различных символов – не очень много. [5]

Математикам надо использовать в формулах также специальные математические знаки, а переводчикам необходимо создавать иногда тексты, где могут встречаться символы из самых различных алфавитов, экономистам надобны символы валют (£, $, ¥).

Для решения такой проблемы была разработана универсальная система для кодирования текстовой информации под названием Unicode. В данной кодировке для каждого символа будет отводиться не один, а сразу два байта, то есть шестнадцать бит.

Графический формат – способ записи графических данных. Графические форматы файлов также предназначены для хранения разных изображений, таких как рисунки и фотографии. [6]

Под кодированием понимают процесс присвоения условных кодов признакам объектов. Процесс кодирования используется для представления данных в персональном компьютере при хранении, обработке и передаче информации. Вопросам кодирования, связанным с хранением и передачей данных (представление в персональном компьютере, шифрование, сжатие и помехозащищённость), посвящены соответствующие главы теории информации. [2]

Код строится на основании алфавита, что может состоять из букв, цифр и иных символов. Наибольшее распространение для обработки информации с использованием ЭВМ получили специальные цифровые коды. Код может характеризоваться длиной, структурой или степенью информативности.

Длина – это количество позиций в коде.

Структура – порядок расположения символов в кодах, используемых в обозначении классификационного признака.

Степени информативности – отношение числа закодированных признаков к длине кода.

К системам для кодирования также предъявляются и следующие требования: [4]

– отображение необходимой информации об объектах;

– идентификация каждого из объектов кодируемого множества;

– достаточная их гибкость и резерв для кодовых обозначений при самой минимальной длине;

– ориентация на обработку информации в автоматическом режиме и возможность обнаружения ошибок.

Все системы кодирования информации распределяют на два основных вида (рисунок 2):

– регистрационные системы кодирования, что не требуют предварительной классификации;

– классификационные системы кодирования, что ориентированы на выполнение предварительной классификации для объектов. [14]

Рис.2. Классификация систем кодирования

Особо надо выделить комбинированные системы для кодирования, представляющие собой совокупность нескольких различных систем для кодирования. Они используются также для кодирования больших объектов, которые можно сгруппировать по нескольким из подчинённых или независимых признаков. Комбинированные системы дают возможность получать более информативный код. [2]

1.2.Количественные и качественные характеристики информации. Свойства информации

Рассмотрим количественные характеристики информации (рисунок 3).

Рис.3. Количественная характеристика информации

Синтаксическая мера информации – мера количества информации, что оперирует с обезличенными данными, не выражающей смыслового отношения непосредственно к объекту. [11]

На таком синтаксическом уровне учитываются также тип носителя и метод представления информации, скорость ее передачи и обработки, а также размеры кодов информации.

Объём данных понимается в техническом понимании этого слова как некий информационный объём сообщения или же, как объём памяти, что необходимо для хранения таких сообщения без каких либо изменений.

Информационный объём для сообщения измеряется битами и равен количеству бинарных цифр («0» и «1»), которыми закодировано сообщение.

Семантическая мера информации – для измерения смыслового объема информации, т.е. количества ее на семантическом уровне, самого большого признание получила так называемая тезаурусная мера, что связывает семантические свойства со способностью пользователя как-то принимать поступившее сообщение. [5]

Для такого процесса используется понятие тезаурус.

Тезаурус – совокупность сведений, какими располагает пользователь и система.

Прагматическая мера информации определяет полезность информации (или ценность) для достижения конкретным пользователем поставленной цепи.

Мера также величина относительная, обусловленная разными особенностями использования такой информации в той и иной системе. [3]