Термин информация происходит от латинского слова informatio – разъяснение, изложение. Первоначальное значение этого термина – «сведения, передаваемые людьми устным, письменным или иным способом». В середине ХХ века термин «информация» превратился в общенаучное понятие, означающее обмен сведениями между людьми, между человеком и автоматом, между автоматами, а также обмен сигналами в животном и растительном мире.
В философском смысле информация есть отражение реального мира. Это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает.
В информатике под информацией понимается сообщение, снижающее степень неопределенности знаний о состоянии предметов или явлений и помогающее решить поставленную задачу.
Изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщений, называется сигналом.
Мы живем в материальном мире, состоящем из физических тел и физических полей. Физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергией и переходом ее из одной формы в другую. Для того чтобы в материальном мире происходил обмен информацией, ее преобразование и передача, должны существовать носитель информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Канал связи представляет собой среду, в которой происходит передача информации. Канал связи объединяет источник и получателя информации в единую информационную систему(рис. 1).
Подобные информационные системы существуют как в технических системах, так и в человеческом обществе и живой природе. Информационные системы можно разделить на естественные и искусственные. К первым относятся все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами являются информационные системы, созданные человеком.
Зарегистрированные сигналы называются данными. Для их регистрации с целью хранения и передачи необходим некоторый язык. Этот язык должен быть понятен как отправителю информации, так и ее получателю. Данные могут нести в себе информацию о событиях, происходящих в материальном мире. Однако данные не тождественны информации. Для получения информации нужен метод обработки данных. Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов их обработки.
Информация существует только в момент взаимодействия данных и методов. В остальное время она содержится в виде данных. Таким образом, во-первых, не существует информации самой по себе как некоторой самостоятельной сущности без ее носителя в виде некоторых материальных процессов, во-вторых, не существует информации безотносительно к субъекту, способному извлекать ее из полученного сообщения. Из одних и тех же данных разные получатели могут извлечь разную информацию в зависимости от адекватности методов их обработки.
Данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналов, вызванных изменениями в материальных телах и полях. В то же время методы являются субъективными, так как в их основе лежат алгоритмы, составленные людьми.
Получатель информации оценивает ее в зависимости от того, для решения какой задачи она будет использована. При оценке информации различают ее синтаксический, семантический и прагматический аспекты.
Передаваемое сообщение должно быть представлено в виде последовательности символов некоторого алфавита. Синтаксический аспект касается формальной правильности сообщения с точки зрения синтаксических правил используемого языка безотносительно к его содержанию.
Семантический аспект передает смысловое содержание информации и соотносит её с ранее имевшейся информацией. Знания об определенной предметной области фиксируются в форме тезауруса, то есть совокупности понятий и связей между ними. При получении информации тезаурус может изменяться. Степень этого изменения характеризует воспринятое количество информации. Семантический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации, т.е. определяет ценность информации.
Количество информации, содержащейся в некотором сообщении, можно оценить степенью изменения индивидуального тезауруса получателя под воздействием данного сообщения. Иными словами, количество информации, извлекаемой получателем из поступающих сообщений, зависит от степени подготовленности его тезауруса для восприятия такой информации. Если индивидуальный тезаурус получателя сообщения не пересекается с тезаурусом отправителя, то получатель не понимает сообщение и для него количество принятой информации равно нулю. Такая ситуация аналогична прослушиванию сообщения на неизвестном языке. Несомненно, что сообщение не лишено смысла, однако оно непонятно, а значит, не информативно. Если тезаурусы отправителя и получателя совпадают, то количество информации в сообщении также будет равно нулю, поскольку его получатель знает абсолютно всё о предмете. В этом случае сообщение не дает ему ничего нового. Сообщение несет информацию для получателя только в том случае, когда их тезаурусы пересекаются частично.
Человек сначала наблюдает некоторые факты, которые отображаются в виде набора данных. Здесь проявляется синтаксический аспект. Затем после структуризации этих данных формируется знание о наблюдаемых фактах, которое фиксируется на некотором языке. Это семантический аспект информации. Полученное знание и созданные на его основе информационные модели человек использует в своей практике для достижения поставленных целей.
В реальной жизни часто возникает ситуация, когда даже наличие полной информации не позволяет решить поставленную задачу. Прагматический аспект информации проявляется в возможности её практического использования.
Таким образом, не любое сообщение несет информацию. Для того чтобы сообщение несло некоторую информацию, и было полезно получателю, оно должно быть:
записано на некотором языке;
этот язык должен быть понятен получателю;
получатель должен обладать методом извлечения информации из сообщения;
сообщение должно снижать степень неопределенности относительно объекта, который интересует получателя;
сообщение должно помогать ему решить поставленную задачу;
получатель должен обладать реальной практической возможностью использовать полученную информацию.
На свойства информации влияют как свойства данных, так и свойства методов её обработки.
Объективность информации. Понятие объективности информации относительно. Более объективной является та информация, в которую методы обработки вносят меньше субъективности. Например, в результате наблюдения фотоснимка природного объекта образуется более объективная информация, чем при наблюдении рисунка того же объекта. В ходе информационного процесса объективность информации всегда понижается.
Полнота информации. Полнота информации характеризует достаточность данных для принятия решения. Чем полнее данные, тем шире диапазон используемых методов их обработки и тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешности в информационный процесс.
Адекватность информации. Это степень её соответствия реальному состоянию дел. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако полные и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
Доступность информации. Это мера возможности получить информацию. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов их обработки приводят к тому, что информация оказывается недоступной.
Актуальность информации. Это степень соответствия информации текущему моменту времени. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска или разработки адекватного метода обработки данных может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится ненужной.
Физический метод регистрации данных может быть любым: механическое перемещение, изменение формы, изменение электрических или магнитных характеристик, изменение химического состава или характера химических связей и др. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях.
Самым распространенным носителем данных является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик её поверхности. Изменение оптических свойств поверхности используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM).
Магнитные ленты и магнитные диски используют изменение магнитных свойств.
Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ используется в фотографии.
Свойства информации тесно связаны со свойствами её носителей. Любой носитель характеризуется следующими параметрами:
Разрешающей способностью – количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения.
Динамическим диапазоном – логарифмом отношения интенсивностей максимального и минимального регистрируемых сигналов.
Одной из важнейших задач информатики является задача преобразования данных с целью смены носителя. Стоимость устройств ввода и вывода вычислительных систем, работающих с носителями информации, составляет до половины стоимости аппаратных средств.
Над данными можно выполнять различные операции, состав которых определяется решаемой задачей. Перечисленные ниже операции с данными не зависят от того, кто их выполняет – техническое устройство, компьютер или человек.
Сбор данных – накопление данных с целью обеспечения достаточной их полноты для принятия решений.
Формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, что позволяет сделать их сопоставимыми между собой.
Фильтрация данных – отсеивание данных, в которых нет необходимости для принятия решений, при этом снижается уровень шума и повышается их достоверность и адекватность.
Сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования.
Защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных.
Архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме, снижающей затраты на хранение и повышающей общую надежность информационного процесса.
Транспортировка данных – приём и передача данных между удаленными участниками информационного процесса.
Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую. Часто связано с изменением носителя. Например, книги можно хранить в бумажной форме, а можно в электронном виде.
Обмен информацией представляет собой процесс, в ходе которого источник информации её передаёт, а получатель - принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный “информационный баланс”, при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник. Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся её материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определёнными свойствами и способностями. Необходимость передачи информации для различных экономических объектов обосновывается по-разному. Так, в автоматизированной системе управления предприятием она вызвана тем, что сбор и регистрация информации редко территориально отделены от её обработки. Процедуры сбора и регистрации информации, как правило, осуществляются на рабочих местах, а обработка - в вычислительном центре.
Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи.
Передача данных – пересылка информации между функционирующими устройствами, осуществляемая в соответствии с протоколами.
Система передачи не документной информации: телефонная; радиопоисковая; радиотелефонная связь; видеотелефонная; пейджинговая связь.
Система передачи документированной информации: телеграфная; диктофонная; факсимильная связь.
Система передачи информации - совокупность средств, служащих для передачи информации.
Источник и потребитель информации является абонентами системы передачи. Структура системы передачи: канал передачи (канал связи); передатчик информации; приёмник информации.
Отправитель сообщения данных – человек или устройства, осуществляющие выбор сообщения данных из ансамбля сообщений и формировании этого сообщения для последующей передачи.
Получатель сообщения данных - человек или устройства, для которых предназначено сообщение данных.
Аналоговый сигнал данных - сигнал данных, у которого каждый из представленных параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.
Цифровой сигнал данных - сигнал данных, у которого каждый из представленных параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.
Дистанционная передача постоянно развивается и совершенствуется. Особое значение этот способ передачи информации имеет в многоуровневых межотраслевых системах, где применение дистанционной передачи значительно ускоряет прохождение информации с одного уровня управления на другой и сокращает общее время обработки данных.
Передача сообщений на расстояние с использованием электрических сигналов называется электросвязью. Электрические сигналы могут быть непрерывными и дискретными.
Под системой электросвязи можно понимать совокупность технических средств и среды распространения электрических сигналов обеспечивающих передачу сообщений от отправителя к получателю. Любая система электросвязи содержит три элемента: устройство преобразований сообщений в сигнал (передатчик), устройство обратного преобразования сигнала в сообщение (приёмник) и промежуточный элемент, обеспечивающий прохождение сигнала (канал связи).
Средой распространения электросвязи может быть искусственное сооружение, созданное человеком (проводная электросвязь) или открытое пространство (радиосистема). По характеру зависимости между сообщением и сигналом различают прямое и условное преобразование. Системой связи с прямым преобразованием является система телефонной связи, где электрические сигналы изменяются по аналогии со звуковыми сообщениями (аналоговыми). Условное преобразование сообщений в сигнал используется при передаче дискретных сообщений. При этом отдельные знаки дискретного сообщения заменяются некоторыми символами, совокупность комбинаций которых называется кодом. Примером такого кода является азбука Морзе. При условном преобразовании сообщения электрический сигнал сохраняет дискретный характер, т.е. информационный параметр сигнала принимает конечное число значений, которых чаще всего два (двоичный сигнал).
Данные, предназначенные для связи между ЭВМ, представляют собой сообщения, состоящие из определённого набора цифр. Такие документальные сообщения называются дискретными.
В зависимости от среды, по которой передаются сигналы, все существующие типы линий связи принято делить на проводные (воздушные и кабельные линии связи) и беспроводные (радиолинии). Проводные линии связи созданы искусственно человеком, а в беспроводных сигналы подаются в радиопередатчик, с помощью которого они преобразуются в высокочастотный радиосигнал. Протяжённость радиолиний и возможное число сигналов зависит от диапазона используемых частот, условий распространения радиоволн, технических данных радиопередатчика и радиоприёмника. Радиолинии используются для связи с любыми подвижными объектами: кораблями, самолётами, поездами, космическими аппаратами.
Основными качественными показателями системы передачи информации являются:
• пропускная способность,
• достоверность,
• надёжность работы.
Достоверность передачи информации - передача информации без её искажения.
Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть, все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определённые изменения свойств — это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами — при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные.
Данные — это зарегистрированные сигналы.
Данные — диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава и (или) характера химических связей, изменение состояния электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.
Самым распространённым носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путём изменения оптических характеристик её поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определённом диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путём изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.
Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постольку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свойствами её носителей. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещённой на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины дорожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необходимым оборудованием. И, наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два-три порядка больше, чем в отражённом.