Transcript Информация и информационные процессы

Информация, информационные объекты
различных видов.
Информационные процессы: хранение,
передача и обработка информации.
Единицы измерения информации.
Информация и информационные процессы (4 ч).
Информация. Информационные объекты различных видов.
Основные информационные процессы: хранение, передача
и обработка информации. Восприятие, запоминание и
преобразование сигналов живыми организмами. Роль
информации в жизни людей.
Понятие количества информации: различные подходы.
Единицы измерения количества информации.
знать/понимать:
 виды информационных процессов;
 единицы измерения количества и скорости
передачи информации;
уметь:
оценивать числовые параметры
информационных объектов и процессов:
объем памяти, необходимый для хранения
информации;
Раздел 1. Информация

определение информации

измерение информации
Раздел 2. Информационные процессы

хранение информации

передача информации

обработка информации

Информация (различные подходы к определению)

Информативность сообщения

Бит (единица измерения информации)

Информационный объем сообщения.



Алфавит, мощность алфавита, информационный
вес символа в алфавите
Информационный объем текста
информационные процессы (хранение, обработка,
передачи.
Определение информации
Изучаемые вопросы:
 Чем является информация для человека.
 Декларативные и процедурные знания
(информация).
 Кибернетический подход к информации.
 Роль органов чувств человека в процессе
восприятия им информации.
Информация – фундаментальное понятие науки, поэтому определить его
исчерпывающим образом через какие-то более простые понятия невозможно
Субъективный подход:
Кибернетический подход:
Информация – это знания, сведения, Информация
–
это
содержание
которыми обладает человек, которые он последовательностей символов (сигналов)
получает из окружающего мира
из некоторого алфавита
Классификация знаний (информации)
Декларативные
Процедурные
Я знаю, что ….
Я знаю как ….
1. Из предложенного списка выберите декларативные и процедурные знания:
а) чтобы определить кислотность раствора, нужно опустить в него лакмусовую
бумажку и посмотреть на ее цвет: если цвет красный, то раствор
кислотный; если цвет синий, то раствор щелочной; если цвет не изменился, то
раствор нейтральный;
б) Вашингтон — столица США;
в) чтобы найти площадь прямоугольника, нужно его ширину умножить на длину,
г) для определения числа решений квадратного уравнения нужно вычислить его
дискриминант: если он меньше 0, то решений нет; если равен О, то решение одно;
если больше 0, то решений 2;
д) А.С. Пушкин — автор поэмы «Полтава»;
е) Н. Винер — основатель кибернетики;
ж) чтобы сократить дробь, нужно найти наибольший общий делитель числителя и
знаменателя и разделить на него и числитель, и знаменатель;
з) Юрий Гагарин – первый космонавт.
Содержательный подход
Изучаемые вопросы:
 От чего зависит информативность сообщения,
принимаемого человеком.
 Единица измерения информации.
 Количество информации в сообщении об одном из N
равновероятных событий.
информация — сообщение — информативность сообщения —
единица измерения информации — информационный объем
сообщения.
Если сообщение неинформативно для человека, то количество информации в
нем, с точки зрения этого человека, равно нулю. Количество информации в
информативном сообщении больше нуля.
Единица измерения информации – 1 бит
Определение 1.
«Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 2
раза, несет 1 бит информации»
Определение 2.
«Сообщение о том, что произошло одно событие из двух
равновероятных, несет 1 бит информации»
Сложное для понимания понятие - равновероятность
События равновероятны, если ни одно из них не имеет преимущества
перед другими (примеры: бросание монеты, кубика)
2i = N
N — число вариантов равновероятных событий (неопределенность
знаний)
i — количество информации в сообщении о том, что произошло
одно из N событий.
i= log2N
Объяснение происходит по схеме:
Пусть N - целая степень двойки: 2, 4, 8, 16, 32 и т.д.
Если N = 2 = 21, то уравнение принимает вид: 2i = 21, отсюда i = 1.
Если N = 4 = 22, то уравнение принимает вид: 21 = 22, отсюда i = 2.
Если N = 8 = 23, то уравнение принимает вид: 2i = 23, отсюда i = 3 и
т. Д.
В общем случае, если N = 2k, где k — целое число,
то уравнение принимает вид 2i = 2k и,
следовательно, i = k.
Задачи по теме «Измерение информации. Содержательный
подход» связаны с использованием уравнения 2i = N.
Возможны два варианта условия задачи: 1) дано N, найти i; 2)
дано i, найти N.
Пример 1. Сколько бит информации несет сообщение о том, что из
колоды в 32 карты достали даму пик?
Решение. При случайном вытаскивании карт из перемешанной
колоды ни одна из карт не имеет преимущества быть выбранной по
сравнению с другими. Следовательно, случайный выбор любой
карты, в том числе и дамы пик — события равновероятные. Отсюда
следует, что неопределенность знаний о результате вытаскивания
карты равна 32 — числу карт в колоде.
Если i — количество информации в сообщении о результате
вытаскивания одной карты (дамы пик), то имеем уравнение: 2i = 32.
Поскольку 32 = 25, то, следовательно, i = 5 бит.
1. Сколько информации несет сообщение о том, что из колоды карт
достали карту красной масти?
2. Сколько информации несет сообщение о том, что из колоды карт
достали карту бубновой масти?
3. Проводится две лотереи: «4 из 32» и «5 из 64». Сообщение о
результатах какой из лотерей несет больше информации?
Изучаемые вопросы:
 Что такое алфавит, мощность алфавита.
 Что такое информационный вес символа в алфавите.
 Как измерить информационный объем текста с алфавитной
точки зрения.
 Что такое байт, килобайт, мегабайт, гигабайт.
 Скорость информационного потока и пропускная
способность канала.
Алфавитный подход — это единственный способ измерения
информации, который может применяться по отношению к
информации, циркулирующей в информационной технике, в
компьютерах.
Опорным в этой теме является понятие алфавита.
Алфавит — это конечное множество символов, используемых
для представления информации. Число символов в алфавите
называется мощностью алфавита (термин взят из
математической теории множеств).
Количество информации, которое несет в тексте каждый
символ (i), вычисляется из уравнения Хартли: 2i = N, где N —
мощность алфавита. Величину i можно назвать
информационным весом символа.
Отсюда следует, что количество информации во всем тексте
(I), состоящем из К символов, равно произведению
информационного веса символа i на К:
I = iК.
Эту величину можно назвать информационным объемом
текста. Такой подход к измерению информации еще
называют объемным подходом.
Минимальная мощность алфавита, пригодного для передачи
информации, равна 2. Такой алфавит называется двоичным
алфавитом. Информационный вес символа в двоичном
алфавите легко определить. Поскольку 2i = 2, то i = 1 бит. Итак,
один символ двоичного алфавита несет 1 бит информации.
Байт вводится как информационный вес символа из алфавита
мощностью 256. Поскольку 256 = 28, то 1 байт = 8 бит.
Компьютер для внешнего представления текстов и другой
символьной информации использует алфавит мощностью 256.
1
1
1
1
1
бит – минимальная единица информации
байт составляет 8 бит.
килобайт – 210 байт или 1024 байт
мегабайт – 210 Кбайт или 1024 Кбайт
гигабайт – 210 Мбайт или 1024 Мбайт
Упражнение 1. Записать в порядке возрастания значения
объемов памяти, предложенные в строке таблицы:
№
Мб
Кб
байт
бит
1
2
2000
4000000
32000000000
2
1
1,3
13251
8000
3
0,05
0,5
809
6500
4
0,5
2
2000
17000
5
1,3
24
22971532
160000000
Упражнение 2. Подсчитать объем памяти, заданный выражением:
1.
2.
3.
4.
5.
в
в
в
в
в
байтах
килобайтах
битах
мегабайтах
гигабайтах
2 Кб + 512 бит – 8 байт
4 Мб – 4096 байт – 20 Кб
1280 бит + 1,25 Мб - 5Кб
10 Гб – 2045 Кб + 16752640 бит
51200 Мб + 1048576 Кб – 1 Гб
В условиях задач по данной теме связываются между собой
следующие величины:
мощность символьного алфавита — N
информационный вес символа — i
число символов в тексте (объем текста) — К
количество информации, заключенной в тексте
(информационный объем текста) — I.
Кроме того, при решении задач требуется знать связь между
различными единицами информации: бит, байт, килобайт,
мегабайт, гигабайт.
Пример.
Два текста содержат одинаковое количество символов.
Первый текст составлен в алфавите мощностью 32 символа,
второй — мощностью 64 символа. Во сколько раз
отличается количество информации в этих текстах?
Решение. В равновероятном приближении информационный
объем текста равен произведению числа символов на
информационный вес одного символа:
Поскольку оба текста имеют одинаковое число символов (К),
то различие информационных объемов определяется только
разницей в информативности символов алфавита (i). Найдем
i1 для первого алфавита и i2 для второго алфавита:
2i1 = 32, отсюда i1 = 5 бит
2i2 = 64, отсюда i2 = 6 бит
Следовательно, информационные объемы первого и второго
текстов будут равны:
I1 = К5 бит, 12=К6 бит.
Отсюда следует, что количество информации во втором
тексте больше, чем в первом в 6/5, или в 1,2 раза.
Решение. Переведем информационный объем сообщения из
мегабайтов в биты. Для этого данную величину умножим
дважды на 1024 (получим байты) и один раз — на 8:
I = 1/512•1024•1024•8 = 16384 бит.
Поскольку такой объем информации несут 2048 символа (К),
то на один символ приходится:
i = I/K = 16384/2048 = 8 бит.
Отсюда следует, что размер (мощность) использованного
алфавита равен 28 = 256 символов.
В результате обучения учащиеся должны:
Знать(понимать): понятия «информация»
(содержательный и алфавитный подходы);
«количество информации», единицы измерения
количества информации;
Уметь: приводить примеры различных видов
информации, информативных и
неинформативных сообщений; пересчитывать
количество информации в различных единицах
измерения (бит, байт, Кбайт, Мбайт, Гбайт);
Использовать приобретенные знания и умения в
практической деятельности и повседневной
жизни: для измерения информационного
объема текста в байтах.
Изучаемые вопросы:
 Носители информации.
 Виды памяти.
 Хранилища информации.
Основные свойства хранилищ информации.
В результате обучения учащиеся должны
Знать (понимать):понятия «информационный процесс», «носитель
информации», «данные», виды «носителей информации»;
Уметь: приводить примеры различных носителей информации;
Использовать приобретенные знания и умения в практической
деятельности и повседневной жизни: для работы с носителями и
хранилищами информации; для оценки объёма памяти,
необходимого для хранения информации.
Под информационными процессами понимаются любые
действия, выполняемые с информацией.
Носитель информации — это физическая среда,
непосредственно хранящая информацию.
Хранилище информации — это определенным образом
организованная информация на внешних носителях,
предназначенная для длительного хранения и постоянного
использования.
Информацию, хранимую на устройствах компьютерной
памяти, принято называть данными.
Изучаемые вопросы:
 Общая схема процесса обработки информации.
 Постановка задачи обработки.
 Исполнитель обработки.
 Алгоритм обработки.
 Типовые задачи обработки информации.
В результате обучения учащиеся должны
Знать (понимать):общую схему обработки информации, понятие
кодирование
Уметь: приводить примеры алгоритмов обработки;
Использовать приобретенные знания и умения в практической
деятельности и повседневной жизни: для выбора вариантов
обработки информации в соответствии с типом задачи.
Изучаемые вопросы:
 Источник и приемник информации.
 Информационные каналы.
 Роль органов чувств в процессе восприятия информации
человеком.
 Структура технических систем связи.
 Что такое кодирование и декодирование.
 Понятие шума; приемы защиты от шума.
 Скорость передачи информации и пропускная способность
канала.
Скорость передачи информации — это информационный объем
сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы
измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.
В результате обучения учащиеся должны
Знать (понимать):понятия «источник информации», «приемник
информации», «информационный канал», «кодирование», «единицы
скорости передачи информации»
Уметь: приводить конкретные примеры процесса передачи
информации, определять для этих примеров источник, приемник,
каналы передачи; рассчитывать скорость передачи информации по
объему и времени;
Использовать приобретенные знания и умения в практической
деятельности и повседневной жизни: для определения в конкретном
процессе передачи информации источника, приемника и канала связи;
оценивать скорость передачи информации.
Учащиеся должны знать:
• определение информации в соответствии с содержательным подходом и
кибернетическим (алфавитным) подходом;
• что такое информационные процессы;
• какие существуют носители информации;
• как определяется единица измерения информации — бит;
• что такое байт, килобайт, мегабайт, гигабайт;
• в каких единицах измеряется скорость передачи информации;
Учащиеся должны уметь:
• приводить примеры информации и информационных процессов из области
человеческой деятельности, живой природы и техники;
• определять в конкретном процессе передачи информации источник,
приемник, канал;
• приводить примеры информативных и неинформативных сообщений;
• приводить примеры сообщений, несущих 1 бит информации;
• измерять информационный объем текста в байтах (при использовании
компьютерного алфавита);
• пересчитывать количество информации в различных единицах (битах, байтах,
Кбайтах, Мбайтах, Гбайтах);
• рассчитывать скорость передачи информации по объему и времени передачи,
а также решать обратные задачи;
• *вычислять количество информации в сообщении о событии с известной
вероятностью (в приближении равной вероятности и в общем случае).
2. Опишите, какие действия с информацией (информационные процессы) будут выполнены
учеником, если он:
◦ учит правило,
◦ решает у доски задачу,
◦ слушает музыку,
◦ пишет письмо,
◦ переводит текст с английского языка на русский.
◦ Пишет диктант.
3. Опишите, кто будет являться источником и кто или что – приемником информации в
следующих ситуациях:
◦ Андрей собирается переходить перекресток, регулируемый светофором,
◦ Петя беседует с Колей по телефону,
◦ Аня слушает прогноз погоды по радио,
◦ Женя учит стихотворение А.С.Пушкина «Анчар»,
◦ Света едет в автобусе до остановки «Парк культуры» в незнакомом городе.
4. В какой форме человек воспринимает информацию (образной или знаковой), если он:
◦ Слушает музыку,
◦ Смотрит футбольный матч,
◦ Читает орфографический словарь,
◦ Выбирает букет в магазине,
◦ Ест мороженое,
◦ Разговаривает по телефону,
◦ Гладит кошку,
◦ Слушает по радио сообщение о курсе доллара.
1. В чем причина проблемы определения понятия «информация»? Какие
возможны подходы к определению информации?
2. Как эволюционирует подход к линии информации и информационных
процессов со сменой поколений школьных учебников?
3. Как объяснить ученикам разницу между декларативными и процедурными
знаниями? Подберите серию примеров, иллюстрирующих эти понятия.
4. Объясните методический смысл введения понятия «информативность
сообщения».
5. В чем состоит ограниченность содержательного подхода к определению и
измерению информации? На каких примерах можно объяснить этот факт
ученикам?
6. Как объяснить ученикам тот факт, что в информационной технике
применяется алфавитный подход к измерению информации?
7. Пофантазируйте на тему: к каким последствиям привело бы принятие
следующего определения единицы измерения информации: «Сообщение,
уменьшающее неопределенность знаний в 10 раз несет единицу
информации, которая называется 1 дит».
8. В чем состоят методические проблемы раскрытия учащимся вероятностного
подхода к понятию информации? Как их можно преодолеть?
9. Попробуйте на примере школьного урока проиллюстрировать следующие
понятия: информационные процессы, носитель информации, хранилище
информации, передача информации, шум и защита от шума, обработка
информации.