1 of 73

Информация и информационные процессы

1

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

2 of 73

Информация и информационные процессы

§ 1. Количество информации

2

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

3 of 73

Формула Хартли (1928)

3

I – количество информации в битах

N – количество вариантов

Ральф Хартли

Пример:� В аэропорту стоит 10 самолетов, из них один � летит в Санкт-Петербург. Оценить количество� информации в сообщении «В Санкт-Петербург летит

второй самолет»?

бита

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

4 of 73

Алфавитный подход

4

N – мощность алфавита

Информационный объём

символа:

сообщения длиной L:

Пример: сообщение длиной 100 символов закодировано с помощью алфавита из 50 знаков.

бита

бита

вверх до целого числа

6 битов

600 битов

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

5 of 73

Количество различных сообщений

5

N – мощность алфавита

L – длина сообщения

Q – количество различных сообщений

алфавит: А, Б, В, Г

А, Б, В, Г

А, Б, В, Г для каждого варианта

А, Б, В, Г

всего: 4

всего: 4⋅4 = 42 = 16

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

6 of 73

Информация и вероятность

6

0,175

О

0,090

Е

0,072

А

0,063

И

0,062

Т

0,053

Н

0,052

С

0,045

р

0,040

В

0,038

Л

0,035

К

0,028

М

0,026

Д

0,025

П

0,023

У

0,021

Я

0,018

Ы

0,017

З

0,016

Ь

0,015

Б

0,014

Г

0,013

Ч

0,012

Й

0,010

Х

0,009

Ж

0,007

Ю

0,006

Ш

0,005

Ц

0,004

Щ

0,003

Э

0,002

Ф

0,001

Доля символов в русских текстах:

из 1000 символов около 175 пробелов

вероятность p появления символа

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

7 of 73

Вероятность

7

Вероятность события – число от 0 до 1, показывающее, как часто случается это событие в большой серии одинаковых опытов.

событие никогда не происходит �(нет неопределенности)

событие происходит в половине �случаев (есть неопределенность)

событие происходит всегда �(нет неопределенности)

x2 ≥ 0

x2 < 0

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

8 of 73

Вероятность

8

N – количество испытаний

m – сколько раз произошло событие

ровно 2:

чётное:

меньше 3:

2 и 2:

2 чётных:

оба меньше 3:

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

9 of 73

Вероятность и информация

9

…АААААААААААААААААА

получили букву «А»:

BАААААААААААААААААА

получили букву «В»:

Чем более неожиданно событие, тем больше получено информации.

В 10 опытах будет получено в 10 раз больше информации, чем в одном (аддитивность).

Определили свойства количества�информации!

!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

10 of 73

Вероятность и информация

10

при K = 1 ⇒ информация в битах

Если событие имеет вероятность p, то количество информации в битах, полученное в сообщении об этом событии, равно

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

11 of 73

Вероятность и информация

11

Аддитивность:

по 8 шариков разного цвета

всего 8⋅8 = 64 варианта

бита

битов

битов

Аддитивность выполняется!

!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

12 of 73

Связь с формулой Хартли

12

N равновероятных событий

совпадает с �формулой Хартли

Если вероятности разные:

«Васе достался зелёный шарик».

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

13 of 73

Формула Шеннона

13

Количество полученной информации равно уменьшению неопределенности.

I = ΔH = HначHкон

Как вычислить H?

?

Неопределённость знаний об источнике данных (N событий, вероятности pi):

Клод Шеннон

информационная энтропия

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

14 of 73

Формула Шеннона

14

«Идёт ли сейчас снег?» (1 – да, 2 – нет)

зимой:

Как вычислить p2?

?

Сумма вероятностей всех событий, составляющих полную систему, равна 1!

!

бит

летом:

бит

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

15 of 73

Когда неопределённость наибольшая?

15

Система двух событий:

Неопределенность максимальна, когда все события равновероятны.

0

1

0,5

1

0,5

H

p1

совпадает с формулой Хартли!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

16 of 73

Информация и информационные процессы

§ 2. Передача данных

16

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

17 of 73

Скорость передачи данных

17

Скорость передачи данных – это количество битов (байтов, Кбайт и т.д.), которое передается по каналу связи за единицу времени (например, за 1 с).

бит/с = 1 bps (bits per second)

1 кбит/с = 1000 бит/с

1 Мбит/с = 106 бит/с

1 Гбит/с = 109 бит/с

Объём переданных данных:

скорость передачи

время

v = 512000 бит/с, t = 1 мин

I = v ⋅ t = 512000 бит/с 60 с = 30 720 000 битов

= 3 840 000 байтов = 3750 Кбайт.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

18 of 73

Обнаружение ошибок

18

Бит чётности:

00 01 10 11

⇒ 000 011 101 110

теперь число единиц в каждом блоке чётное

Если в принятом блоке нечётное число «1» – ошибка!

принято: 010 110 000 111 000

Можно ли исправить?

?

Для файлов – контрольные суммы (хэш):

CRC = Cyclic Redundancy Code

MD5, SHA-1

Верно ли переданы данные?

?

10010

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

19 of 73

Помехоустойчивые коды

19

111 000 000 111 000 – утроение каждого бита

принято: 010111000101000

исправлено: 000111000111000

10010

Обнаруживает 1 или 2 ошибки, исправляет 1 ошибку!

!

Помехоустойчивый код – это код, который позволяет исправлять ошибки, если их количество не превышает некоторого уровня.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

20 of 73

Расстояние Хэмминга

20

Расстояние Хэмминга – это количество позиций, в которых отличаются два закодированных сообщения одинаковой длины.

d(001, 100) = 2

d(000, 111) = ?

3

Обнаруживает 1 или 2 ошибки, исправляет �1 ошибку!

!

Исправление r ошибок:

d ≥ 2r + 1

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

21 of 73

Передача 3-битных блоков

21

000000

001111

010011

011100

100101

101010

110110

111001

dmin= 3 ⇒ r = 1

d(000000, x) = ?

001111→4

010011→3

011100→3

100101→3

101010→3

110110→4

111001→4

Исправление ошибки

принято: 101110

Недопустимый код!

!

ближайший допустимый код:

101010

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

22 of 73

Помехоустойчивые коды Хэмминга

22

1

2

3

4

5

6

7

0

1

1

1

1

0

0

4 полезных бита, 3 контрольных

избыточность 3/4 =75%

3 = 1 + 2

5 = 1 + 4

6 = 2 + 4

7 = 1 + 2 + 4

бит 1: (1 + 1 + 0) mod 2 = 0

бит 2: (1 + 0 + 0) mod 2 = 1

бит 4: (1 + 0 + 0) mod 2 = 1

dmin= 3 ⇒ r = 1

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

23 of 73

Код Хэмминга: исправление ошибки

23

1

2

3

4

5

6

7

0

1

1

1

1

1

0

бит 1: (1 + 1 + 0) mod 2 = 0

бит 2: (1 + 1 + 0) mod 2 = 0

бит 4: (1 + 1 + 0) mod 2 = 0

Контрольные биты:

Номер ошибочного бита: 2 + 4 = 6

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

24 of 73

Длинные коды Хэмминга

24

Контрольные биты:

1, 2, 4, 8, 16, … , 2k

Исправляется только 1 ошибка в блоке!

!

Длина кодовых слов, бит

Число контрольных битов

Избыточность

4

3

75%

11

4

36%

26

5

19%

57

6

10%

247

8

3%

1013

10

1%

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

25 of 73

Информация и информационные процессы

§ 3. Сжатие данных

25

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

26 of 73

Что такое сжатие?

26

Алфавит: A, B, C,

Сообщение: АBА CАBАBА

80 битов в 8-битной кодировке!

!

A → 00

B → 01

C → 10

→ 11

АBА CАBАBА → 00 01 00 11 10 00 01 00 01 00

20 битов

Как раскодировать?

?

Словарь:

00

01

10

11

000001002

010000012

010000102

010000112

001000002

 

4 символа

A (код 65)

B (код 66)

C (код 67)

пробел (код 32)

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

27 of 73

Коэффициент сжатия

27

Сообщение: 10240 символов

Алфавит: A, B, C,

Словарь: 5 байтов

Длина кода:

10240×2 = 20480 битов = 2560 байтов

Длина сжатого сообщения:

5 + 2560 = 2565 байтов

Коэффициент сжатия – это отношение размеров исходного и сжатого файлов.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

28 of 73

Сжатие без потерь

28

Сжатие без потерь – это такое уменьшение объема закодированных данных, при котором можно восстановить их исходный вид из кода без искажений.

За счёт чего сжимается сообщение?

?

В данных должна быть избыточность!

!

используются только �4 символа из 256

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

29 of 73

Алгоритм RLE

29

RLE (англ. Run Length Encoding, кодирование цепочек одинаковых символов)

A

A

A

B

B

B

100

100

200 байтов

Файл qq.txt

Файл qq.rle (сжатый)

100

A

100

B

4 байта

В чем состоит избыточность?

?

сжатие в 50 раз!

Сжатие с потерями или без?

?

Что в худшем случае?

?

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

30 of 73

Алгоритм RLE

30

8F16

C016

0216

C116

C216

100011112

110000002

000000102

110000012

110000102

повтор 15

A (код 192)

2

Б (код 193)

В (код 194)

управляющие байты

АААААААААААААААБВ

Распаковка:

15

2

Применение:

  • сжатие рисунков *.bmp (с палитрой)
  • один из этапов сжатия рисунков *.jpg

8F C0 02 C1 C216

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

31 of 73

Неравномерные коды

31

Идея: кодировать часто встречающиеся символы более короткими кодовыми словами.

Азбука Морзе:

А

И

корень

Н

М

Т

Е

Е

Т

И

А

Н

М

Проблема: разделить последовательность на кодовые слова!

!

И

ЕЕ

Можно ли обойтись без разделителя?

?

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

32 of 73

Префиксные коды

32

Префиксный код – это код, в котором ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова (условие Фано).

А

И

корень

Н

М

Т

Е

Е

Т

И

А

Н

М

Это не префиксный код!

!

Проблема: как построить префиксный код?

!

не все символы в листьях!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

33 of 73

Код Шеннона-Фано

33

Алфавит: О, Е, Н, Т,

Количество символов в сообщении:

140

О

Н

Е

Т

68

68

64

60

На 2 группы с примерно равным числом символов:

140

E

T

H

O

68

64

60

68

208

192

начинаются с 0

начинаются с 1

00

O

01

E

10

T

Н

64

60

начинаются с 11

Т

Н

110

111

в порядке невозрастания

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

34 of 73

Код Шеннона-Фано

34

О

Е

Н

Т

0

0

0

0

1

1

1

1

корень

Это префиксный код (все символы в листьях дерева)!

!

Декодирование:

1110111101001011001111

111

01

111

01

00

10

110

01

111

Т

O

Т

O

Е

Н

О

Т

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

35 of 73

Код Шеннона-Фано

35

  • учитывается частота символов
  • не нужен символ-разделитель
  • код префиксный – можно декодировать по мере поступления данных
  • нужно заранее знать частоты символов
  • код неоптимален
  • при ошибке в передаче сложно восстановить «хвост»
  • не учитывает повторяющиеся последовательности символов

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

36 of 73

Алгоритм Хаффмана

36

Дэвид Хаффман

140

Е

Т

Н

О

68

64

60

68

По увеличению частоты:

140

Е

Т

Н

О

68

68

124

140

Е

О

136

Т

Н

124

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

37 of 73

Алгоритм Хаффмана

37

140

Е

О

Т

Н

260

Т

Н

Е

О

0

1

0

1

1

1

0

0

0

Т

100

Н

101

Код Хаффмана:

Е

110

О

111

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

38 of 73

Сравнение алгоритмов

38

Количество символов в сообщении:

140

О

Н

Е

Т

68

68

64

60

Равномерное кодирование (8-битный код):

(140 + 68 + 68 + 64 + 60) ⋅ 8 = 3200 битов

Равномерное кодирование (3-битный код):

(140 + 68 + 68 + 64 + 60) ⋅ 3 = 1200 битов

+ словарь!

В чём избыточность?

?

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

39 of 73

Сравнение алгоритмов

39

Количество символов в сообщении:

140

О

Н

Е

Т

68

68

64

60

Код Шеннона-Фано:

00

О

01

Е

10

Н

Т

110

111

(140 + 68 + 68) ⋅ 2 + (64 + 60) ⋅ 3 = 924 бита

Код Хаффмана:

0

О

111

Е

110

Н

Т

101

100

140 + (68 + 68 + 64 + 60) ⋅ 3 = 920 бит

Оптимален!

!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

40 of 73

Алгоритм Хаффмана

40

  • код оптимальный среди алфавитных кодов
  • нужно заранее знать частоты символов
  • при ошибке в передаче сложно восстановить «хвост»
  • не учитывает повторяющиеся последовательности символов

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

41 of 73

Алгоритм LZW

41

1977: А. Лемпел и Я. Зив, 1984: Т. Велч

Идеи:

  • кодировать не отдельные символы, а блоки
  • последовательностям символов присваиваются числовые коды
  • новая цепочка ⇒ занесение в словарь с новым кодом
  • словарь строится по мере получения данных
  • не нужны частоты символов ⇒ за один проход!

Применение:

  • сжатие рисунков *.gif, *.tif
  • сжатие документов *.pdf

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

42 of 73

Сжатие с потерями

42

Сжатие с потерями – это такое уменьшение объема закодированных данных, при которых распакованный файл может отличаться от оригинала.

Применение:

  • сжатие рисунков *.jpg, *.jpeg
  • сжатие звука *.mp3, *.aac, *.ogg, …
  • сжатие видео *.mpg, *.wmv, *.mov, …

Идея: «отбросить» часть данных, которые не влияют на восприятие информации человеком (доп. размытие фотографий, частоты выше 20 кГц, …)

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

43 of 73

Снижение глубины цвета

43

8 битов на пиксель (256 цветов)

4 бита на пиксель (16 цветов)

2 бита на пиксель �(4 цвета)

размер ↓

качество ↓

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

44 of 73

Сжатие JPEG

44

RGB → Y Cb Cr

яркость

«синева»

«краснота»

Y = 0,299⋅R + 0,587⋅G + 0,114⋅B

Cb = 128 – 0,1687⋅R – 0,3313⋅G + 0,5⋅B

Cr = 128 + 0,5⋅R – 0,4187⋅G – 0,0813⋅B

глаз чувствительнее к зелёному!

Что для чёрно-белого (серого)?

?

Cb = Cr = 128

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

45 of 73

Сжатие JPEG

45

Идея: глаз наиболее чувствителен к яркости

Y1, Cb1, Cr1

Y2, Cb2, Cr2

Y3, Cb3, Cr3

Y4, Cb4, Cr4

12 чисел

например:

Cb =

Cb1 + Cb2 +Cb3 + Cb4

4

Cr =

Cr1 + Cr2 +Cr3 + Cr4

4

⇒ Y1, Y2, Y3, Y4, Cb, Cr

6 чисел

+ дискретное косинусное преобразование, алгоритмы RLE и Хаффмана

потери!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

46 of 73

Сжатие JPEG

46

качество 100

(8400 байтов)

качество 50

(3165 байтов)

качество 0

(1757 байтов)

качество 0

(фрагмент)

40

30

20

10

0

BMP

BMP(RLE)

GIF

PNG

JPEG(100)

JPEG(50)

JPEG(0)

V, Кбайт

Плавные переходы!

!

Артефакты – заметные искажения из-за сжатия с потерями

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

47 of 73

Сжатие рисунков с потерями и без

47

Большие области одного цвета!�Чёткие границы!

!

120

100

80

40

0

BMP

BMP(RLE)

GIF

PNG

JPEG(100)

JPEG(50)

JPEG(0)

60

20

V, Кбайт

Что особенного?

?

с потерями!

без потерь!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

48 of 73

Сжатие звука (MP3)

48

MP3 = MPEG-1 Layer 3, кодирование восприятия

Битрейт – это число бит, используемых для кодирования 1 секунды звука.

MP3: от 8 до 320 кбит/c

Без сжатия на CD (1 сек, 44 кГц, 16 бит, стерео):

2×88000 = 176 000 байт = 1 408000 бит = 1408 кбит

Cжатие MP3 (256 кбит/с):

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

49 of 73

Сжатие видео

49

видео = изображения + звук

Кодек (кодировщик/декодировщик) – это программа для сжатия данных и восстановления сжатых данных.

MJPEG, MPEG-4, DivX, Xvid, H.264, …

Артефакты – заметные искажения из-за сжатия с потерями

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

50 of 73

Сжатие: итоги

50

Сжатие уменьшает избыточность данных!

!

Хорошо сжимаются:

  • тексты (*.txt)
  • документы (*.doc)
  • несжатые рисунки (*.bmp)
  • несжатый звук (*.wav)
  • несжатое видео (*.avi)

Плохо сжимаются:

  • случайные данные
  • сжатые данные в архивах (*.zip, *.rar, *.7z)
  • сжатые рисунки (*.jpg, *.gif, *.png)
  • сжатый звук (*.mp3, *.aac)
  • сжатое видео (*.mpg, *.mp4, *.mov)

Нужно ли стремиться к полному удалению избыточности?

?

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

51 of 73

Информация и информационные процессы

§ 4. Информация и управление

51

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

52 of 73

Кибернетика

52

Норберт Винер

Кибернетика – это наука, изучающая общие закономерности процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе.

Идеи:

  • управление в любых системах подчиняется одним и тем же законам
  • управление связано с обменом информацией

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

53 of 73

Что такое система?

53

Система – это группа объектов и связей между ними, выделенных из среды и рассматриваемых как одно целое.

Примеры:

    • общество
    • семья
    • экологическая система
    • компьютер
    • файловая система
    • операционная система

А

Б

В

Г

среда

Системный эффект: свойства системы нельзя свести к «сумме» свойств ее компонентов.

самолёт летает!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

54 of 73

Что такое система?

54

Свойства системы: компоненты + связи (алмаз, графит)

Подсистема: компонент-система.

Цель работы системы определяется надсистемой!

!

А

Б

В

Е

Ж

Г

Д

S

S1

S2

Системный анализ: изучение сложных систем на основе теории управления и теории информации.

подсистема

элемент

Надсистема: система более высокого уровня.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

55 of 73

Системы управления

55

регулятор

объект

цель

среда

управление

Разомкнутая система – регулятор не получает информации о состоянии объекта (программное управление).

Примеры:

    • водитель с завязанными глазами
    • начальник, не проверяющий рабочих
    • информационное табло на вокзале
    • светофор

простота – не нужно датчиков

  • нужна точная модель объекта
  • нельзя учесть влияние среды

Неизвестно, достигнута ли цель!

!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

56 of 73

Системы с обратной связью

56

Замкнутая система – регулятор получает информации о состоянии объекта по каналу обратной связи.

регулятор

объект

цель

среда

управление

датчики

обратная �связь (ОС)

сравнение�с целью!

усложнение системы (датчики)

  • модель объекта может быть неточной
  • можно учесть влияние среды

Отрицательная ОС – регулятор уменьшает разницу между целью и состоянием объекта.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

57 of 73

Типы систем управления

57

Автоматические – работают без участия человека.

Автоматизированные – собирают и обрабатывают информацию, а решения принимает человек.

Адаптивные – «подстраиваются» под изменение внешних условия или свойств объекта.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

58 of 73

Информация и информационные процессы

§ 5. Информационное общество

58

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

59 of 73

Что такое информационное общество?

59

Прогресс в обработке информации:

  • письменность (около 3000 лет до н.э., Египет)
  • книгопечатание (X век – Китай, XV век – Европа)
  • средства связи (телеграф, телефон, радио, телевидение; конец XIX – начало XX века);
  • компьютеры (вторая половина XX века).

Информационное общество – это такая ступень развития цивилизации, на которой главными продуктами производства становятся информация и знания.

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

60 of 73

Информатизация

60

Информатизация – переход к информационному обществу:

  • внедрение информационных технологий во все сферы жизни
  • развитие компьютерных сетей, сотовой связи и т.п.
  • необходимость компьютерной грамотности для всех
  • свобода доступа к информации;
  • доступность образования, в том числе дистанционного (через Интернет)
  • изменение структуры экономики
  • изменение уклада жизни людей

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

61 of 73

Информатизация

61

Негативные последствия:

  • усиление влияния СМИ
  • разрушается частная жизнь людей
  • сложно выбрать качественные и достоверные данные
  • личное общение людей заменяется общением в Интернете
  • людям старшего поколения очень сложно приспособиться

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

62 of 73

Информационные ресурсы

62

Ресурсы – условия, позволяющие после некоторой «обработки» получить желаемый результат.

Информационные ресурсы – документы �в библиотеках, архивах, банках данных, информационных системах.

товар!

Информационные услуги:

  • поиск и подбор информации
  • подбор персонала (кадровые агентства)
  • обучение (учебные центры)
  • рекламные агентства
  • консультации, услуги по оптимизации бизнеса
  • разработка программ и веб-сайтов

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

63 of 73

Информационные технологии

63

Технология – это способ сделать «продукт» из исходных материалов (с гарантированным результатом!).

Новые информационные технологии – это технологии, связанные с использованием компьютеров для хранения, защиты, обработки и передачи информации.

  • подготовка документов в электронном виде
  • поиск информации
  • телекоммуникации (сети, Интернет, e-mail)
  • автоматизированные системы управления (АСУ)
  • системы автоматизированного проектирования (САПР)
  • геоинформационные системы
  • обучение (электронные учебники, компьютерные тренажеры, дистанционное обучение).

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

64 of 73

Автоматизированные системы управления

64

менеджер

администратор

сервер, база данных

производство �(кухня)

рабочие места

официантов, барменов, кассиров

Ресторан+

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

65 of 73

Автоматизированные системы управления

65

… технологическими процессами (АСУ ТП)

рабочее место �оператора

блок сбора информации

датчики

блок управления

блок сбора информации

датчики

блок управления

GSM

модем

GSM

модем

локальная сеть

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

66 of 73

САПР

66

САПР – системы автоматизированного проектирования

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

67 of 73

Геоинформационные системы (ГИС)

67

Измерение расстояния

Проложить маршрут

Панорамы улиц

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

68 of 73

Дистанционное обучение

68

    • видеолекции
    • самостоятельная работа
    • письменные задания
    • работа с тьютором (наставником)
    • консультации по Интернету

Интернет

тьютор

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

69 of 73

Дистанционное обучение

69

Гарвардский университет

Массачусетский технологический институт

Стэнфорский университет

Университет Виргиния

33 университета

Академия Хана

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

70 of 73

Компьютерные тренажёры

70

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

71 of 73

Информационная культура

71

Для общества – способность общества

    • эффективно использовать информационные ресурсы и средства обмена информацией
    • применять передовые достижения в области информационных технологий

Для человека – умение

    • формулировать потребность в информации
    • находить нужную информацию
    • отбирать и анализировать информацию
    • представлять информацию в разных видах;
    • обрабатывать информацию
    • использовать информацию для принятия решений

Нормы права и морали действуют по-прежнему!

!

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

72 of 73

Конец фильма

72

ПОЛЯКОВ Константин Юрьевич

д.т.н., учитель информатики

ГБОУ СОШ № 163, г. Санкт-Петербург

kpolyakov@mail.ru

ЕРЕМИН Евгений Александрович

к.ф.-м.н., доцент кафедры мультимедийной дидактики и ИТО ПГГПУ, г. Пермь

eremin@pspu.ac.ru

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru

73 of 73

Источники иллюстраций

73

  1. www.newbeanbag.ru
  2. compression.ru
  3. maps.yandex.ru
  4. ixbt.com
  5. www.dinamika-avia.ru
  6. www.transas.ru
  7. crazypiter.ru
  8. www.fotosearch.com
  9. www.notebookcheck.net
  10. www.energy2.ru
  11. www.wlangdesign.com
  12. www.1himplast.ru
  13. www.applecad.com
  14. gprs-modem.ru
  15. en.wikipedia.org
  16. nivo.co.za
  17. иллюстрации художников издательства «Бином»
  18. авторские материалы

Информация и информационные процессы, 11 класс

© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013 http://kpolyakov.spb.ru