Понятие информации. Цели, задачи и виды обработки информации

Лекция 1. Понятие и способы обработки информации 1 ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ к.т.н., доцент Буряченко Владимир Викторович Л304, кафедра ИВТ. buryachenkoVV@gmail.com Содержание лекции 2 Понятие информации. 2. Цели, задачи и виды обработки информации. 3. Представление информации в ЭВМ. 4. Способы и технологии обработки информации. 1. Теория информации 3  Создателем общей теории информации и основоположником цифровой связи считается Клод Шеннон, американский инженер и математик основатель теории информации, обосновал возможность применения двоичного кода для передачи информации.  Объектом изучения теории информации является абстрактное понятие инфоpмации. Понятие информации 4  Информация - данные, которые помещены в значащий и полезный контекст и представлены получателю для реализации процесса принятия решения.  Обмен информацией предполагает взаимодействие и получение сведений или знаний. Цикл обработки информации 5 Цели, задачи и виды обработки информации 6  Информационные процессы: сбор, обработка и передача информации.  Сбор информации - это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте.  Обмен информацией - это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель принимает. Виды обработки информации 7  Накопление информации - это процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации.  Хранение информации - это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.  Обработка информации - это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи. Цель обработки информации 8  Цель обработки информации в целом определяется целью функционирования некоторой системы, с которой связан рассматриваемый информационный процесс.  Начальная рецепция. стадия информационного процесса - Схема процесса обработки информации 9 Общая схема процесса обработки информации.  Постановка задачи обработки.  Исполнитель обработки.  Алгоритм обработки.  Типовые задачи обработки информации. Методы обработки информации 10  На сегодняшний день компьютеры способны обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию.  Большинство существующих компьютеров способно хранить и обрабатывать только дискретную информацию.  Следовательно, любой вид информации, подлежащий к обработке на ЭВМ необходимо закодировать в числовом виде. Виды информации 11 По способу кодирования и хранения:  числовая;  текстовая;  графическая или изобразительная;  звуковая;  видеоинформация; Представление текстовой информации 12  В случае текстовой информации, каждому символу сопоставляется двоичное число, образуя таблицу кодировок символов.  Существует различные стандарты кодировок: ASCII, UCS-2, UCS-4, UTF-8.  Например, в таблице ASCII одним байтом кодируются 256 символов (включая управляющие символы). Представление информации в ЭВМ Таблица кодировок ASCII 13 ASCII (англ. American standard code for information interchange) — название таблицы (кодировки, набора), в которой некоторым распространённым печатным и непечатным символам сопоставлены числовые коды. Таблица была разработана и стандартизована в США в 1963 году.  оказалось удобнее использовать 8-битовые кодировки (кодовые страницы), в которых нижнюю половину кодовой таблицы (0-127) занимают символы US-ASCII, а верхнюю (128-255) — дополнительные символы, включая набор национальных символов.  Представление информации в ЭВМ Юникод (Unicode) 14  Кодировка Unicode направлена на решение следующих проблем: 1. 2. 3. 4. Проблема кракозябр (Mojibake) (отображения документов в неправильной кодировке). Проблема ограниченности набора символов. Проблема преобразования одной кодировки в другую. Проблема дублирования шрифтов. Юникод (Unicode) 15  Юнико́д – стандарт кодирования символов, позволяющий представить знаки почти всех письменных языков. Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода».  Применение этого стандарта позволяет закодировать очень большое число символов из разных письменностей: в документах Unicode могут соседствовать китайские иероглифы, математические символы, буквы греческого алфавита, латиницы и кириллицы, при этом становится ненужным переключение кодовых страниц. Первая версия Юникода представляла собой кодировку с фиксированным размером символа в 16 бит, то есть общее число кодов было 216 (65 536). Отсюда происходит практика обозначения символов четырьмя шестнадцатеричными цифрами (например, U+04F0). Представление информации в ЭВМ Плоскости Юникода (кодовое пространство) 16  Кодовое пространство разбито на 17 плоскостей (planes) по 216 (65 536) символов.  Нулевая плоскость (plane 0) называется базовой и содержит символы наиболее употребительных письменностей. Остальные плоскости — дополнительные.  Для обозначения символов Unicode используется запись вида «U+xxxx» (для кодов 0…FFFF), или «U+xxxxx» (для кодов 10000…FFFFF), или «U+xxxxxx» (для кодов 100000…10FFFF), где xxx — шестнадцатеричные цифры. Например, символ «я» (U+044F) имеет код 044F16 = 110310. Представление информации в ЭВМ Обработка текстовой информации 17  Большинство текстовых процессоров поддерживает концепцию составного документа - контейнера, включающего различные объекты.  Используемая при этом технология связи и внедрения объектов называется OLE (Object Linking and Embedding - связь и внедрение объектов).  Для автоматизации выполнения часто повторяемых действий в текстовых процессорах используют макрокоманды.  Разновидностью текстовых процессоров являются настольные издательские системы. Обработка табличных данных 18  Пользователям в процессе работы часто приходится иметь дело с табличными данными в процессе создании и ведении бухгалтерских книг, банковских счетов, смет, ведомостей, при составлении планов и распределении ресурсов организации, при выполнении научных исследований.  Такие программные средства называют табличными процессорами или электронными таблицами. Представление графической информации 19  Для кодирования графической информации все изображение делится на равные участки – пиксели (пикселы, pixels).  Каждый пиксел задается двоичным кодом цвета единичной области изображения.  В основном применяют кодировки:    RGB (Red-Green-Blue) - для устройств, работающих по принципу излучения (мониторы), CMYK (Cyan-Yellow-Magenta-Black) - для устройств, работающих по принципу отражения от белого (печать на бумагу), YUV, HLS, и т.д. Представление информации в ЭВМ Цветовая модель RGB 20  В системе RGB при глубине цвета 24 бита, состояние пикселя задается 24 битами, из которых 8 бит используется для задания интенсивности красного, 8 бит – интенсивности зеленого и последние 8 бит интенсивности синего.  Для хранения изображения разрешением 800х600 точек на экране монитора при глубине цвета 24 бит необходимо: 800*600*24бита=1440000 байт=1.44 Мбайт. Представление информации в ЭВМ Форматы сжатия изображений 21  Сжатие изображений - применение алгоритмов сжатия данных к изображениям, хранящимся в цифровом виде.  Сжатие изображений подразделяют на сжатие с потерями качества и сжатие без потерь.  Форматы изображений, в которых применяется сжатие без потерь: BMP, GIF, RAW и т.д.  Алгоритмы сжатия с потерями при увеличении степени сжатия как правило порождают хорошо заметные человеческому глазу артефакты.  Сжатие с потерями применяется изображений JPEG, JPEG2000 и т.д. Представление информации в ЭВМ в форматах Артефакты JPEG-сжатия 22  Потеря чёткости на границах цвета;  общая нерезкость;  шумовые ореолы вокруг резких границ;  блочный эффект. Представление информации в ЭВМ Представление звуковой информации 23  В электронных устройствах регистрации звука формируется непрерывно меняющиеся во времени напряжение или ток, т.е. аналоговый электрический сигнал.  Для записи этого сигнала в компьютер необходима дискретизация этого сигнала по уровню и по времени.  Эту функцию выполняют специальные электронные устройства – аналогово-цифровые преобразователи. Представление информации в ЭВМ Представление звуковой информации 24  Через каждый короткий промежуток времени в виде двоичного числа регистрируется уровень сигнала. Таким образом, звуковой сигнал представляет собой поток двоичных чисел. • Обычно глубина кодирования (дискретизация по уровню) составляет 16 бит (65536 уровней), а частота дискретизации 24000 раз в секунду. • При таком качестве звука поток информации будет равен: 16 бит*24000 с-1=48 Кбайт/с  Представление информации в ЭВМ Представление видео-информации 25  Видео представляет собой поток последовательно сменяющихся кадров изображений.  Следовательно, представление видео в ЭВМ сводится к представлению потока графической информации.  Телевизионный формат воспроизведения видео использует разрешение кадра 720*576 точек с 24 битовой глубиной цвета. Скорость воспроизведения составляет 25 кадров в секунду.  Объем передаваемой при этом информации составляет: 24бита*720*576*25 ~ приблизительно 30 Мбайт/с. Представление информации в ЭВМ Представление видео-информации 26  Для хранения и передачи видеоданных используются специальные форматы и алгоритмы сжатия: AVI, MPEG4, - H.264, DivX, H265.  Для того, чтобы компьютер смог распознать и воспроизвести сжатое видео требуется соответствующий видеокодек.  Видеокодек — программа/алгоритм восстановления видеоданных.  сжатия и В отличие от форматов сжатия изображений, сжатие видеоданных использует межкадровую информацию для более эффективной экономии занимаемого места. Представление информации в ЭВМ Схема обработки информации 27  Исходная информация -> исполнитель обработки -> итоговая информация. Различают два типа обработки информации.  Обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение математических задач, анализ ситуации и др.).  Обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания (например, перевод текста с одного языка на другой). Виды обработки информации 28  Кодирование - преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки.  Структурирование данных (внесение определенного по рядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных).  Поиск в некотором хранилище информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу). Технологии реализации обработки информации 29  Пакетный режим.  Диалоговый (запросный) режим.  Режим реального масштаба времени. Пакетный режим обработки данных 30  При использовании этого режима пользователь не имеет непосредственного общения с ЭВМ.  Сбор и регистрация информации, ввод и обработка не совпадают по времени.  Вначале пользователь собирает информацию, формируя ее в пакеты в соответствии с видом задач или каким-то др. признаком. Диалоговый режим 31  При этом существует возможность пользователя непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в процессе работы пользователя.  Программы обработки данных находятся в памяти ЭВМ в течение определенного промежутка времени, когда ЭВМ доступна пользователю.  Взаимодействие пользователя с вычислительной системой в виде диалога может быть многоаспектным и определяется различными факторами Режим реального масштаба времени 32  Способность вычислительной системы взаимодейст- вовать с контролируемыми или управляемыми процессами с учетом времени выполнения этих процессов.  Время реакции ЭВМ должно удовлетворять темпу контролируемого процесса или требованиям пользователей и иметь минимальную задержку.  Как правило, этот режим используются при децентрализованной и распределенной обработке данных, а также для выполнения производственных задач. Способы обработки данных 33  Различаются следующие способы обработки данных: централизованная, децентрализованная, распределенная и интегрированная.  Централизованная предполагает наличие вычислительного центра (ВЦ).  При этом способе пользователь доставляет на ВЦ исходную информацию и получают результаты обработки в виде результативных документов. Способы обработки данных 34  Децентрализованная обработка.  Этот способ связан с появлением ПЭВМ, дающих возможность автоматизировать конкретное рабочие место.  Архитектура файл-сервер.  Предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (главный сервер файлов), где хранится совместно используемая централизованная база данных.  Архитектура клиент-сервер.  Каждый из подключенных к сети и составляющих эту архитектуру компьютеров играет свою роль: сервер владеет и распоряжается информационными ресурсами системы, клиент имеет возможность пользоваться ими. Способы обработки данных 35  Распределенный способ обработки данных основан на распределении функций обработки между различными ЭВМ, включенными в сеть. Этот способ может быть реализован двумя путями:  первый предполагает установку ЭВМ в каждом узле сети (или на каждом уровне системы), при этом обработка данных осуществляется одной или несколькими ЭВМ в зависимости от реальных возможностей системы и ее потребностей на текущий момент времени.  Второй путь - размещение большого числа различных процессоров внутри одной системы. Способы обработки данных 36  Интегрированный – предусматривает создание распределенной базы данных, обеспечивает максимальное удобство для пользователя.  Базы данных предусматривают коллективное пользование и централизованное управление.  Объем информации, разнообразие решаемых задач требуют распределения базы данных.  Технология интегрированной обработки информации позволяет улучшить качество, достоверность и скорость обработки, т. к. обработка производится на основе единого информационного массива, однократно введенного в ЭВМ.