Самостійне заняття №1

Тема: Інформатика та інформація

Мета: дидактична (навчальна): усвідомити значення інформатики; сформулювати поняття інформації та її властивостей; сформулювати поняття інформаційних процесів та технологій; узагальнити знання про способи передачі інформації; ознайомитись з математичними основами інформатики;

виховна: виховувати зацікавленість предметом Інформатики;

розвиваюча: розвивати механічну та оперативну пам’ять.

Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

1 Предмет інформатики

2 Поняття інформації, властивості інформації

3 Інформаційні процеси

4 Інформаційні технології

5 Способи передачі та збереження інформації. Носії інформації

6 Математичні основи інформатики. Кодування інформації

Література:

Зарецька І.Т. та ін. Інформатика: Підручник для 10-11 кл. загальноосвіт. навч. закладів – Х.: Факт, 2004. – 392 с.

Малярчук С.М. Основи інформатики у визначеннях, таблицях і схемах: Довідково-навчальний посібник – Х.: Веста, 2005. – 112 с.

Шестопалов Є.А., Пилипчук О.П., Табарчук І.В. Інформатика. Перший рік – єдиний курс. 9 клас. Навчальний посібник./ – Шепе­­тівка: «ПП Шестопалов», 2010. – 208 с.

Питання для самоконтролю:

1      Дайте визначення поняття «інформатика».

2      Назвіть головні завдання науки інформатики.

3      Як розуміти поняття «інформація»?

4      Назвіть форми подання інформації.

5      Що таке «дані»?

6      Опишіть процес передавання інформації.

7      Якими одиницями вимірюється обсяг даних?

8      У чому полягає двійкове кодування інформації?

9      Що містить кодова таблиця символів ASCII?

1 Предмет інформатики

Інформатика – це наука про інформацію та інформаційні про­цеси в природі та суспільстві, методи та засоби одержання, збері­гання, обробки, передавання, опрацювання, використання, захисту інфор­мації та управління інформаційними процесами.

Інформатика (інформаційна автоматика) сформувалась як наука завдяки розвитку комп’ютерної техніки. Саме вдосконалення комп’ютерів зробило інформатику не лише наукою, але й галуззю діяльності багатьох людей: творців обчислювальної техніки, розробників програмного забезпечення, авторів інформаційного наповнення (статей, художніх та музичних творів, відеоматеріалів тощо) та користувачів.

Головна функція інформатики полягає у розробці методів і засо­бів перетворення інформації.

Основними завданнями інформатики є:

· дослідження інформаційних процесів;

· розробка нових інформаційних технологій;

· створення апаратно-програмного забезпечення інформаційних систем.

Інформатика – наука, що інтенсивно розвивається та суттєво впливає на розвиток інших наук і технологій.

2 Поняття інформації, властивості інформації

Сучасне суспільство називають «інформаційним» – на­стільки великі обсяги інформації використовує сучасна людина. Є багато професій, представники яких отримують, обробляють, збе­рі­гають і пере­да­ють різноманітну інформацію, а також створюють технічні та програмні засоби для роботи з нею.

Поняття «інформація» (informatio, лат. – роз’яснення, обіз­на­ність) в інфор­­­матиці не має точного визначення, можна дати лише набли­­­жений його опис. Наприклад, такий:

Інформація – це відомості про об’єкти навколишнього світу, які сприймаються людиною, твариною, рослинним світом або спеціаль­ними пристроями.

Властивості інформації:

Цінність – максимально можлива користь для досягнення мети

Повнота – ступінь подробиць уявлень про об’єкт

Актуальність – відповідність поточному моменту часу

Об’єктивність – відображення зовнішнього світу, який існує незалежно від сприймача

Достовірність – правдивість уявлень про джерело інформації

Доступність (зрозумілість) – здатність споживача сприймати інформацію

3 Інформаційні процеси

Пошук, збирання, збере­ження, пере­давання, отримання, обробка, викорис­тання і захист інформації називають інформаційними процесами.

Наприклад, під час перепису населення обліковці заходять до всіх осель і збирають відомості про всіх людей, які мешкають там (вік, стать, освіта, фах, місце роботи тощо). Потім ці відомості передають у спеціальні центри для зберігання та обробки на ком­п’ютерах. Після обробки інформацію використовують державні установи для прий­няття економічних і політичних рішень.

4 Інформаційні технології

Збирання, обробка і передавання інформації з розвитком науки і тех­ніки стали вимагати спеціальних технологій.

Інформаційна технологія – це сукупність засобів і методів зби­рання, обробки, зберігання, передавання, захисту і використання даних.

Розглянемо простий приклад використання сучасних інформа­ційних технологій. Для реферату учень зібрав матеріали в бібліо­теках, наукових публікаціях, в Інтернеті, за допомогою текстового редактора набрав ці матеріали, сканером переніс в комп’ютер малюнки і креслення, надру­кував роботу на принтері або передав її електронною поштою.

Використання комп’ютера дозволило підвищити ефективність всіх інформаційних процесів.

5 Способи передачі та збереження інформації. Носії інформації

Інформація передається за допомогою повідомлень. Пові­дом­лення можуть бути усними, письмовими, мати вигляд малюн­ків, жестів, спеціальних знаків тощо.

Під повідомленням розуміють деяку сукупність сигналів, подраз­­ників.

Повідомлення може бути подане різними способами, в залеж­ності від систем, які його надсилають та сприймають.

Повідомлення бувають досить різноманітними і призна­ча­ються як для живих організмів, так і для машин, пристроїв тощо.

Приклади повідомлень різних видів:

· рух поплавка на воді для рибалки;

· дорожній знак для водія та пішохода;

· запах при виборі парфумів покупцем;

· відеофільм для глядача;

· сигнали радіозонду про стан атмосфери для синоптика;

· штрих-код на товарі для обробки касовим апаратом;

· пін-код для банкомату.

Дані – це подання інформації у формі, придатній для постійного зберігання, обробки й передавання.

Саме дані збирають, зберігають і перетворюють. Зібравши та обробивши дані, можна отримати нову інформацію.

Щоб обклеїти стіну шпалерами, майстер виміряв її довжину та висоту і отримав при цьому такі дані: висота – 2,7 м; ширина – 5 м. Обчисливши площу стіни, він знову отримав дані – 13,5 м². Дані про ширину, довжину та ціну рулону шпалер майстер отримав, зателе­фо­нувавши до магазину.

Зібраних даних вистачило для розрахунку необхідної кіль­кості рулонів шпалер та їх вартості, тобто для отримання нових даних.

Існують такі форми подання (або види) інформації: символьна, текс­това, графічна, звукова, відео тощо.

Символьна форма подання інформації є найбільш простою: у ній кожний символ має якесь значення. Наприклад: червоне світло світло­фора, покажчики повороту на транспортних засобах, різні жести, скорочення і позначення у формулах тощо.

В якості символів використовують букви, цифри, знаки, світ­лові сигнали, сигнали прапорцями на морі, покажчики приладів тощо. Кожний символ має певне значення. Наприклад: літера V може означати об’єм або римську цифру 5; дорожній знак з літерою  «Р» означає «Місце стоянки».

Текстова форма є найбільш поширеною формою подання інформації. Ця форма передбачає, що символи (цифри, літери, зна­ки), розташовані за певними правилами, утворюють слова, які, у свою чергу, утворюють речення. Текстова інформація вико­рис­тову­ється у книжках, брошурах, газетах, журналах тощо.

До графічної форми належать фотографії, карти­ни, крес­лення, гра­фіки то­що. Гра­фічна фор­ма більш інформа­тивна, ніж текстова або сим­вольна. Напри­клад, кар­тина Іллі Рєпі­на «Запо­рожці пи­шуть листа ту­ре­ць­­кому султану» дає гля­да­чеві ба­гато відо­мос­тей про своїх героїв (по­бут, об­лич­чя, ха­рак­тери, зброя, одяг та інше).

Інформація може бути подана різними способа­ми: літерами і знаками, жеста­ми, нотами, малюн­ками, картинами, скульптурами, звуко­записом, відеозаписом, кінофільмами тощо.

Люди спілкуються, одержують інформацію від одних людей і передають її іншим. Очевидним є те, що інформація передається від джерела до приймача за допомогою каналу передавання.

Джерелами інформації є природні об’єкти (пла­нети, зірки, люди, тварини, рослини, поля, ліси, гори...), книжки, газе­ти, жур­нали, малюнки, наукові експерименти, конструкторські розроб­ки, процеси випробовування нових матеріалів і приладів тощо.

Каналами передавання виступають світлові, звукові, елект­ричні сигнали, електромагнітні хвилі тощо. Щоб передати інфор­мацію на значні відстані використовують технічні засоби: телефон, теле­тайп (передавання текстів), телефакс (пере­давання зображень доку­ментів), модем (передавання комп’ютерних даних).

Приймачами (споживачами) інформації найчастіше бувають люди, тварини, рослини, різного роду знаряддя, прилади і машини.

Приклади передавання інформації:

· гучномовець (джерело) за допомогою звукових хвиль (канал передавання) передає новини слухачам (приймачам);

· на комп’ютері з диска-джерела переписується відеофільм або музика на диск-приймач через електромагнітний та оптичний канали передавання.

6 Математичні основи інформатики. Кодування інформації

Для передавання інформації за допомогою технічних прила­дів її необхідно закодувати відповідно до природи каналу переда­вання.

Розглянемо два способи подання повідомлень:

· телефонна розмова (звукові сигнали) коду­ється в електричні сигнали, які передаються до співрозмовника через мережу і там знову перетворюються (декодуються) у звукові сигнали.

· повідомлення «Стій!», «Увага!», «Рухайся» кодуються відпо­від­ними кольорами і через світлофор передається людині. У мозку людини сигнал декодується.

Кодування – це перетворення інформації без зміни її змісту за допомогою певного коду.
Код – це набір правил перетворення для кодування.

Найпростіший код для текстових повідомлень отримують так: запису­ють алфавіт і всі букви нумерують за порядком:

А – 01	Д – 06	И – 11	Л – 16	Р – 21	Х – 26	Ь – 31
Б – 02	Е – 07	І – 12	М – 17	С – 22	Ц – 27	Ю – 32
В – 03	Є – 08	Ї – 13	Н – 18	Т – 23	Ч – 28	Я – 33
Г – 04	Ж – 09	Й – 14	О – 19	У – 24	Ш – 29	пропуск – 34
Ґ – 05	З – 10	К – 15	П – 20	Ф – 25	Щ – 30

За допомогою цієї кодової таблиці можна написати закодо­вану записку, де букви замінені відповідними числами.

Наприклад, таку:

03

01

22

33

34

06

01

14

34

22

20

11

22

01

23

11

34

01

16

04

07

02

21

24

Для декодування отриманого повідомлення одержувач пови­нен скористатися цією ж кодовою таблицею.

У комп’ютері повідомлення передають електричними або магнітними сигналами, що набувають лише двох значень: 0 – вимкнуто (нема струму, роз­маг­нічено) або 1 – увімкнуто (є струм, намагнічено).

За допомогою цих двох символів – нуля і одиниці – кодують будь-яку ін­фор­мацію, що обробляє комп’ютер. Такий код має назву «двійковий». При двійковому кодуванні кожен зі знаків (0 або 1) називають бітом (скор. англ. binary digit – двійкова цифра).

Двійкове коду­вання є найпростішим для техніч­ної реалізації, а отже й для побу­дови пристроїв, що обробляють інфор­мацію – комп’ютерів.

Якщо скористатись згаданим методом кодування, то цифр 0  та 1 вистачить для позначення лише двох символів. Тому засто­совують кодування комбі­нацією із кількох нулів і одиниць. Взявши по два знаки (00, 01, 10, 11), можна закодувати вже 2²=4 різні символи. Тризначний код дає 2³=8 комбінацій, чотири­значний – 2⁴=16.

Отже, для обробки комп’ютером літер алфавіту, цифр і розділових знаків, спеціальних символів тощо потрібні багато­значні коди.

Усі символи, які використовує комп’ютер, зведені в табли­цю і пронумеровані десятковими числами. Якщо поруч вказати двійко­вий код кожного символу – отримаємо кодову таблицю символів.

Наприклад, існує код ASCII (American Standard Code for Information Interchange – американський стандартний код для обміну інформацією), розрахований на 128 символів. Код кожного символу у ньому – це послідовність з 7 бітів.

Таблиця ASCII включає: службові коди від 0 до 31 та символи з кодами від 32 до 127 (розділові, математичні та інші знаки, великі та малі англійські літери).

Для кодування українських літер або інших національних алфавітів цю таблицю розширюють до 256 символів (8-значне кодування). На початку двійкових кодів з таблиці ASCII дописують 0, а в другій половині таблиці всі коди починаються з 1. Саме в цій частині розміщують українські літери, графічні символи для побудови таблиць тощо.

Для кодування інформації в комп’ютерах використову­ється восьмизначний двійковий код.

Він має 2⁸=256 різних комбінацій. Такої кількості символів вистачає для кодування літер, цифр, розділових знаків, а також графічних елементів. Малюн­ки і звуки кодуються тими ж комбіна­ціями, але перед ними стоїть спеціаль­на кодова послідовність, яка вказує на характер даних.

Приклади кодів: 00100001 – знак оклику «!»; 01001101 – англійська буква M; 10001100 – українська буква М; 10011101 – російська буква Э.

Послідовність із 8 двійкових розрядів (бітів) називають байтом.

За допомогою комп’ютера обробляється різ­но­манітна інфор­мація: числа, текст, малюнки, схеми, фотографії, музика, відеокліпи та кінофільми. І яка б інформація не оброб­лялась, вона завжди кодується байтами.

Визначимо відмінність між надрукованим текстом книги і текстом, занесе­ним в комп’ютер. Коли відкриваємо книгу, то бачимо зображення символів, сформованих дрібними крих­тами друкарської фарби. А якщо ж «відкриємо» пам’ять комп’ютера, то «побачимо» коди літер, складені з нулів та одиниць.

Звичайний текст в комп’ютері є послідовністю кодів. Тобто замість кож­ної літери тексту зберіга­ється її двійковий код. І тільки при виведенні тексту у зовнішнє середовище (на папір або екран монітора) проводиться форму­вання звичних на вигляд літер.

Так само проводиться обробка кодів графічної, звукової та відеоінформації.

Номер	Двійковий код	Символ	Номер	Двійковий код	Символ	Номер	Двійковий код	Символ
128	10000000	А	139	10001011	Л	150	10010110	Ц
129	10000001	Б	140	10001100	М	151	10010111	Ч
130	10000010	В	141	10001101	Н	152	10011000	Ш
131	10000011	Г	142	10001110	О	153	10011001	Щ
132	10000100	Д	143	10001111	П	154	10011010	Ї
133	10000101	Е	144	10010000	Р	155	10011011	І
134	10000110	Ж	145	10010001	С	156	10011100	Ь
135	10000111	З	146	10010010	Т	157	10011101	Є
136	10001000	И	147	10010011	У	158	10011110	Ю
137	10001001	Й	148	10010100	Ф	159	10011111	Я
138	10001010	К	149	10010101	Х	160	10100000	а

В сучасних програмах розповсюджене кодування символів 16‑бітним кодом UNICODE. Код кожного символу в ньому складається з 2 байтів і належить проміжку від 0 до 65535, що дозволяє закодувати алфавіти практично всіх мов світу.

Обсяг даних вимі­рюється довжиною двійкового коду. Найко­рот­ший двійковий код складається з одного біта, таким чином: біт – найменша одиниця обсягу даних.

На практиці зручніше користуватися більшими одиницями. Зважаючи на поширеність 8-значного двійкового кодування, обсяг даних вимірюється кількістю байтів
у коді повідомлення (текстового, графічного тощо).

Наприклад, текст «Андрій грає у футбол», при однобайтному кодуванні тексту, має обсяг 20 байтів. Зверніть увагу, що у тексті розділові знаки і «пропуски» – теж символи, що мають свої коди.

Припустимо, що на сторінці є 56 рядків по 64 символи у рядку. Підрахуємо обсяг даних на сторінці: 56´64 = 3584 байт.

Для вимірювання великих обсягів даних використовують такі одиниці: кілобайти (КБ), мегабайти (МБ), гігабайти (ГБ) і терабайти (ТБ). В інформатиці префікси кіло-, мега-, гіга-, тера- мають дещо інший зміст, ніж в інших науках.

Кіло- – префікс, що позначає коефіцієнт 2¹⁰ = 1024.

Таким чином:

1 КБ (кілобайт)           = 2¹⁰ байтам               = 1024 байтам

1 МБ (мегабайт)          = 2¹⁰ КБ                      = 1024 КБ

1 ГБ (гігабайт)             = 2¹⁰ МБ                     = 1024 МБ

1 ТБ (терабайт)            = 2¹⁰ ГБ                       = 1024 ГБ

Щоб приблизно підрахувати обсяг даних у книзі, необ­хідно кількість символів на одній сторінці помножити на кількість сторінок. Нехай книжка має 256 сторінок по 3584 байти на сто­рінці. Обсяг даних такої книги:

3584 байти × 256= 917504 байт = 896 КБ = 0,875 МБ.