ЛЕКЦИЯ № 1. Введение в информатику

1. Информатика. Информация. Представление и обработка информации

Информатика занимается формализованным представлением объектов и структур их взаимосвязей в различных областях науки, техники, производства. Для моделирования объектов и явлений используются различные формальные средства, например логические формулы, структуры данных, языки программирования и др.

В информатике такое фундаментальное понятие, как информация имеет различные значения:

1) формальное представление внешних форм информации;

2) абстрактное значение информации, ее внутреннее содержание, семантика;

3) отношение информации к реальному миру.

Но, как правило, под информацией понимают ее абстрактное значение - семантику. Интерпретируя представления информации, мы получим ее смысл, семантику. Поэтому, если мы хотим обмениваться информацией, нам необходимы согласованные представления, чтобы не нарушалась правильность интерпретации. Для этого интерпретацию представления информации отождествляют с некоторыми математическими структурами. В этом случае обработка информации может быть выполнена строгими математическими методами.

Одно из математических описаний информации - это представление ее в виде функции у =f(x, t), где t - время, x - точка некоторого поля, в которой измеряется значение у. В зависимости от параметров функции хи(информацию можно классифицировать.

Если параметры - скалярные величины, принимающие непрерывный ряд значений, то полученная таким образом информация называется непрерывной (или аналоговой). Если же параметрам придать некоторый шаг изменений, то информация называется дискретной. Дискретная информация считается универсальной, так как для каждых конкретных параметров можно получить значение функции с заданной степенью точности.

Дискретную информацию обычно отождествляют с цифровой информацией, которая является частным случаем символьной информации алфавитного представления. Алфавит - конечный набор символов любой природы. Очень часто в информатике возникает ситуация, когда символы одного алфавита надо представить символами другого, т. е. провести операцию кодирования. Если количество символов кодируемого алфавита меньше количества символов кодирующего алфавита, то сама операция кодирования не является сложной, в противном случае необходимо использовать фиксированный набор символов кодирующего алфавита для однозначного правильного кодирования.

Как показала практика, наиболее простым алфавитом, позволяющим кодировать другие алфавиты, является двоичный, состоящий из двух символов, которые обозначаются, как правило, через 0 и 1. С помощью n символов двоичного алфавита можно закодировать 2п символов, а этого достаточно, чтобы закодировать любой алфавит.

Величина, которая может быть представлена символом двоичного алфавита, называется минимальной единицей информации или битом. Последовательность из 8 бит - байт. Алфавит, содержащий 256 различных 8-битных последовательностей, называется байтовым.

В качестве стандартного сегодня в информатике принят код, в котором каждый символ кодируется 1 байтом. Существуют и другие алфавиты.

2. Системы счисления

Под системой счисления подразумевается набор правил наименования и записи чисел. Различают позиционные и непозиционные системы счисления.

Система счисления называется позиционной, если значение цифры числа зависит от местоположения цифры в числе. В противном случае она называется непозиционной. Значение числа определяется по положению этих цифр в числе.

3. Представление чисел в ЭВМ

32-разрядные процессоры могут работать с оперативной памятью емкостью до 232-1, а адреса могут записываться в диапазоне 00000000 - FFFFFFFF. Однако в реальном режиме процессор работает с памятью до 220-1, а адреса попадают в диапазон 00000 - FFFFF. Байты памяти могут объединяться в поля как фиксированной, так и переменной длины. Словом называется поле фиксированной длины, состоящее из 2 байтов, двойным словом - поле из 4 байтов. Адреса полей бывают четные и нечетные, при этом для четных адресов операции выполняются быстрее.

Числа с фиксированной точкой в ЭВМ представляются как целые двоичные числа, и занимаемый ими объем может составлять 1, 2 или 4 байта.

Целые двоичные числа представляются в дополнительном коде, соответственно числа с фиксированной точкой представляются в дополнительном коде. При этом если число занимает 2 байта, то структура числа записывается по следующему правилу: старший разряд отводится под знак числа, а остальные - под двоичные цифры числа. Дополнительный код положительного числа равен самому числу, а дополнительный код отрицательного числа может быть получен по такой формуле: x = 10и - \х\, где n - разрядность числа.

В двоичной системе счисления дополнительный код получается путем инверсии разрядов, т. е., заменой единиц нулями и наоборот, и прибавлением единицы к младшему разряду.

Количество битов мантиссы определяет точность представления чисел, количество битов машинного порядка определяет диапазон представления чисел с плавающей точкой.

4. Формализованное понятие алгоритма

Алгоритм может существовать только тогда, когда в то же самое время существует некоторый математический объект. Формализованное понятие алгоритма связано с понятием рекурсивных функций, нормальных алгоритмов Маркова, машин Тьюринга.

В математике функция называется однозначной, если для любого набора аргументов существует закон, по которому определяется единственное значение функции. В качестве такого закона может выступать алгоритм; в этом случае функция называется вычислимой.

Рекурсивные функции - это подкласс вычислимых функций, а алгоритмы, определяющие вычисления, называются сопутствующими алгоритмами рекурсивных функций. Сначала фиксируются базовые рекурсивные функции, для которых сопутствующий алгоритм тривиален, однозначен; затем вводятся три правила - операторы подстановки, рекурсии и минимизации, при помощи которых на основе базовых функций получаются более сложные рекурсивные функции.

Базовыми функциями и их сопутствующими алгоритмами могут выступать:

1) функция n независимых переменных, тождественно равная нулю. Тогда, если знаком функции является φn, то независимо от количества аргументов значение функции следует положить равным нулю;

2) тождественная функция n независимых переменных вида ψni. Тогда, если знаком функции является ψni, то значением функции следует взять значение i-го аргумента, считая слева направо;

3) Λ - функция одного независимого аргумента. Тогда, если знаком функции является λ, то значением функции следует взять значение, следующее за значением аргумента. Разные ученые предлагали свои подходы к формализованному

представлению алгоритма. Например, американский ученый Черч предположил, что класс вычислимых функций исчерпывается рекурсивными функциями и, как следствие, каким бы ни был алгоритм, перерабатывающий один набор целых неотрицательных чисел в другой, найдется алгоритм, сопутствующий рекурсивной функции, эквивалентный данному. Следовательно, если для решения некоторой поставленной задачи нельзя построить рекурсивную функцию, то и не существует алгоритма для ее решения. Другой ученый, Тьюринг, разработал виртуальную ЭВМ, которая перерабатывала входную последовательность символов в выходную. В связи с этим им был выдвинут тезис, что любая вычислимая функция вычислима по Тьюрингу.

Автор: Цветкова А.В.

>> Вперед: Язык Pascal (Введение в язык Pascal. Стандартные процедуры и функции. Операторы языка Pascal)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Наследственное право. Конспект лекций

▪ Теория и методика воспитания. Конспект лекций

▪ Госпитальная педиатрия. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Мозг людей работает по-разному 18.10.2015 Взаимосвязи между областями человеческого мозга сродни отпечаткам пальцев - с их помощью можно отличить одного человека от другого, но при том они остаются постоянными, какой бы умственной работой мы ни занимались. Мы все думаем и чувствуем по-разному: кто-то быстрее решает математические задачи, но с трудом запоминает стихи, кто-то рыдает даже на самых скверных мелодрамах, кто-то прекрасно рисует и при этом совсем равнодушен к музыке. Эмоциональные и когнитивно-психологические отличия говорят о том, что у одного человека мозги в буквальном смысле работают иначе, чем у другого. Но насколько разница в нейробиологических характеристиках отражает нашу индивидуальность? Можно ли только по работе мозга отличить одного индивидуума от другого? В своем исследовании Эмили Финн (Emily S Finn) и ее коллеги из Йельского университета воспользовались данными проекта Коннектом Человека, целью которого является полное описание структуры связей в нервной системе организма. Учитывая, что в нейрональных связях человеческого мозга участвуют около 100 млрд нейронов, становится понятно, насколько это амбициозная и трудоемкая задача. Речь идет не только о "прорисовке" межнейронных соединений, но и о точном описании архитектуры разнообразных блоков и модулей мозга, отличающихся как анатомически, так и функционально. Естественно, что здесь активно используются методы функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), которая позволяет увидеть активность того или иного участка мозга в момент выполнения какой-то задачи. Для своих целей нейробиологи из Йеля взяли данные, описывавшие работу 268 мозговых областей у 126 людей, и построили корреляционную матрицу активности, в которой активность каждого из 268 участков сопоставлялась с работой всех прочих. В статье в Nature Neuroscience авторы пишут, что рисунок взаимосвязанной активности мозговых зон был в достаточной степени индивидуален, то есть по нему можно было отличить одного человека от другого. Целью было не столько построить десяток-другой индивидуальных портретов, сколько понять, можно ли в функционально-анатомических параметрах мозга обнаружить индивидуальные черты. Метод работал прекрасно: например, после простого сканирования мозга в фМРТ-аппарате можно было с 99% точностью сказать, что вот этот мозговой "портрет" принадлежит одному человеку, а вот этот - другому. Если перед добровольцем ставили какую-то умственную задачу, точность различения падала до 70%, но все равно оставалась довольно высокой. И даже если два человека думали о разных вещах, все равно характер взаимосвязей между областями мозга сохранял индивидуальный отпечаток. Одновременная активация мозговых зон указывает на то, что информационные каналы между ними срабатывают в первую очередь. То есть, когда мы говорим об индивидуальных функционально-анатомических параметрах, то имеем в виду индивидуальную настройку таких связей. При разных задачах в мозге срабатывают разные участки, но именно в характере обмена данными, в работе информационных "мостов" можно найти некие общие свойства, независимые от конкретной задачи, и при том свойственные именно данному человеку. То, что архитектура взаимосвязей обладает индивидуальными особенностями, известно уже относительно давно, однако на сей раз удалось показать, что такие черты можно различить даже при выполнении разных когнитивных заданий. Стоит подчеркнуть, что речь в данном случае идет не столько о физической структуре, не о том, что между одними участками нейронные "провода" положены гуще, а между другими - реже (хотя подобные различия, безусловно, имеют место), а что они используются с разной интенсивностью. То есть да, мозги работают по-разному, и это можно увидеть с помощью фМРТ. Сильней всего индивидуальные черты проявлялись в работе лобно-теменной коры, где происходит фильтрация поступающей информации. Действительно, посмотрев в окно, кто-то увидит в первую очередь драку во дворе, а кто-то - птицу на дереве; и можно смело утверждать, что психологические различия между нами не в последнюю очередь обусловлены разностью в восприятии. Полученные результаты могут сильно пригодиться врачам-психиатрам и психоневрологам: психические болезни определяют преимущественно по симптоматике, однако одни и те же симптомы могут относиться к разным расстройствам, и наоборот, одна и та же болезнь у одного человека, бывает, проявляется иначе, чем у другого. И с личным "портретом" мозга на руках можно будет точнее сказать, что именно с больным не так.

Другие интересные новости:

▪ Гены и любовь к кофе

▪ Охлаждение инфаркта

▪ Новая форма лабораторного мяса

▪ Передача данных по электросети

▪ Размер подписи и самолюбование

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Видеотехника. Подборка статей

▪ статья Дело - табак. Крылатое выражение

▪ статья За какое государство сражались крылатые гусары? Подробный ответ

▪ статья Контролер узла связи. Должностная инструкция

▪ статья Лазерно-утюговая технология изготовления печатный платы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулятор мощности для электронагревательных приборов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025