6.1 Поняття інформації

Інформація - це первинне значення, яке не має строгого визначення.

Інформація - це найрізноманітніші відомості, повідомлення, звістки, знання та вміння. Тривалий час інформація здавалася чимось особистим, що належить окремих членам людського роду. Але поступово формувалося переконання, що інформація, відчужена від окремих людей, може мати і суспільне значення.

У широкому, філософському сенсі «інформація» - це відображення реального світу; у вузькому сенсі «інформація»- це будь-які відомості, що є об'єктом зберігання, передачі і перетворення.

При класифікації об'єктів однієї природи в якості бази для класифікації використовують ті чи інші властивості (набір властивостей) об'єктів. 

Властивості інформації: 

- релевантність - здатність інформації відповідати потребам (запитам) споживача; 

- повнота - властивість інформації вичерпно (для даного споживача) характеризувати об'єкт та / або процес, що відображається; 

- своєчасність - здатність інформації відповідати потребам споживача в потрібний момент часу; 

- достовірність - властивість інформації не мати прихованих помилок; 

- доступність - властивість інформації, що характеризує можливість її отримання даним споживачем; 

- захищеність - властивість інформації, що характеризує неможливість несанкціонованого використання або зміни; 

- ергономічність - властивість, що характеризує зручність форми або обсягу інформації з точки зору споживача.

За способом внутрішньої організації інформацію поділяють на дві групи:

- Дані або простий, логічно невпорядкований набір відомостей.

- Логічно впорядковані, організовані набори даних.

У другій групі можна виділити особливо організовану інформацію - знання.

З поняттям інформації тісно пов'язані такі поняття, як  сигнал, повідомлення і дані.

Сигнал (від латинського signum - знак) є будь-який процес, що несе інформацію.

Повідомлення - це інформація, представлена в певній формі та призначена для передачі.

Дані (лат. data) - це інформація, подана у формалізованому вигляді і призначена для обробки технічними засобами, наприклад, ЕОМ.

Інформація може бути подана лише у вигляді повідомлень.

Повідомлення — це певна «порція» інформації, яку можна відокремити від решти.

Наприклад, кожна репліка, яку ви чуєте від друга під час телефонної розмови, є повідомленням. Разом із тим усе, що було сказано під час розмови, також можна розглядати як окреме інформаційне повідомлення.

Повідомлення – найпростіша форма існування інформації.

Якщо будь - які повідомлення зафіксувати, наприклад, у вигляді тексту, числа або зображення, вони стануть даними.

Дані – повідомлення, подані у формалізованому вигляді.

Коли людина замислюється над отриманою інформацією, зіставляє дані, виникають судження, уявлення, поняття. Найвищою формою існування інформації є знання – систематизовані поняття, уявлення, судження.

Інформацію подають за допомогою повідомлень – послідовності сигналів різною природи: звуків, текстів, зображень, жестів тощо.

Повідомлення розрізняють за формою подання:

- текстові(статті, реферати, віршовані твори тощо);

- числові(температура повітря, швидкість вітру, вік людини тощо);

- графічні(графіки, діаграми, піктограми, малюнки, фотографії тощо);

- звукові (оголошення по радіо, телебаченню, дзвінок на перерву, музичні твори тощо);

- умовні жести, сигнали (хитання головою на знак згоди, жести мови глухонімих, сигнали світлофора, семафорної азбуки на флоті тощо);

- комбіновані (поєднання кількох із зазначених вище), в тому числі мультимедійні (мультфільми, кінофільми, музичні кліпи тощо);

Треба зазначити, що одне й те саме повідомлення можна подати в різних формах. Повідомлення подаються певною мовою.

Наприклад:

- Мовою людського спілкування;

- Мовою жестів і рухів ;

- Мовою звуків;

- Мовою графічних зображень;

- Мовою світлових сигналів;

- Мовою спеціальних позначень;

- Мовою спеціальних команд.

Розрізняють дві форми подання інформації - безперервну і дискретну.

Оскільки носіями інформації є сигнали, то в якості останніх можуть використовуватися фізичні процеси різної природи. Наприклад, процес протікання електричного струму в колі, процес механічного переміщення тіла, процес поширення світла тощо. Інформація подається (відображається) значенням одного або декількох параметрів фізичного процесу (сигналу), або комбінацією декількох параметрів.

Сигнал називається безперервним, якщо його параметри в заданих межах можуть приймати будь-які проміжні значення.

Сигнал називається дискретним, якщо його параметри в заданих межах можуть приймати окремі фіксовані значення. 

Інформація є первинним і невизначеним поняттям. Воно передбачає наявність матеріального носія інформації, джерела інформації, передавача інформації, приймача і каналу зв'язку між джерелом і приймачем. Поняття інформації використовується в усіх сферах: науці, техніці, культурі, соціології та повсякденному житті.

Носій інформації - це матеріальний об'єкт, призначений для запису, передачі та зберігання інформації.

Носії інформації поділяють на:

- паперові (газети, журнали тощо);

- фотографічні (фото-, кіноплівки, пластини тощо);

- електромагнітні (аудіо- і відеокасети, дискети);

- оптичні (лазерні диски);

- напівпровідникові носії інформації

Нині найпоширенішими способами збереження інформації  на носіях є магнітний, оптичний та гібридний - магнітооптичний. Вони набагато ефективніші паперових. Так, звичайний оптичний компакт-диск дає змогу зберігати інформацію, еквівалентну обсягу в 300 тисяч машинописних сторінок.

Якщо в перших двох випадках для запису і зчитування інформації використовуються магнітний та оптичний шари і, відповідно, магнітні та лазерні головки, то в третьому - одночасно і те, й інше.

Використовували до недавно  три типи носіїв, у яких застосовується магнітний спосіб запису та зчитування інформації. Це такі носії, як:

- гнучкі диски;

- жорсткі диски;

- магнітні стрічки.

Гнучкі диски (дискети, флоппі-диски) бували двох типів: 5,25" і 3,5" з ємністю 1,2 і 1,44 Мбайт відповідно. Проте вони вже вижили себе. Особливими були гнучкі диски, що використовували ефект Бернуллі,  так звані ZIP-диски. На них можна було зберігати до 250 Мбайт інформації.

Жорсткі диски (вінчестери) є незйомними і поставляються разом з комп'ютером у складі системного блоку. Ємність таких дисків становить до кількох Гбайт.

Магнітні стрічки (картриджі) використовуються тільки для резервування та архівації інформації.

Бурхливо розвинулися носії, в яких використовується промінь лазера. Лазерні диски поділяються на звичайні цифрові компакт-диски та цифрові багатосторонні диски.

Компакт-диски (англ. compact disk - CD) вперше почали застосовуватися не в комп'ютерній техніці, а в сфері звукозапису. Ємність їх сягає 700 Мбайт.

Розрізняють два основних типи комп'ютерних компакт-дисків:

♦ ті, що тільки читаються, - CD-ROM (від англ. read опту memory). На них інформація наноситься на фабриці;

♦ ті, на які можна ще й записати: одноразово - CD-R (від англ. recordable) або багаторазово - CD-RW (від англ. rewritable).

Останніми з'явилися цифрові багатосторонні диски (англ. digital versatile disk - DVD). Від звичайного компакт-диска такі диски відрізняються тим, що мають кілька робочих поверхонь.

Спочатку DVD використовувалися для запису відео. Ємність їх досягає 17 Гбайт.

Дуже плідно позначається на носіях об'єднання двох технологій - "магніта" і "світла". Варто виділити два типи такого об'єднання:

♦ магнітооптичні диски (ємність досягає 2,6 Гбайт);

♦ floptical-диски (120 Мбайт).

Найважливішою характеристикою носія нарівні з ємністю є надійність та довготривалість збереження інформації. Відомо, що вічних носіїв інформації не існує. Проте деякі носії можуть протриматися довше за інші. Нижче наведено гарантійні терміни збереження інформації на різних носіях:

♦ дискети - 5 років;

♦ ZIP-диски - 10 років;

♦ аудіо-, відеокасети - 30 років;

♦ лазерні диски (CD, DVD) - 50 років;

♦ папір - 300 років (при відповідній реставрації - ще довше).

З розвитком науки і техніки з'являються все досконаліші технології збереження інформації та різновиди носіїв. Традиційні носії інформації поступово витискаються новими. Проте не завжди і не скрізь новий носій може замінити старий, що став уже класичним. Наявність різних видів носіїв інформації не виключає їх взаємоіснування, а лише доповнює та розширює можливості їх використання в різноманітних галузях людської діяльності.

Напівпровідникові носії інформації.

Флеш пам'ять — це один з типів пам'яті, яка може на довготривалий час зберігати певну інформацію, зовсім не використовуючи живлення. Крім цього, флеш-пам'ять має високу швидкість доступу до даних (хоча вона не настільки висока як у DRAM), кращий опір до зовнішніх впливів (кінетичний шок, вібрація, температура) та менше енергоспоживання, ніж у жорстких дисків. Ці характеристики пояснюють популярність флеш пам'яті для приладів, що залежать від батарейного живлення. Носії пам'яті, виконані з використанням флеш-пам'яті (наприклад, карти пам'яті), набагато краще переносять зовнішні впливи та мають менший фізичний розмір, ніж інші носії даних (жорсткі диски, CD-ROM, DVD-ROM, магнітні стрічки).

6.2  Поняття кількості інформації

Мірою невизначеності (неповноту знань) в теорії інформації називають ентропією.

Кількість інформації - це числова характеристика сигналу, що відображає ту ступінь невизначеності, яка зникає після отримання повідомлення у вигляді даного сигналу.

Якщо в результаті отримання повідомлення досягається повна ясність в якомусь питанні, говорять, що була отримана повна або вичерпна інформація і необхідності в отриманні додаткової інформації немає. І, навпаки, якщо після отримання повідомлення невизначеність залишилася попередньою, значить, інформації отримано не було (нульова інформація).

Наведені міркування показують, що між поняттями інформація, невизначеність і можливість вибору існує тісний зв'язок (рис.6.1).

Так, будь-яка невизначеність припускає можливість вибору, а будь-яка інформація, зменшуючи невизначеність, зменшує і можливість вибору. При повній інформації вибору немає. Часткова інформація зменшує число варіантів вибору, скорочуючи тим самим невизначеність.

Рисунок 6.1 - Звязок між поняттями інформація, невизначеність і можливість вибору

Розглянемо приклад. Людина кидає монету і спостерігає, якою cтopoною вона впаде. Обидві сторони монети рівноправні, тому однаково ймовірно, що випаде одна або інша сторона. Такої ситуації приписується початкова невизначеність, яка характеризується двома можливостями. Після того, як монета впаде, досягається повна ясність, і невизначеність зникає (стає рівною нулю).

Наведений приклад відноситься до групи подій, стосовно яких може бути поставлене питання типу «так-ні». 

Кількість інформації, яку можна отримати при відповіді на питання типу «так-ні», називається бітом (англ. bit - скорочене від binary digit - біт).

Біт - мінімальна одиниця кількості інформації, бо отримати інформацію меншу, ніж 1 біт, неможливо. Таким чином, кожне кидання монети дає нам інформацію в 1 біт.

Розглянемо систему з двох електричних лампочок, які незалежно одна від  одної можуть бути включені або вимкнені. Для такої системи можливі такі стани:

Лампа А:  0  0  1  1;

Лампа В:  0  1  0  1.

Щоб отримати повну інформацію про стан системи, необхідно задати два питання типу «так-ні» по лампочці А і лампочці В, відповідно. В цьому випадку кількість інформації, що міститься в даній системі, визначається вже в 2 бітa, a число можливих станів системи - 4. Якщо взяти три лампочки, то необхідно задати вже три питання і отримати 3 біти інформації. Кількість станів такої системи дорівнює 8 і т. д.  Зв'язок між кількістю інформації і числом станів Системи встановлюється формулою Хартлі.

i=log2N,

де i - кількість інформації в бітах;

N - число можливих станів.

Ту ж формулу можна представити інакше: N=2i.

Група з 8 бітів інформації називається байтом. 

Якщо біт - мінімальна одиниця інформації, то байт - її основна одиниця. Існують похідні одиниці інформації: кілобайт (Кбайт, Кб), мегабайт (Мбайт, Мб) і гігабайт (Гбайт, Гб).

Оволодіння інформацією неможливо без появи науки про неї. Інформатика відіграє таку ж фундаментальну роль, як ті науки, які допомогли людству проникнути в таємниці речовини і енергії. Тому інформатику по праву називають царицею наук в інформаційному суспільстві.

    Інформатика - це наука, що вивчає всі аспекти отримання, зберігання, перетворення, передачі і використання інформації. Інформатика стала розвиватися з середини 20 століття, коли з'явилися спеціальні пристрої - комп'ютери, орієнтовані на зберігання і перетворення інформації, і сталася комп'ютерна революція.