Теория информации и кодирования: логические основы ЭВМ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Высшая школа экономики и менеджмента

Департамент НОЦ «ИНЖЭК»

Кафедра систем управления энергетикой и промышленными предприятиями

 

 

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ И КОДИРОВАНИЯ: ЛОГИЧЕСКИЕ ОСОВЫ ЭВМ

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина «Бизнес и менеджмент в энергетике и наукоемких отраслях»

 

 

 

Руководитель Лалов А. А.

Нормоконтроль  Лалов А. А.

Студент группы

ЭМ-133201: Гаджаман А. С.

 

 

Дата защиты ____________

Оценка__________________

 

Екатеринбург

2013 

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

 

 «УТВЕРЖДАЮ» 
Зав. кафедрой ______________

«___»____________ 2013 г.

 

Задание №

по курсовой работе

Студент группы     ЭМ –133201 специальность Бизнес и менеджмент в энергетике и наукоемких отраслях

Фамилия Имя Отчество Гаджаман Алена Сергеевна

Руководитель курсовой работы Лалов А. А.

Срок работы с                  2013 года по                 2013 года

1. Тема курсовой работы

Теория информации и кодирования: логические основы ЭВМ

2. Содержание работы (какие графические  работы и расчеты должны быть  выполнены)

Введение, Раздел 1. Теоритические основы проекта «Теория информации и кодирования: логические основы ЭВМ»,    Раздел 2. Практические аспекты алгоритмы кодирования информации, Заключение, Список использованных источников.

3. Особые дополнительные сведения 

________________________________________________________________________

4. План выполнения курсовой работы
Наименование элементов курсовой работы	Сроки	Примечания	Отметка о выполнении
Введение	15.11.13-15.11.13
Раздел 1. Теория информации и кодирования: логические основы ЭВМ	15.11.13-30.11.13
Раздел 2. Алгоритмы кодирования информации.	02.12.13-13.12.13
Заключение	13.12.13-15.12.13
Список использованных источников	15.12.13-16.12.13

 

5. Курсовая работа закончена

6. Оценка работы  

7. Руководитель______________________________

СОЖЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Теоретической основой информатики является группа фундаментальных наук таких как: теория информации, теория алгоритмов, математическая логика, теория формальных языков и грамматик, комбинаторный анализ и т.д. Кроме них информатика включает такие разделы, как архитектура ЭВМ, операционные системы, теория баз данных, технология программирования и многие другие. Важным в определении информатики как науки является то, что с одной стороны, она занимается изучением устройств и принципов действия средств вычислительной техники, а с другой – систематизацией приемов и методов работы с программами, управляющими этой техникой.

Информационная технология – это совокупность конкретных технических и программных средств, с помощью которых выполняются разнообразные операции по обработке информации во всех сферах нашей жизни и деятельности. Иногда информационную технологию называют компьютерной технологией или прикладной информатикой.

Информация аналоговая и цифровая. Термин «информация» восходит к латинскому informatio,– разъяснение, изложение, осведомленность.

Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки это делают по-разному. Например, в философии различают информацию объективную и субъективную. Объективная информация отражает явления природы и человеческого общества. Субъективная информация создается людьми и отражает их взгляд на объективные явления.

В информатике отдельно рассматривается аналоговая информация и цифровая. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств, привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном, работает с цифровой информацией.

Цель написания курсовой работы  –  изучить теорию информации и кодирования, а так же рассмотреть алгоритмы кодирования информации.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• образовательная – сформировать представление о базовых логических элементах, объяснять работу основных логических элементов;
• развивающие – развитие логического и комбинационного мышления, памяти, внимательности, формирование элементов графической культуры;
• воспитательные – воспитание познавательного интереса учащихся, умения слушать, аккуратности в работе, трудолюбия.
• изучения логических основ ЭВМ
• анализ полученной информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТА «ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ И КОДИРОВАНИЯ: ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ»

1. Понятие информации

 

Понятие информации часто встречается в деятельности людей. Можно 
сказать, что, сколько существует человечество, столько времени оно пользуется информацией. Жизнь каждого человека, так или иначе, связана с получением, накоплением и обработкой информации. Все профессиональные навыки и секреты мастерства отдельных специалистов по получению каких-либо материалов или изготовлению изделий представляют ни что иное как информацию, которая в течение нескольких поколений, бережно накапливалась, строго охранялась и передавалась, сохраняя секреты профессии. Информация имеет большое значение в современном мире. С каждым годом растет объем информации и величина информационных потоков. Особенно это характерно для науки, производственной деятельности и управления. Помимо увеличения объема информации, имеет место резкое увеличение скорости ее возрастания. Общая сумма человеческих знаний в XVIII веке удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. - каждые 10 лет, к 1970 г. - 5 лет, к 1990 г. - каждые 2-3 года, а к началу XXI век 1-2 года. Оценки показывают, что в настоящее время ежеминутно в мире делается от 15 до 20 изобретений. 

До XX века основным предметом труда были материальные объекты. Экономическая мощь государства измерялась, прежде всего, его материальными и энергетическими ресурсами, а также средствами материального производства. В последнюю очередь экономическая мощь государства определялась наличием научно-технического потенциала. В настоящее время, одним из основных показателем становится информационные технологии, и мощь государства определяется теперь, в большей степени, наличием высококвалифицированных работников - ученых, инженеров, рабочих. Проведенная оценка сфер человеческой деятельности показывает, что более половины человечества в своей профессиональной деятельности, в настоящее время, занимается непосредственно работой, связанной с той или иной обработкой информации. Одной из важнейших проблем человечества является лавинообразный поток информации практически в любой отрасли его жизнедеятельности. Подсчитано, например, что в настоящее время специалист должен тратить до 80% своего рабочего времени, чтобы уследить за всеми новыми печатными работами в его области деятельности. Во всех областях человеческой деятельности приходится накапливать, собирать, обрабатывать и и пользовать информацию. Разнообразие и огромное количество информации, и также растущий спрос на нее, вызывает необходимость прибегать к разработке автоматизированных систем хранения, обработки и передачи информации.

При работе с информацией производятся самые разнообразные действия. Информация собирается, хранится, передается, анализируется, обобщается. Информация также распространяется, при этом она может перерабатываться и преобразовываться по форме и виду (например, кодируется или декодируется, текст озвучивается, звуковая или видеоинформация преобразуется в радиоволны, передается на соответствующий приемник и опять преобразуется в звуковую или видеоинформацию) и т.п. Достаточно специфическими действиями с информацией являются получение новой информации, а также продажа и покупка информации.

В понятие информации может быть вложен различный смысл. Существует несколько определений информации. Это обусловлено сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию сущности этого понятия. В бытовом смысле под информацией понимается сообщение, любые данные или знания, которые кого-либо интересуют. Практически, до середины XX века под информацией понимались сведения, передаваемые друг другу. Такое понимание информации основано на логико-семантическом подходе (семантика - изучение сообщения с точки зрения смысла), при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а только та его часть, которая используется для принятия решений, активных действий и управления. В дальнейшем понятие информации получило более широкое толкование – это сведения, обмениваемые тем или иным способом между людьми, обмен сигналами между животными и растениями, передача сведений в живом мире на клеточном и генном уровне и т.п. Такое понимание информации рассматривает информацию как свойство (атрибут) материи. В производственной и научной деятельности под информацией также понимают сведения, которыми обмениваются люди между собой, человек и компьютер. Появление понятия информации связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Можно сказать, что сейчас, в широком смысле, информация – это отражение реального мира. В узком смысле информация - это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. С точки зрения фундаментальных наук понятие информации является настолько общим и глубоким понятием, что оно не может быть определено через более простые - первичные понятия. Поэтому понятие информации является одним из фундаментальных основных понятий многих современных научных дисциплин (в философии существует даже такая философская категория как информация).

С практической точки зрения информация всегда представляется в виде какого-либо сообщения. Любое информационное сообщение обязательно связано с источником информации, приемником информации и каналом передачи сообщения. Процесс, который происходит при установлении связи между источником информации (генератором информации) и приемником информации (получателем), называется информационным процессом. Обмен информацией происходит по каналам передачи сообщений посредством сигнала. Сообщение от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (электрической, магнитной, электромагнитной или световой, акустической, тепловой, химической реакции или веществом и т.п.). Физическая среда, в которой может фиксироваться или накапливаться информация для последующей обработки или передачи и анализа называется носителем информации. Чаще всего информация существует в форме электромагнитных волн различной частоты (световых или радиоволн), акустических волн (звуков), электрического тока или напряжения, в форме магнитных полей или, что для нас более привычно, в виде каких-либо знаков на бумаге, жестов, поз и мимики (в животном мире), наличия определенных веществ. Сигнал - это материальный носитель информации (предмет, символ, физический или химический процесс, явление), распространяющийся в пространстве и времени. Полученный сигнал, каким-либо образом, перерабатывается получателем информации и воспринимается в смысловом значении для дальнейшего его использования, учета, обработки или передаче к другим получателям. В принципе, информацию может переносить любая материальная структура или поток энергии.

Таким образом, любой информационный процесс может происходить только в такой системе, в которой упорядочены и определенным образом связаны между собой ее элементы: источник, приемник, переработчик информации, а также каналы передачи информации или сообщений между ними. Упорядоченную совокупность таких элементов системы в дальнейшем будем называть информационной системой.

 

 

1. 2. Кодирование

 

Под словом «кодирование» понимают процесс представления информации, удобный для ее хранения и/или передачи. Следовательно, запись текста на естественном языке можно рассматривать как способ кодирования речи с помощью графических элементов (букв, иероглифов). Записанный текст является кодом, заключающим в себе содержание речи, т.е. информацию.

Может существовать много способом кодирования одного и того же текста на одном и том же языке. Например, русский текст мы привыкли записывать с помощью русского алфавита. Но то же самое можно сделать, используя латинский алфавит. Иногда так приходится поступать, отправляя SMS по мобильному телефону, на котором нет русских букв, или элементарное письмо на русском языке за границу, если у адресата нет русифицированного программного обеспечения. Например, фразу «Здравствуй, дорогой Антоша!» приходится писать так: «Zdravstvui, dorogoi Antosha!».

Существует множество способов кодирования. Например, стенография – быстрый способ записи устной речи. Ею владеют лишь немногие специально обученные люди – стенографисты. Они успевают записывать текст синхронно с речью выступающего человека. В стенограмме один значок обозначает целое слово или сочетание букв. Расшифровать ( декодировать) стенограмму может только сам стенографист.

Широко используемыми в информатики формальными языками являются языки программирования.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный тест шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрования – процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрования – это тоже кодирования, но засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука криптография.

Каждый, кто когда-нибудь смотрел кино об американском Западе XIX-го века, знает, что первым методом кодирования, широко применяемым для преобразования символов и текстов в электронный вид, был метод, предложенный Морзе. То, что этот метод кодирования был изобретён для передачи сообщений по телеграфным линиям, а не для обработки текстов в компьютерах, общеизвестно. Однако гораздо меньшее количество людей знает, что его изобретатель, американец Сэмюэл Финли Бриз Морзе (1791-1872), был также известным художником. В своё время он изучал рисование в Лондоне и там узнал об исследованиях электромагнетизма, проводимых британскими учёными. Возвращаясь по морю в США в 1832-м году, он задумал создать свою собственную систему телеграфа. Именно с этой системы началось движение в сторону того мира электронных сетей, в котором мы сейчас живём, и именно за её разработку Морзе снискал славу "американского Леонардо да Винчи". Морзе изобрёл метод кодирования, который он использовал для посылки своего исторического сообщения, в 1838-м году. Метод кодирования Морзе напоминает двоичный код, используемый в современных компьютерах, тем, что он тоже базировался на двух возможных значениях - в случае метода кодирования Морзе, это были точка или тире. Однако в отличие от современных методов кодирования, используемых для нумерации символов в современных компьютерах, комбинации точек и тире, используемые для представления символов в методе кодирования Морзе, были разной длины. Морзе использовал принцип, по которому наиболее часто употребляемым буквам ставились в соответствие наиболее короткие последовательности из точек и тире, что существенно сокращало длину сообщения. Например, наиболее часто используемой в английском языке букве "E" в методе кодирования Морзе соответствует одна точка; второй по частоте использования букве английского языка - "T" - одно тире. Интересно, что Морзе подсчитывал частоту использования букв не путём изучения текстов, а путём подсчёта литер каждого типа в типографском наборе. Результатом его поистине каторжного труда стал высокоэффективный метод кодирования, который с некоторыми изменениями используется до сих пор, хотя с момента его изобретения прошло уже более 160 лет.