ЛЕКЦИЯ №1

Человечество включилось в общеисторический процесс, называемый информатизацией. Усложнение производственных отношений, возникновение глобальных проблем, решение которых прежними, хорошо известными средствами невозможно, поста­вило человечество перед необходимостью найти способ преодо­ления ограниченности естественных ресурсов среды своего оби­тания.

В создавшихся условиях информация становится главным ре­сурсом научно-технического и социально-экономического разви­тия мирового сообщества и существенно влияет на ускоренное развитие науки, техники и различных отраслей хозяйства, играет значительную роль в процессах образования, общения между людь­ми, в других социальных областях.

Информатизация — это система взаимосвязанных процессов:

• информационного, обеспечивающего представление всей социально значимой информации в форме, доступной для хранения, обработки и передачи электронными средствами;

• познавательного, направленного на формирование и со­хранение целостной информационной модели мира, позволяю­щей обществу осуществлять регулирование своего развития на всех уровнях — от индивидуальной деятельности до функционирова­ния общечеловеческих институтов;

•  материального, формирующего глобальную инфраструк­туру электронных средств хранения, обработки и передачи ин­формации.

Информатизация современного общества влечет за собой:

• увеличение числа работников, занятых в информационной сфере, а также появление новых профессий, связанных с перера­боткой информации;
• интеллектуализацию многих видов труда и повышение требо­ваний к общеобразовательной и профессиональной подготовке спе­циалистов на основе информационных технологий;
• создание новых наукоемких технологий для производства тех­нических средств информатизации;
• другие социальные последствия.

В науке, технике и в жизни современного общества информаци­онные процессы (сбор, обмен, накопление, хранение, обработка и выдача информации) играют важную роль. Они осуществляются на базе технических средств информатизации.

Диапазон современных технических средств информатизации крайне широк: от компьютера с привычными периферийными устройствами до средств связи, устройств копирования и уничто­жения документов. Не менее разнообразны физические принци­пы, положенные в основу функционирования этих устройств. Специалисты в области автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем, в какой бы области они ни работали, должны не только выступать в каче­стве пользователей, но и быть знакомы с принципом действия, конструкцией, технологией производства, правилами эксплуата­ции и основами выбора технических средств информатизации.

Характерной особенностью технических средств информати­зации являются постоянное развитие, совершенствование, по­явление новых устройств, реализующих ранее невиданные воз­можности. Некоторые образцы техники морально устаревают, не успев попасть на рынок.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ

ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИНФОРМАТИЗАЦИИ

Технические средства информатизации —

аппаратный базис информационных технологий

В процессе своего развития человеческое общество прошло этапы проникновения в тайны материи, научилось управлять различны­ми видами энергии и, наконец, вступило в эпоху информатиза­ции. До середины XIX в., когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, средства информатизации пред­ставляли собой перо, чернильницу и бумагу. На смену примитив­ным средствам информационной техники в конце XIX в. пришли механические: пишущая машинка, телефон, телеграф, что по­служило базой для принципиальных изменений в технологии об­работки информации. Лишь спустя много лет информационные процессы запоминания и передачи информации были дополнены процессами ее обработки. Это стало возможным с появлением во второй половине XX в. такой информационной техники, как элек­тронные вычислительные машины (ЭВМ), положившие начало информационным технологиям.

Информационные технологии базируются на следующих тех­нических достижениях:

• новые средства накопления информации на машиночитаемых носителях (магнитные ленты, кинофильмы, магнитные и лазер­ные диски и т.п.);
• системы дистанционной передачи информации (локальные вычислительные сети, сети передачи данных, телефонная сеть, радиосвязь, спутниковая связь и др.);
• автоматизированная обработка информации с помощью ком­пьютера по заданным алгоритмам.

Естественно, что информационные технологии строятся на сочетании аппаратных средств, программных средств и творче­ской мысли создателей как этих средств, так и компьютерных тех­нологий.

Специалисты называют аппаратные средства компьютерной техники Hardware (скобяные товары или жесткая проволока), а программное обеспечение — Software (мягкая проволока). Сочета­ние «Hardware & Software», переводимое как «твердый и мягкий», — профессиональный термин. В России программы на профессио­нальном сленге иногда называют новым словом «софтвер», а компьютер и периферию — «железом». Приоритетность роли программных или аппаратных средств в информационных технологиях не подлежит обсуждению, поскольку без программного обеспечения любой самый совершенный компьютер представляет собой набор электронных плат.

Технические средства информатизации представляют собой совокупность компьютерной техники и ее периферийных уст­ройств — Hardware, обеспечивающих сбор, хранение и перера­ботку информации, и коммуникационной техники (телефон, те­леграф, радио, телевидение, спутниковая связь, сети ЭВМ), осу­ществляющей дистанционную передачу информации.

Создание электронно-вычислительных машин в середине XX в. является одним из самых выдающихся достижений в истории че­ловечества. Постоянное развитие индустрии компьютерной тех­ники и других технических средств информатизации за короткий срок превратилось в один из определяющих факторов научно-тех­нического прогресса. Многие крупные научно-технические про­екты современности в области космических исследований, атом­ной энергетики, экологии не могли бы претворяться в жизнь без применения технических средств информатизации. На протяже­нии последних десятилетий информационные технологии, бази­рующиеся на современных технических средствах информатиза­ции, все активней вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. Несомненна тесная взаимосвязь совершенствования программного обеспечения, технических средств информатизации и наукоемких технологий, на базе которых они производятся. Раз­работка нового программного обеспечения требует создания все более совершенных технических средств, что, в свою очередь, стимулирует разработку новых высокопроизводительных и эконо­мичных технологических процессов для производства техничес­ких средств информатизации.

Количество информации.

Единицы измерения количества информации

При обработке информации с помощью технических средств удобно пользоваться распространенным в информатике подходом < понятию «информация» как мере уменьшения неопределенности.

Для количественного определения любой величины необходи­мо выбрать единицу измерения. Известно, что единицей измере­ния длины является метр, массы — килограмм. За единицу коли-гества информации бит принято такое ее количество, которое гмеет место при уменьшении неопределенности в два раза.

В компьютере информация представлена в двоичном коде, т. е. га машинном языке, алфавит которого состоит из двух цифр (0 и 1). Эти цифры представляют собой по сути два равновероятных состояния. При записи одного двоичного разряда реализуется выбор одного из двух возможных состояний (одной из двух цифр), т.е. неопределенность уменьшается в два раза. Отсюда следует, что один двоичный разряд несет количество информации в 1 бит. При этом количество информации в битах равно количеству двоичных разрядов.

С другой стороны, число различных цифр N, которое можно записать с помощью двоичных разрядов:

N=2'.

В Международной системе единиц СИ в качестве множителя кратных единиц используется коэффициент 10ⁿ, например при n = 3, 6, 9, соответственно в названиях этих единиц применяются десятичные приставки: кило, мега, гига. В информатике наиболее употребляемой единицей измерения количества информации яв­ляется байт, причем 1 байт =8 бит.

Производные единицы измерения количества информации сле­дующие:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт; 1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт = 1024 Кбайт.

Способы представления информации для ввода в ЭВМ 

Современные технические средства информатизации выпол­няют функции обработки и хранения числовой, текстовой, гра­фической, звуковой и видеоинформации с помощью компьютера. Для работы с информацией, столь разной по физической сущно­сти, необходимо привести ее к единой форме. Все эти виды инфор­мации кодируются в последовательности электрических импульсов: есть импульс — 1, нет импульса — 0, т.е. в последовательности нулей и единиц. Такое кодирование информации в компьютере называется двоичным кодированием, а логические последова­тельности нулей и единиц — машинным языком.

Двоичное кодирование числовой информации заключается в том, что числа в компьютере представлены в виде последовательно­стей 0 и 1, или бит. В начале 1980-х гг. процессоры компьютеров были 8-разрядными, за один такт работы процессора компьютер мог обработать 8 бит, т.е. максимальное обрабатываемое целое десятичное число не могло превышать 11111111 в двоичной систе­ме. При дальнейшем повышении разрядности процессоров до 64-разрядных возросла и величина максимального числа, обрабаты­ваемого за один такт.

Двоичное кодирование текстовой информации используют для кодирования каждого символа 1 байт (8 двоичных разрядов), что позволяет закодировать N= 2⁸ = 256 различных символов, которых обычно бывает достаточно для представления текстовой инфор­мации: прописные и заглавные буквы русского и латинского ал­фавита, цифры, знаки, графические символы. Присвоение сим­волу конкретного двоичного кода произведено в соответствии с принятым соглашением, зафиксированным в кодовой таблице.

В различных кодировках одному и тому же двоичному коду со­ответствуют различные символы. Каждая кодировка задается сво­ей собственной кодовой таблицей.

В задачу пользователя не входит решение проблемы перекоди­ровки текстовых документов. При работе в приложениях Windows предусмотрена возможность автоматической перекодировки до­кументов, созданных в приложениях MS-DOS. При работе в Internet с использованием броузеров Internet Explorer и Netscape Communication происходит автоматическая перекодировка Web-страниц.

При двоичном кодировании текстовой информации каждому символу соответствуют своя уникальная последовательность из восьми нулей и единиц, свой уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (десятичный код от 0 до 255).

Первые 33 кода (с 0 по 32) соответствуют не символам, а опе­рациям (перевод строки, ввод пробела и т.д.). Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латин­ского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и зна­кам препинания. Коды с 128 по 255 являются национальными, т.е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.

В настоящее время существуют пять различных кодовых таблиц для русских букв, поэтому тексты, созданные в одной кодировке, не будут аналогично отображаться в другой.

Одним из первых стандартов кодирования русских букв на ком­пьютерах был код КОИ-8 (код обмена информацией 8-битный), который применяется на компьютерах с операционной системой UNIX.

Наиболее распространенной является стандартная кирилличе­ская кодировка Microsoft Windows, обозначаемая СР1251 (СР — Code Page — кодовая страница), которую поддерживают все Windows-приложения, работающие с русским языком.

В среде операционной системы MS-DOS используется «альтер­нативная» кодировка, в терминологии фирмы Microsoft — коди­ровка СР866.

Для компьютеров Macintosh фирма Apple разработала свою собственную кодировку русских букв (Мае).

Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка кодировку, называемую ISO 8859-5.

Новый международный стандарт Unicode отводит на каждый символ не один байт, а два, и потому с его помощью можно закодировать не 256 символов, a N= 2¹⁶= 65 536 различных симво­лов. Эту кодировку поддерживает платформа Microsoft Windows -@ Office 97.

Двоичное кодирование графической информации представляет со­бой достаточно сложный процесс, поскольку такая информация весьма разнообразна: от простых чертежей до видеофильмов. Од­нако любая графическая информация на экране монитора пред­ставляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселов). В случае обычного черно-белого изображения (без гра­даций серого цвета) каждая точка экрана может иметь лишь два состояния — «черная» или «белая», т.е. для хранения ее состояния необходим 1 бит.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, определяемую числом бит на точку: 4, 8, 16, 24. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, и тогда по формуле N= 2ⁱ может быть вычислено количество цветов, отобра­жаемых на экране монитора.

Размер изображения определяется числом точек по горизонта­ли и по вертикали. В современных персональных компьютерах (ПК) обычно используются четыре основных размера изображения, или разрешающих способностей экрана: 640 х 480, 800 х 600, 1024 х 768 и 1280 х 1024 точки.

Графический режим вывода изображения на экран определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета. Полная информация о всех точках изображения, хранящаяся в видеопа­мяти, называется битовой картой изображения.

Для формирования на экране монитора графического изобра­жения любого типа в видеопамяти компьютера должна храниться информация о каждой его точке, глубине ее цвета. Необходимый для этого объем видеопамяти рассчитывается следующим обра­зом:

объем видеопамяти = число точек х глубина цвета.

Например, для графического режима 800x600 точек и глубине цвета 16 бит на точку требуемый объем видеопамяти будет равен 800 х 600 х 16 бит = 7 680 000 бит = 960 000 байт = 937,5 Кбайт.

При компьютерной обработке так называемого «живого видео», т.е. видеоизображения естественных объектов, представляющих собой отдельные кадры, сменяющие друг друга с частотой 25 Гц, производится двоичное кодирование и запоминание в видеопа­мяти графической информации каждого кадра.

Двоичное кодирование звуковой информации по сути представля­ет собой двоичное кодирование непрерывного звукового сигнала после его дискретизации, т.е. преобразования в последовательность электрических импульсов — выборок. Все этапы преобразо­вания звукового сигнала в цифровой вид подробно рассмотрены в гл. 5. Точность процедуры двоичного кодирования определяется числом дискретных значений, которое может обеспечить звуко­вая система компьютера (звуковая карта), и числом дискретных выборок, выполненных за одну секунду.

Классификация технических средств информатизации 

Современные технические средства информатизации в общем случае можно представить в виде информационно-вычислитель­ного комплекса, содержащего собственно компьютер с его ос­новными устройствами, а также дополнительные, или перифе­рийные устройства. Классификация технических средств инфор­матизации дана на рис. 1.1.

К числу основных устройств персонального компьютера, располагающихся в его системном блоке, относят материн­скую плату, процессор, видеоадаптер (видеокарту), звуковую карту, средства обработки видеосигнала, оперативную память, TV-тюнер. В системном блоке располагаются также приводы и дисководы для накопителей информации различных типов: на гибких и жестких дисках, компакт-дисках типа CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Все разнообразие функций, выполняемых периферийными уст­ройствами при решении различных задач, можно разделить на несколько групп, как показано на рис. 1.1.

Устройства отображения информации служат для обработки видеоинформации и ее представления для визуального восприя­тия. Это прежде всего мониторы, изготовленные на базе широко­го спектра современных технологий. Формирование объемных изоб­ражений осуществляется с помощью шлемов виртуальной реаль­ности, 3D-O4KOB и ЗО-мониторов различного принципа действия. Для решения задач, связанных с демонстрацией информации на экране для большой аудитории, применяют оверхед-проекторы, жидкокристаллические панели и мультимедийные проекторы. Для обеспечения взаимосвязи между компьютером и устройством ото­бражения информации служит видеоадаптер, выполняющий пре­образование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. Для компьютерной обработки сигналов таких устройств, как телеви­зионный тюнер, видеомагнитофон, видеокамера, т. е. преобразова­ния их из аналоговой в цифровую форму, применяют специальные средства обработки видеосигнала, например, видеобластер.

Звуковая и акустическая системы компьютера обеспечивают обработку и воспроизведение аудиоинформации.

Устройства ввода информации представляют собой совокупность устройств управления и ввода данных. Эти функции выполняют клавиатура, мышь, джойстик. Для ввода информации в ПК все более широко применяются световое перо, сканер, цифровая ка­мера, дигитайзер. Особым разнообразием конструктивных реше­ний отличаются сканеры. Они бывают планшетные, роликовые, барабанные, проекционные, ручные и многофункциональные.

Печатающие устройства (принтеры) служат для вывода на твер- • дые, как правило, бумажные носители текстовой информации. По принципу действия принтеры весьма разнообразны: ударные, струйные, лазерные, светодиодные, термические. Для вывода гра­фической информации в виде чертежей используют плоттеры. Функционирование пишущих блоков плоттеров основано на тех же принципах, что и принтеров, а по конструкции они подразде­ляются на планшетные и рулонные.

Средства телекоммуникаций предназначены для дистанционной передачи информации. К ним относятся пейджеры, радиотелефоны, персональные терминалы для спутниковой связи, обеспечивающие передачу звуковой и текстовой информации. Факсимильные аппа­раты, осуществляющие процесс дистанционной передачи изобра­жения и текста, подразделяются на термографические, электро­графические, струйные, лазерные, фотографические, электрохи­мические и электромеханические. Модемы в основном использу­ются для обмена информацией между компьютерами через теле­фонную линию и конструктивно выполняются как внешними, функционирующими автономно, так и внутренними, встраивае­мыми в аппаратуру.

Широко распространенными средствами работы с информаци­ей на твердых носителях являются многочисленные устройства копировальной техники: электрографические, термографические, диазографические, фотографические, электронно-графические. Для уничтожения конфиденциальной информации на твердых но­сителях используются специальные устройства — шреддеры.

Контрольные вопросы

1. Понятие информатизации общества.
2.  Функции Информатизации современного общества .

3.  Базовые установки информационных технологий.

4. Понятия Hardware  и  Software

5. Понятие и состав технических средств информатизации, схема классификации ТСИ.

6. Единицы измерения количества информации.

7. Способы представления информации для ввода в ЭВМ

8.. В чем разница между традиционными 8-битными кодировками и новой кодировкой Unicode?

9. Какие параметры определяют качество двоичного кодирования звука?

10. Каким образом производится двоичное кодирование графической информации?