Реферат: В. П. Дьяконов, А. Н. Черничин Новые информационные технологии Часть Основы и аппаратное обеспечение Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова Смоленск 2003

Министерство образования Российской Федерации

Смоленский государственный педагогический университет


В. П. Дьяконов, А.Н. Черничин


Новые информационные технологии


Часть 1. Основы и аппаратное обеспечение


Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова


Смоленск

2003

УДК 004 : 681.3 (075.8)


Новые информационные технологии: Учебное пособие. Часть 1. Основы и аппаратное обеспечение.- Смоленск: СГПУ, 2003.- 228 с. рис.


В первой части учебного пособия, состоящего из трех частей, описаны основы новых информационных технологий, их аппаратное обеспечение и элементная база. Даются основы архитектуры и устройства современных персональных компьютеров различного класса - настольных, мобильных (ноутбуков) и карманных персональных компьютеров (КПК). Рассмотрена аппаратурная реализация современных технических средств обучения. Для студентов всех специальностей педагогических вузов, в том числе гуманитарного профиля.


При поддержке Института «Открытое общество» (Фонд Сороса).


Авторы: В. П. Дьяконов, доктор технических наук, профессор,
соросовский профессор; А. Н. Черничин, кандидат технических наук, доцент.

Рецензенты:

В. В. Круглов, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой информатики и управления СФМЭИ,

Е. П. Емельченков, кандидат физико-математических наук, доцент, соросовский доцент, зав. кафедрой информатики СГПУ.


ISBN 5-88018-335-1


 Смоленский государственный

п
едагогический университет, 2003
ВВЕДЕНИЕ

Эта книга – первая часть трехтомного учебного пособия подготовленного при грантовой поддержке Института «Открытое общество» (фонд Сороса). В ней рассматриваются основные понятия информатики и новых информационных технологий и их аппаратное обеспечение. Книга ориентирована на студентов и преподавателей гуманитарных дисциплин и представляет собой расширенный курс по информатике и новым информационным технологиям. Может использоваться при чтении курсов «Информатика», «Математика и информатика», «Новые информационные технологии» и «Технические средства обучения» в педагогических и иных университетах и вузах.

В этой книге излагаются основополагающие понятия информатики и информационных технологий, история их развития и современное состояние аппаратного обеспечения. Описаны сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), устройства нанотехнологии, микропроцессоры новых поколений, настольные, мобильные и карманные персональные компьютеры, локальные проводные и беспроводные сети, Интернет, мобильные средства связи и технические средства обучения. В книгу включены многие материалы, представленные российским отделением корпорации Intel. Эта корпорация - признанный мировой лидер в разработке средств новых информационных технологий.

Особое внимание уделено средствам мультимедиа, обеспечивающим полноценную работу со звуковой и видеоинформацией, а также применению компьютеров в гуманитарной сфере. Это работа с текстами, компьютерный перевод, работа с графикой и музыкой, разработка и просто чтение электронных книг, применение баз данных, использование систем компьютерной математики для облегчения всевозможных расчетов и др.

Эта книга рассчитана не только на студентов, но и на преподавателей, ведущих занятия по гуманитарным дисциплинам и желающим плодотворно использовать достижения новых информационных технологий и современных технических средств обучения. Поэтому некоторые разделы книги выходят за рамки программ для студентов гуманитарных и педагогических специальностей и дают расширенное представление о тех или иных аспектах новых информационных технологий. Такие разделы помечены в конце названия знаком . По всем разделам курса даны контрольные вопросы.

^ Глава 1. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1.1. Информация и данные 1.1.1. Информация и ее роль в человеческом обществе

Информация относится к классу первичных понятий, по которым нельзя дать точного определения. Под ней обычно подразумевают некоторую совокупность сведений, позволяющих расширить наши представления о тех или иных объектах и явлениях окружающего нас мира, их взаимодействии и состоянии.

Люди издавна научились ценить и передавать информацию. Присущий нам от природы мозг не только способен хранить огромные объемы информации, но и перерабатывать ее и делать из этого определенные выводы. Однако мозг не может долго хранить информацию, она забывается и со смертью человека вообще теряется.

Человек имеет целый ряд органов для приема и передачи информации. Это органы зрения (глаза) и слуха (уши), а также голосовые связки и средства мимики. Благодаря этому человек способен принимать звуковую и зрительную информацию и передавать ее. Восприятие температуры кожей и запаха носом тоже способствует информационному обмену человека с окружающей средой и с особями своего (и не только) рода. Таким образом, человек изначально имел средства приема и передачи информации.

Уже первобытные люди обладали зачатками мышления и сознания. Многие миллионы лет тому назад они уже умели общаться жестами и криками, могли использовать простейшие орудия труда, такие, как камни и палки. Стремление освободить руки для их свободного применения привело к тому, что человек стал прямоходящим существом. В свою очередь, это освободило рот от удерживания предметов, таких, как кости, палки, не съеденные остатки пищи.

Это, как и увеличение информационного обмена между людьми привело к возникновению речи – этой уникальной возможности людей, которой, в столь развитой форме, не обладают другие объекты живой природы. Считается, что речь возникла примерно миллион лет тому назад.

Мозг человека способен ограниченное время хранить информацию, т.е. в информационной системе природа-человек он служит как бы оперативным запоминающим устройством. Первые попытки людей сохранить информацию дошли до наших дней в виде наскальных рисунков, а затем и надписей (рис. 1.1). Это случилось по крайней мере тридцать тысяч лет тому назад. Тем самым появились первые рукотворные средства долговременного хранения информации.


Рис. 1.1. Каменная плитка показывает, что древним людям были известны матрицы – прямоугольные таблицы с числами


Позже люди научились представлять и передавать информацию на большие расстояния с помощью костров на сопках, специальных сигналов (пример – сигнальщики на кораблях), с помощью звуков барабанов и бамбуковых труб, световых маяков и т.д. Таким образом, они стали использовать внешние средства для информационного обмена. Основы кодирования информации были давно заложены азбукой Морзе, кодами сигнальщиков и тайнописью.

Затем уже появилась письменность и средства механической передачи записанной информации - почта. Намного позже, уже в наши дни, на смену гонцам и обычной почте пришли современные средства телекоммуникаций - от мобильного телефона и факса до спутниковой связи и всемирной компьютерной сети Интернета.
^ 1.1.2. Информация и живая природа

Информация, как материя и энергия, является краеугольным камнем мира и окружающей природы, прежде всего живой. Характерным признаком живых организмов стала возможность восприятия ими информации об окружающей их среде, переработки этой информации и способности делать из нее выводы, важные для дальнейшего их поведения.

Открытие генов – единиц наследственной информации - произвело подлинную сенсацию и выдвинуло информационные процессы на роль первичных в развитии жизни. Открыто множество генов, которые как бы программируют рост, вес и окраску живых существ, предрасположенность их к тем или иным заболеваниям и т.д. Создание генной инженерии сделало возможным клонирование, т.е. размножение идентичных особей животных и даже людей.

^ 1.1.3. Информационные революции

Обычно информация накапливается довольно медленно. Однако в некоторые периоды истории, часто связанные с крупными открытиями и техническими достижениями, объем информации начинает лавинообразно нарастать. При этом информация оказывает на жизнь людей столь большое значение, что происходит информационная революция – коренное изменение в значимости и технологии использования информации, оказывающих большое влияние на жизнь общества и экономику мира. Считается, что человеческое общество пережило четыре информационные революции:

Появление письменности как средства представления и долговременного хранения информации.

Появление книгоиздания в середине XIV века, позволившего в массовых масштабах тиражировать информацию и знания.

Применение электричества и радиоволн в конце XIX века для передачи информации на дальние расстояния, что привело к появлению средств телекоммуникаций, таких, как телеграф, телефон, радио и телевидение.

Создание микропроцессоров и разработка персональных компьютеров, открывших возможности эффективной работы с информацией, представленной в цифровой форме, в том числе в Интернете.

Были революции и масштабом поменьше, например, связанные с изобретением фотографии и кинематографа. Но они повлияли на нашу жизнь все же не столь кардинальным образом, как указанные выше информационные революции.

^ 1.1.4. Виды информации

Информацию часто классифицируют по ее наиболее характерным признакам:

числовая информация, представленная цифрами и отражающая результаты некоторых вычислений;

текстовая информация, представленная текстами в виде слов, составленных из символов того или иного языка;

кодовая информация, представленная кодами (например, машинными или кодами для более компактного или зашифрованного представления информации, кодами азбуки Морзе или азбуки для глухонемых);

графическая информация, представляющая графические объекты с учетом их геометрических и оптических свойств;

акустическая информация, представленная звуковыми сигналами, как непосредственно в виде звуков, так и в виде электрических звуковых сигналов;

телевизионная информация, представляющая изображения, видимые на телевизионном экране в телевизионном формате;

видеоинформация, представляющая видеофильмы и кинофильмы в специальном формате.

Позже мы не раз коснемся характеристик и особенностей информации различного вида.

^ 1.1.5. Понятие о данных и базах данных

В теоретической и практической информатике, помимо информации, широко используются данные - невостребованная или необработанная информация, представленная в той или иной форме, например в виде множества чисел, слов или документов.

Попробуем разобраться в отличиях данных от информации. Например, следующий массив просто чисел представляет данные:


123456 654321 112233 445566 это данные


Эти числа могут быть номерами телефонов, кодами замков или кодами программ, табельными номерами работников предприятий и т.д. Но если оговорить, что это не просто цифры, а номера телефонов конкретных людей, то приведенные ниже данные становятся важной информацией


Телефон: 123456 654321 112233 445566 это уже

Фамилия: Иванов Петров Сидоров Козлов информация


Данные могут храниться в базах данных – специальных устройствах для хранения информации на том или ином материальном носителе. Базами данных часто называют и документы, которые готовятся специальными программами, например системой управления базами данных Microsoft Access. Это одна из программ пакета для офисной работы Microsoft Office. Она обеспечивает быстрый поиск и обработку данных.

^ 1.1.6. Размножение и накопление информации

Другим важным свойством информации является возможность ее размножения и накопления. Книгоиздание – один из самых известных примеров реализации этих возможностей. С появлением книг и печатного станка (его изобрел Иоганн Гутенберг еще в середине XV века) человек приобрел возможности тиражирования информации и ее накопления. В наши дни широкое распространение получили светокопировальные устройства, позволяющие в секунды получить копию листа с текстом и с рисунками.

В то же время надо учитывать, что информация постепенно утрачивается. Это связано как с прямой ее потерей, так и старением информации. В ходе старения информация теряет свою актуальность, а нередко просто забывается и теряется.
1.1.7. Знания

По мере накопления информации о каких-то объектах или явлениях формируются знания о них. Знания - это закономерности, принципы и связи, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в своей предметной области. Вся система образования в сущности решает задачу предоставления ценных знаний множеству людей, учит их извлекать нужную информацию из массы получаемой и грамотно использовать ее в своей работе с целью создания новых знаний и новых ценностей – как гуманитарных, так и научно-технических.

Издавна знания передавались от человека к человеку, от мастера к ученикам, от профессора к студентам. Нередко эта цепочка прерывалась стихийными событиями, войнами и просто смертью учителя. Знания при этом терялись. Новые информационные технологии позволяют накапливать знания, надежно их хранить и предоставлять любому желающему их получить. Более того, появилась возможность обучения людей на расстоянии - дистанционное образование.
^ 1.2. Понятия о передаче и обработке информации 1.2.1. Передача информации и сообщения

Важным свойством информации является возможность ее передачи. Для этого используются сообщения – материально реализованные представления информации, нередко определенным образом закодированной. Пример сообщения - обычное письмо на бумаге.

Почта – один из древнейших способов передачи сообщений в виде сообщений на бумаге. В некоторых странах, например в США, в ограниченных масштабах получила распространение голубиная и пневматическая почта. Последняя - это труба, в которой под давлением воздуха с той или иной стороны движется цилиндр с обычными бумажными сообщениями и даже небольшими предметами, например бумажными деньгами, монетами или ключами.

Люди научились также очень быстро (порою просто мгновенно) передавать информацию с помощью электрического тока в проводах (проводные линии связи), радиоволн (беспроводные линии радиосвязи) и света (оптические лазерные и световолоконные линии связи). При этом передается информация без такого привычного нам носителя, как бумага. Наступил век безбумажной обработки информации, хотя, в конечном счете, информационные сообщения всегда можно распечатать печатающим устройством – принтером. Передача сообщений на дальние расстояния привела к возникновению телекоммуникаций. А на смену обычной почте пришла электронная почта, входящая во всемирную компьютерную сеть Интернета. По электронной почте ныне можно передавать не только объемные текстовые материалы, но и звуки, изображения, рисунки и даже видеофильмы.

К сожалению, между объемом информации и реальной ее ценностью нет прямой взаимосвязи. В итоге телеграмма на одном листке бумаги, содержащая одно-два слова (например, «Люблю!», «Жду!» или «Сегодня приезжаю!»), порою может быть гораздо ценнее пространного опуса о влиянии гравитационных полей на время сна домашних животных.

Также нет и прямой взаимосвязи между информацией самой по себе и носителем, ее несущим, в ходе передачи информации. Одну и ту же информацию можно передать публикацией статьи в газете или журнале, в радиопередаче и в телепередаче, по телеграфу или по телефону, по трансатлантическому кабелю или по световолокну или спутниковому каналу связи.
^ 1.2.2. Непрерывные (аналоговые) сигналы

Для быстрой передачи сообщений используются сигналы, которые представляют собой наложение сообщений на тот или иной носитель информации, способный быстро перемещать сигналы. Физическая природа сигналов может быть самой различной – ток в проводах, звуковые и электромагнитные волны или свет.

Сигналы могут быть аналоговыми (непрерывными) и дискретными, т. е. представляемыми дискретными уровнями. Аналоговые сигналы характеризуется плавным и непрерывным изменением их параметров, например величины электрического тока или напряжения для электрических сигналов. Примером такого сигнала является синусоидальный электрический сигнал (рис. 1.2)


u(t) = Uм sin(t+),


где Uм – амплитуда синусоидального сигнала,  - круговая частота и
 - фаза.

Р
ис. 1.2. Синусоидальный (a), амплитудно-модулированный (б) и частотно-модулированный (с) сигналы


Круговая частота связана с обычной частотой выражением

 = 2f = 2/T.


Частота f - это число периодов T синусоидального сигнала в единицу времени (секунду или с). Она измеряется в герцах (Гц). Один Герц это один период колебаний в секунду (единица названа в честь Герца, теоретически обосновавшего существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве).

Фундаментальное значение синусоидального сигнала состоит в том, что этот сигнал является стационарным. Это значит, что его параметры Uм ,  и  являются постоянными величинами. Этот сигнал определен во времени в пределах от – до +. Он периодический u(t)= u(t+T) и симметричный u(t)=- u(-t).

Можно сказать, что синусоида описывает простейшее (а потому названное гармоническим) движение, параметры которого неизменны. Однако основные параметры этого сигнала могут непрерывно и плавно меняться во времени. Такое изменение называется модуляцией сигнала. Например, амплитудная модуляция (рис. 1.3,б) описывается выражением:


u(t) = Uм(t)sin(t +),


где Uм(t) – зависимость амплитуды от времени. Сигнал такого вида называется амплитудно-модулированным. Строго говоря, он является уже нестационарным и даже не синусоидальным.

Если Uм(t) несет некоторую информацию, то говорят о наложении этой информации на синусоидальный сигнал. И если такой сигнал имеет высокую частоту f=1/T, то сигнал может распространяться в свободном пространстве как электромагнитная волна со скоростью света (300 000 км/c). На этом и основана радиосвязь. Расстояние, которое проходит волна за один период, называется длиной волны. Отсюда пошло деление волн на короткие и ультракороткие, средние и длинные волны.

Заметим, что синусоидальный сигнал может моделироваться еще и по частоте, и по фазе. Этому соответствует частотная модуляция (рис. 1.2,в) и фазовая модуляция, которые (как и их комбинации) широко используются на практике в радиотехнических системах.

Аналоговые сигналы одного вида легко преобразуются в аналоговые сигналы другого вида. Например, микрофон преобразует звуковые колебания в электрические звуковые сигналы. Если звуковой сигнал синусоидальный, то сигнал на выходе микрофона будет синусоидальным напряжением с примесью некоторого шума e(t):


u(t) = Кп A(t)  sin(t +) + e(t) = Uм(t)  sin(t +) + e(t),


где Kп – коэффициент преобразования силы звука в электрическое напряжение. Если Kп = const и не зависит от уровня сигнала, то преобразование считается линейным. В ином случае оно будет нелинейным. При линейных преобразованиях форма синусоидального сигнала не меняется, хотя может возникнуть его сдвиг по фазе.

Самым неприятным моментом в использовании аналоговой информации является ее засоренность шумами самой различной природы. Все электронные компоненты имеют шумы, и они неизбежно усиливаются в ходе усиления и преобразования сигналов. Это принципиально препятствует точному копированию аналоговой информации. Об этом хорошо знают владельцы аналоговых магнитофонов и видеомагнитофонов – при копировании записей их качество ухудшается от записи к записи.

На практике используется великое множество и несинусоидальных сигналов, например импульсные сигналы пилообразной, прямоугольной и иной формы. Математик Фурье строго доказал, что такие периодические сигналы могут быть представлены суммой синусоидальных сигналов с кратной их частоте повторения частотой k f1, где k = 1,2,… - целое число и f1 – частота повторения сигнала. Эти сигналы называют гармониками, а значение k – номерами гармоник. Синусоидальный сигнал с частотой f1 есть первая гармоника, а сигналы с более высокими частотами называют высшими гармониками. Линейные преобразования сигналов не меняют состав гармоник, называемый спектром, а нелинейные приводят к его изменению, т. е. появлению новых гармоник.
^ 1.2.3. Дискретные и цифровые сигналы

Дискретные сигналы - это сигналы, которые можно представить дискретными уровнями их параметров. Скажем, выключатель света в вашей комнате может быть либо только включенным, либо только выключенным. Сигнал о его состоянии будет дискретным и двоичным. Если этих уровней много, можно говорить о цифровом представлении информации. Сигналы, мгновенные значения которых представлены числами, принято называть цифровыми сигналами.

А
налоговый сигнал можно квантовать, т. е. представлять его рядом ступенек, высота которых задается уровнем сигнала в начале каждой ступеньки (в момент выборки) и остается неизменной на протяжении каждой ступеньки (рис. 1.3).


Рис. 1.3. Квантование электрического сигнала синусоидальной формы


В общем случае производят выборку (вырезку) сигналов в определенные моменты времени (рис. 1.4). Они могут равномерно или неравномерно отстоять друг от друга. Выборку электрических сигналов и их представление в виде чисел или кодов конечной разрядности выполняют так называемые аналого-цифровые преобразователи - АЦП. В результате на выходе АЦП мы имеем дискретный сигнал, представленный потоком чисел (кодов). Главные показатели АЦП - это их разрядность (число уровней квантования, обычно выражаемое в двоичном виде) и скорость выполнения преобразований (число операций в секунду).

Р
ис. 1.4. Аналоговый сигнал произвольного вида и его выборки


Обратное преобразование цифровой информации в аналоговую выполняют цифро-аналоговые преобразователи – ЦАП. Для наиболее распространенных электрических сигналов АЦП и ЦАП выпускаются в виде больших интегральных микросхем, особенности которых мы рассмотрим чуть ниже.

^ 1.2.4. Типичный пример цифровой системы записи информации

На преобразовании аналоговых сигналов в цифровые и наоборот основана работа многих устройств и систем (рис. 1.5), например.




Рис. 1.5. Система цифровой записи информации на жесткий диск компьютера


Аналоговая информация в системе с помощью АЦП преобразуется в цифровую, представленную в виде двоичных чисел. Через усилитель импульсов она в виде сигналов поступает на головку записи/считывания жесткого диска. Эта головка представляет собой катушку, намотанную на миниатюрном железном или ферритовом сердечнике. На жестком диске информация хранится в виде намагниченных головок и размагниченных участков.

Канал воспроизведения содержит головку считывания (обычно совмещаемую с головкой записи), усилитель импульсов и ЦАП. Магнитное поле поверхности диска создает в катушке головки электрический сигнал, который усиливается усилителем и подается на ЦАП. Последний превращает цифровые сигналы в аналоговые, но с заметными ступеньками. От них избавляются с помощью фильтра.

Коды цифровой информации практически не меняются при многократной перезаписи или копировании информации. Шумы могут повлиять на физические уровни логического нуля и единицы цифрового сигнала. Но они практически не влияют на логические уровни этого сигнала. Например, логический нуль может быть в пределах от 0 до 1 В, а логическая единица от 2,5 до 5 В. В результате, если уровни сигнала не выходят за эти пределы, то появляется возможность многократного тиражирования цифровой информации вне зависимости от числа копий и при сохранении качества записи.

Преобразование аналоговой информации в цифровую позволяет использовать мощные средства компьютерной обработки информации. Например, информация может сжиматься для сокращения ее объема или кодироваться для повышения помехоустойчивости. Возможна цифровая обработка сигналов специальными цифровыми сигнальными процессорами DSP (Digital Signal Processor) для создания различных звуковых эффектов.

Голосовое управление компьютером, сканирование и распознавание печатных текстов стало уже вполне обыденной задачей, как и их звуковое воспроизведение компьютером. К примеру, компьютерный переводчик Magic не только переводит тексты с одного языка на другой (и наоборот), но и произносит их вслух. Выпущено уже множество таких переводчиков в виде миниатюрных аппаратов.
^ 1.2.5. Понятие о теореме Котельникова

Как часто надо делать равномерные выборки произвольного сигнала (рис. 1.5), чтобы после преобразования в цифровую форму, а затем снова в аналоговую была сохранена форма сигнала? Ответ на этот важный вопрос дает теорема об отсчетах или теорема Котельникова (за рубежом Найквиста): «Если спектр сигнала e(t) ограничен высшей частотой fв, то он без потери информации может быть представлен дискретными отсчетами с числом, равным 2 fв». При этом сигнал восстанавливается по его отсчетам e(kdt) с помощью фильтра низких частот, реализующего восстановление по формуле:



Популярные сейчас оптические компакт-диски содержат высококачественные записи речи и музыки в цифровой форме. Высшая частота звуковых сигналов 20 кГц. Частота дискретизации их 44,1 кГц. Каждая выборка представляется (квантуется) с числом уровней 216 = 65536 (разрядность квантования 16 бит). Полученный поток цифровых данных и записывается в двоичном виде на оптический диск. В итоге компакт-диск при лазерном считывании информации позволяет воспроизводить сколько угодно раз звуки любимых певцов и оркестров с невиданным ранее качеством.
^ 1.3. Информатика и информационное общество 1.3.1. Что такое информатика?

Можно сказать, что информатика - это область человеческой деятельности, связанная с созданием, накоплением, хранением, преобразованием и представлением информации с целью управления различными объектами. Слово «информатика» происходит от сочетания слов «информация» и «автоматика», хотя это определение не единственное. Совокупность средств и приемов работы с информацией называется информационными технологиями.

Информатику и информационные технологии не следует отождествлять только с компьютеризацией общества. К ним по-прежнему относятся книгоиздание и библиотечное дело, обычные справочные службы, почта, телефон, телеграф, средства радио- и спутниковой связи и многое-многое другое. Но когда говорят о новых информационных технологиях, то чаще всего подразумевают все эти средства, основанные на последних достижениях цифровой и вычислительной техники. К ним относятся и средства связи и телекоммуникаций, а также технические средства обучения.

Как уже отмечалось, большие объемы информации о чем-либо и правила их применения принято именовать знаниями. С появлением книг, а затем и средств телекоммуникаций возможности тиражирования знаний и их передачи многократно возросли. Появилась многоступенчатая система образования – дошкольного, школьного, высшего, профессионального и даже заочного. Менялся и характер общества – ныне оно стало информационным обществом.

Возникла и новая информационная культура. Ее можно определить как совокупность рациональных и корректных навыков и правил работы с информационными средствами и ресурсами, обеспечивающими необходимый уровень обеспечения информацией любого члена информационного общества и общий прирост информационного потенциала и информационных ресурсов общества. Важно отметить такие правила информационной культуры, как вежливость переписки, недопустимость отправки писем электронной почтой по любому поводу и по любому адресу, недопустимость рекламы в Интернете порнографии или пороков общества, запрет применения компьютерных вирусов и т.д.
^ 1.3.2. Информатизация и этапы развития общества

Многие века общество было аграрным. Главное развитие в нем получило сельское хозяйство, направленное на удовлетворение людей в обычной пище и одежде. Но уже тогда люди стремились освоить приемы вычислений, порой достаточно сложных. Получила развитие, например, геометрия и стереометрия – эти области математики требовались для раздела земельных участков, учета их площади и т. д., нередко с учетом шарообразности Земли. Бурное развитие получила астрономия, поскольку законы движения Земли вели к смене климата, влияли на урожайность сельскохозяйственных культур.

Затем наступил этап индустриализации, характеризующийся бурным развитием техники и созданием крупной промышленной индустрии. Благодаря этому резко возросла производительность людей в сфере производства товаров массового потребления – той же еды, одежды, технических товаров и т.д. Потребовались знания во многих разделах математики, стало развиваться, например, математическое моделирование, возникла необходимость существенного расширения знаний в области математической физики, механики, электро- и радиотехники, биологии и космоса

Триумфом этого этапа развития общества стало освоение атомной и термоядерной энергии и покорение космоса. Навеки в историю вошли такие замечательные достижения, как полет первого человека в космос (СССР) и высадка людей на Луну (США).

Постепенно экономика стала распределительной, поскольку требовалось решать огромные по масштабам задачи распределения материальных и прочих ценностей, производимых на локальных объектах (заводах, фабриках и прочих предприятиях) по всему миру. Это породило необходимость в специальных знаниях по планированию объемов продукции (линейное программирование), по планированию оптимальных маршрутов для потоков товаров (теория оптимизации и теория графов) и т.д. и т.п.
^ 1.3.3. Информационный взрыв

Для создания крупных заводов или технических объектов (например, морских судов, самолетов, космических кораблей, военных средств и т.д.) требовались огромные объемы знаний. Это привело к невиданному ранее расцвету науки и техники. Ученые подметили характерную для этого времени (примерно два последних столетия) зависимость – за некоторый промежуток времени объем информации возрос в некоторое число раз. При этом этот промежуток время от времени сокращался.

К примеру, к 1900 году объем знаний удваивался за 50 лет, к 1950 году за 10 лет, к 1970 году за 5 лет, к 1990 году - уже за каждый год, а в наше время еще быстрее. Такой лавинообразный процесс характерен и для химической реакции – взрыва. Потому и стали говорить об информационном взрыве.

Постепенно все большее число членов общества (людей) из сферы материального производства и распределения товаров и услуг стало переходить в сферу накопления, обработки и анализа информации. Основным устройством накопления, хранения и быстрой обработки информации стали компьютеры. Казалось бы, совсем недавно – в конце 40-х годов двадцатого века - появились первые электронные вычислительные машины (ЭВМ). А персональные компьютеры (ПК) появились совсем недавно – в начале 80-х годов. Но уже в апреле 2002 года число компьютеров во всем мире превысило магический рубеж в 1 миллиард! Это значит, что уже многие миллиарды людей имеют дело с ними.

Мир покрылся сетью проводных, радио- и световолоконных линий связи. Сотовые телефоны позволили людям носить их с собой и пользоваться в любом месте, куда проникают радиоволны. Появились переносные компьютеры (ноутбуки) и даже карманные персональные компьютеры (КПК), по вычислительной мощности намного превосходящие 30-тонную громадину «ЭНИАК» и весящие меньше 200 граммов. Вместо десятков киловатт электроэнергии они потребляет от автономного аккумулятора доли Ватта. Таковы зримые достижения новых информационных технологий.
^ 1.3.4. Интернет-экономика и цифровая вселенная

Ныне глобальная мировая компьютерная сеть Интернета стала доступной практически в любой точке земли. Она смела государственные и национальные барьеры в распространении информации и обеспечила людям доступ к огромному океану информации. Трудно переоценить роль Интернета в общении людей в самых разных странах мира. Сейчас в Интернет можно выйти не только из дому с помощью настольного ПК, но и из почти любого места с помощью карманного персонального компьютера с беспроводным каналом связи или с помощью сотового телефона.

Оформление документов, работа (особенно в высокоинтеллектуальных сферах, таких, как журналистика, художественная графика, писательское дело и т.д.) и просто получение знаний все чаще и чаще выполняется с помощью Интернета. Стали говорить о вступлении мира в этап Интернет-экономики. Объем трансакций (проводок денежных средств) уже достигает ежегодно многих миллиардов долларов и постоянно растет.

А развитие цифровых методов обработки информации позволило вести речь о «цифровом мире» и даже о «цифровой Вселенной». Последний термин был введен крупнейшей микроэлектронной корпорацией мира Intel. Цифровая вселенная означает применение цифровых методов хранения и обработки информации во всех сферах человеческой деятельности.
^ 1.4. Формы адекватности и объем информации 1.4.1. Формы адекватности информации

Обычно информация должна быть адекватна образу (объекту), который она описывает. Различают три формы адекватности информации:

синтаксическая, отражающая формально-структурные свойства информации без учета ее смыслового содержания

семантическая (смысловая), отражающая смысл информации и позволяющая судить о соответствии информационного образа объекта и самим объектом;

прагматическая (потребительская) ценность информации для тех целей, ради которых она используется.

Ниже мы рассмотрим эти формы и отвечающие им меры информации более подробно.
^ 1.4.2. Синтаксическая мера информации – бит и байт

Синтаксическая форма адекватности информации характеризуется объемом данных и количеством информации. Объем данных чаще всего измеряется числом символов (разрядов) Vd в передаваемом сообщении. В двоичной системе один разряд - это бит (или байт = 8 бит), в десятичной системе - это число, представленное одной арабской цифрой (от 0 до 9).

Единицей двоичной информации является бит. Он имеет всего два значения - логический 0 и 1 (или утверждения «Да» и «Нет» или «True» (Истина) или «False» (Фальшь или неправда). Бит может быть простейшим электрическим сигналом - есть напряжение на проводе, это логическая единица, нет - логический ноль. Точная величина напряжения принципиального значения не имеет.

Двоичные числа могут иметь много разрядов. К примеру, для передачи 16 значений десятичных чисел от 0 до 15 придется использовать минимум четыре разряда двоичного числа (24 = 16). Число 0, к примеру, мы можем записать как двоичное 0000, число 15 как 1111, а число 10 как 1010. В последнем случае имеем 10=18 + 04 + 12 + 01, где 8, 4, 2 и 1 - это веса разрядов двоичного числа.

По мере роста объема передаваемой информации пришлось перейти к более крупным единицам ее измерения. Оказалось, что для кодирования текстов самым приемлемым пакетом двоичных единиц информации стали байты - они содержат восемь двоичных единиц и, соответственно, имеют два в восьмой степени состояний (всего 28 = 256 со значениями от 0 до 255). Итак, информацию можно оценивать ее объемом - байтами, килобайтами (1 Кбайт = 1024 байта), мегабайтами (1 Мбайт = 1024 Кбайт) и т.д.

С идеи двоичного кодирования началось развитие цифровых вычислительных машин. Этому способствовало и то, что были созданы простые электронные схемы с двумя устойчивыми состояниями равновесия - например, электронные триггеры и запоминающие ячейки на основе заряжаемого и разряжаемого конденсатора. Простота этих схем содействовала надежности их работы и возможности миниатюризации.
^ 1.4.3. Числа десятичные и шестнадцатеричные

Цифровая информация основана на применении чисел в той или иной системе исчисления. Числа характеризуются основанием. Выше мы познакомились с числами двоичными (основание 2) и восьмеричными (основание 8). В обиходе такие числа используются редко, хотя пользователям компьютерами они привычны.

А вот десяти