/
Текст
ги.н.ф-о рм а т и к а.
И. ч MB К Ш JMl Ml В Ж ВЖ ВМ
нформатика
МК^ »»^*м«ш&!тюми|ммммшаш11№ш1мшдтатш№ейшимш<амк№11^^
Бешенков, Е. Ракитина
СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ
КУРС
10 класс
Допущено
Министерством образования
Российской Федерации
Москва
Лабора । ория Базовых Знаний
2 0 0 1
ББК 32.97
Б 57
УДК 004.9
Бсчпенков С. А., Ракитина Е. А. Информатика. Систе-
Б 57 магический курс. Учебник для 10-го класса. — М.: Лабо-
ратория Базовых Знаний, 2001. — 432 с.: ил.
ISBN 5-93208-100-7
Учебник предназначен для изучения информатики в старших классах.
Впервые информатика рассматривается как существенный элемент гуманитар-
ной культуры человека. Учебник развивает и углубляет основные положения
базового курса информатики.
Учебно-методический комплект, в который входит данный учебник, содер-
жит несколько методических пособий для преподавателей информатики.
УДК 004.9
ББК 32.97
Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизве-
дена в любой форме или любыми средствами, электронными или механически-
ми, включая фотографирование, магнитную запись или иные средства копиро-
вания или сохранения информации без письменного разрешения издательства.
По вопросам приобретения обращаться:
«Лаборатория Базовых Знаний» (095)955-03-98, e-mail: lbz@aha.ru
ISBN 5-93208-100-7
© С. А. Бешенков, Е. А. Ракитина, 2001
© Лаборатория Базовых Знаний, 2001
Содержание
Предисловие........................................5
Глава 1. Информация и информационные процессы......7
§1.1 . Об истоках понятия информации и науки
информации.......................................7
§1.2 . Основные подходы к определению понятия
«информация»...................................18
§1.3 . Носители информации. Знаки и сигналы.....27
§1.4 . Виды и свойства информаци................35
§1.5 . Измерение информации.....................46
§1.6 . Информационные процессы. Общая
характеристика.................................56
§1.7 . Кодирование информации...................61
§1.8 . Сбор информации..........................72
§1.9 . Хранение информации......................76
§1.10 . Передача информации.....................83
§1.11 . Обработка информации....................89
§1.12 . Защита информации.......................96
Глава 2. Моделирование и формализация............105
§2.1 . Определение понятия «модель»............105
§2.2 . Назначение моделей......................117
§2.3 . Цели моделирования......................129
§2.4 . Основные этапы построения моделей.......139
§2.5 . Виды моделей............................149
§2.6 . Основной тезис формализации.............161
§2.7 . Формализация текстовой информации.......171
§2.8 . Представление данных в табличной форме..181
§2.9 . Представление информации в форме графа..192
§2.10 . Адекватность модели объекту............204
§2.11 . Модели мировоззрения...................219
4
Содержание
Глава 3. Компьютер как средство обработки
информации........................................231
§3.1 . Является ли компьютер информационной моделью
человека?.......................................231
§3.2 . Устройство компьютера....................237
§3.3 Устройства ввода информации................243
§3.4 . Устройства вывода информации.............249
§3.5 . Устройства отображения информации........256
§3.6 . Устройства хранения информации...........266
§3.7 . Устройства передачи информации...........276
§3.8 . Устройства обработки информации..........282
§3.9 . Представление текстовой информации.......289
§3.10 . Представление числовой информации.......298
§3.11 . Представление графической информации....317
§3.12 . Кодирование звуков......................328
Глава 4. Информационные технологии................336
§4.1 . Предмет применения информационных
технологий......................................336
§4.2 . Основные методы и средства информационных
технологий......................................342
§4.3 . Средства и технологии обработки текстовой
информации......................................354
§4.4 . Средства и технологии обработки числовой
информации......................................364
§4.5 . Средства и технологии обработки графической
информации......................................377
§4.6 . Средства и технологии обработки звуковой
информации......................................389
§4.7 . Средства и технологии работы в глобальных
сетях...........................................398
§4.8 . Социальные информационные технологии.....410
Приложение. Логические схемы понятий..............419
Предисловие
Современное образование весьма условно делится на ма-
тематическое, естественнонаучное и гуманитарное. Соответ-
ственно, все научные дисциплины, также весьма условно,
делятся на математические, естественнонаучные и гумани-
тарные. Споры о том, куда по этой классификации отнести
информатику, начались давно и в настоящее время далеки
от завершения. Многие преподаватели и авторы учебных по-
собий относят информатику к дисциплинам математическо-
го или естественнонаучного плана, делая акцент на её техно-
логической составляющей.
Данный учебник представляет принципиально иную точ-
ку зрения, рассматривая информатику как существенный
элемент гуманитарной культуры человека, который вносит
решающий вклад в формирование современного научного
мировоззрения, дает ключ к пониманию многих явлений на-
шей жизни.
Учебник развивает и углубляет основные положения ба-
зового курса информатики, использует его подходы и терми-
нологию. При изучении данного курса предполагается, что
основные понятия и положения базового курса информати-
ки вам известны.
Современное состояние дисциплины информатики не по-
зволяет построить линейную схему изложения, при которой
каждое новое понятие вводится и всесторонне рассматривает-
ся только один раз, а затем лишь используется при изучении
следующих вопросов курса. В информатике как ни в какой
другой дисциплине сильны внутрипредметные связи, и каж-
дый её раздел вносит что-то новое в содержание основных по-
нятий, раскрывает их с новой точки зрения. Поэтому неиз-
бежны повторы, неоднократное возвращение к одним и тем
же вопросам. Структура учебника отражена в логических
схемах понятий, которыми снабжены все главы. Поскольку
основные понятия информатики входят в разные логические
схемы, то совокупность таких схем имеет структуру «гипер-
текста» .
6
Предисловие
Каждая глава традиционно состоит из параграфов. Каж-
дый параграф, независимо от содержания, разбивается на
уровни усвоения. Уровень «понять» предполагает ассоциа-
тивное знакомство с учебным материалом. Уровень «знать»
фиксирует то, что необходимо держать «в голове», и то, что
«должно остаться, когда всё остальное забудется». Наконец,
уровень «уметь» предполагает владение навыками решения
различных задач — от типовых до творческих. Последние
составляют содержание уровня «Вопрос-проблема». Изуче-
ние параграфа всегда будет более эффективным, если доба-
вить уровень «интересный факт» и посмотреть на содержа-
ние параграфа более широко (уровень «Расширь свой
кругозор»). Вы можете знакомиться с материалом на любом
из уровней — «понять», «знать» или «уметь» — в зависимо-
сти от ваших притязаний и взглядов на информатику. Одна-
ко, чтобы тщательно изучить данный вопрос, к некоторым
уровням желательно иногда возвращаться после освоения
последующих уровней, в частности, к уровню «понять» —
после освоения уровней «знать» и «уметь». Это позволит
вам более глубоко понять изучаемый в параграфе вопрос.
Найдите схему изучения, которая вам больше всего под-
ходит.
Поскольку одной из основных целей данного учебника
является развитие навыков работы с информацией, в част-
ности, её структурирования, в нём приводится много обоб-
щающих схем, таблиц.
В настоящий момент информатика проходит этап станов-
ления, поэтому по поводу определения и содержания мно-
гих её понятий и положений еще ведутся дискуссии. Чтобы
избежать односторонних оценок, авторы, там, где это необ-
ходимо, старались изложить основные подходы.
Глава 1
Информация
и информационные процессы
Информатика — это фундаментальная научная дисцип-
лина, которая изучает информационные процессы, происхо-
дящие в системах различной природы, и возможность их ав-
томатизации. В её становление внесли вклад такие дисцип-
лины, как математика, лингвистика, семиотика, логика, то,
что за рубежом называется computer science (наука о компь-
ютерах) и др.
Основными понятиями информатики являются информа-
ция, информационный процесс, информационная модель, ал-
горитм, программа, компьютер как исполнитель алгоритмов,
информационная технология, информационная система. Все
они так или иначе «ссылаются» на понятие «информация».
Чтобы составить представление о том, что такое информация,
рассмотрим это понятие с разных точек зрения.
§1.1. Об истоках понятия «информация»
и науки «информатики». Информация
как семантическое свойство материи
ПОНЯТЬ
Как известно, человечество входит в новый виток разви-
тия цивилизации, характеризующийся освоением не только
вещества и энергии, но и информации. Термин «информа-
ция» из журналистского превратился в один из наиболее час-
то употребляемых в настоящее время терминов в науке, тех-
нике и быту. Это обусловлено, в частности, тем, что понятия
«информация» и «знания» очень близки, а знания, осведом-
ленность играют сегодня очень важную роль в жизни как от-
8
Глава 1
дельного человека, так и общества в целом. Слова француз-
ского дипломата Э. Талейрана «Кто владеет информацией —
владеет миром» наполняются сейчас не только политическим
смыслом, но в большей мере экономическим, социальным.
Появление и совершенствование вычислительной техни-
ки обусловлено потребностями общества в быстрой и, что не
менее важно, безошибочной обработке информации, что по-
зволяет своевременно адаптироваться к меняющимся усло-
виям окружающей действительности, принимать более обо-
снованные решения, составлять более точные прогнозы
последствий принимаемых решений.
Быстрое увеличение объема циркулирующей в обществе
информации ставит современного человека перед проблемой
умения работать с ней: находить, отбирать нужное, хра-
нить, упаковывать и быстро извлекать из хранилища, обра-
батывать и преобразовывать. Причем информация сегодня
все чаще представляется не только в текстовом, наиболее
привычном виде, но и как видео и аудиоматериалы, схемы и
анимационная графика и т. п. Умение работать с информа-
цией становится одним из основных для человека, и этому
умению, как и любому другому, следует учиться.
Умение работать с информацией предполагает знание
основных закономерностей протекания информационных
процессов, которое, в свою очередь, основывается на фило-
софском осмыслении феномена информации.
Чтобы найти истоки информатики, надо понять, какие
изменения произошли в представлении человека о мире, в
научном мировоззрении, что заставило взяться за создание
новой научной дисциплины. Информатику традиционно
связывают с развитием компьютерной техники. Но компью-
тер послужил лишь катализатором тенденций, которые воз-
никли в науке задолго до его появления.
В основе современной естественнонаучной картины мира
лежит понятие материи. Для человека материя является
объектом изучения и преобразования.
Как известно, современная наука возникла около 400 лет
назад. Это совпало с периодом возникновения капитализма.
Тогда нарождающемуся производству, с одной стороны, были
нужны знания о свойствах материи, с другой стороны, потре-
бовалось внедрить в общество убеждение, что материю можно
преобразовывать беспрепятственно и без последствий. Начи-
ная с XVI века преобразовательская, прагматическая сторона
исследования материи становится основной движущей силой
научных исследований. Философ XVII века Томас Гоббс гово-
Информация и информационные процессы
9
рил: «Знание есть только путь к силе. Теоремы (которые в
геометрии являются путем исследования) служат только ре-
шению проблем. И всякое умозрение, в конечном счете, име-
ет целью какое-либо действие или практический успех».
«Природа — не храм, а мастерская, и человек в ней рабо-
тник», — устами тургеневского Базарова говорил человек
XIX века.
Материя проявляется в двух формах:
• в форме вещества;
• в форме поля.
Человек научился преобразовывать в своих интересах и
вещество, и поле. Но чтобы успешно осуществлять преобразо-
вания, нужны определенные усилия — умственные и физи-
ческие. Размышляя об этом, человек пришел к понятию
энергии, как неотъемлемого свойства материи. Важность это-
го понятия для развития производства была такова, что уста-
новление законов изменения энергии, поиск ее источников
на какое-то время стали одними из главных задач науки.
XX век с полным правом можно назвать веком научных
революций. Теория относительности, квантовая теория,
психоанализ, кибернетика и, наконец, информатика в корне
поменяли научное представление о мире. Постепенно стало
ясно, что преобразовательская деятельность, даже при до-
статочном количестве энергии, имеет свои ограничения. По-
сле взрыва атомной бомбы человечество особенно серьезно
задумалось о том, что его действия могут иметь непредска-
зуемые последствия.
Постепенно пришло научное осознание факта (который
на уровне религиозных воззрений был известен в глубокой
древности), что каждый предмет, явление, событие имеет
какой-то вполне определенный смысл в общей картине ми-
роздания. Человек в своей преобразовательской деятельно-
сти может учитывать или не учитывать этот смысл, однако в
последнем случае есть опасность нарушить какие-то до кон-
ца не осознанные законы. А нарушение объективных зако-
нов всегда ведет к непредсказуемым, часто катастрофиче-
ским последствиям. Поэтому одной из главных задач
современной науки стало выяснение смысловых или, иначе
говоря, семантических свойств материи. Причем, большин-
ство ученых склоняются к мысли, что в наибольшей степени
семантическое свойство материи нашло свое отражение в на-
учном языке в понятии «информация».
Иными словами, информация как философская категория
отражает семантические свойства материи.
10
Глава 1
Это, в частности, означает, что:
• будучи свойством материи, информация присуща каждо-
му материальному объекту;
• будучи семантическим свойством материи, она отражает
смысловую сторону материального объекта;
• поскольку всеобщей формой существования материи яв-
ляется ее движение, изменение, то информация — это
свойство материи, задающее (определяющее, отражаю-
щее) направление этого движения, его цель.
На рис. 1.1.1 представлена схема современной естествен-
нонаучной картины мира.
Рис. 1.1.1. Схематичное представление современной
естественнонаучной картины мира
Понятие смысла для человека чаще всего ассоциируется с
восприятием сигналов, знаков, текстов, но его можно рас-
пространить и на объекты и явления живой и неживой при-
роды.
Пример. Пчеловодам давно известно такое явление, как танец
пчел. Но когда его изучением занялись ученые, они уви-
дели его осмысленность, и смысл этот — в передаче ин-
формации. Особые сигнальные движения (танцы) опове-
щают пчел роя о направлении и расстоянии до
источника медосбора.
Пример. Как известно из атомов углерода состоят 3 вещества:
• алмаз — самое твердое вещество в природе;
• графит — слоистое кристаллическое вещество, наибо-
лее устойчивая форма углерода;
• карбин — черный порошок.
Разница их свойств обуславливается в наибольшей степе-
ни расположением атомов углерода, иначе говоря, струк-
турой вещества: объемная тетраэдрическая у алмаза,
плоская тригональная у графита, линейная у карбина.
Смысл в данном случае можно понимать как упорядочен-
ность атомов кристаллической решетки, которая обу-
славливает физические и химические свойства вещества.
Информация и информационные процессы
11
Последний пример говорит, в частности, о том, что в ряде
случаев понятие смысла можно свести к понятию упорядо-
ченности. Таким образом, роль «смысла» может играть
структура, способ взаимосвязи. Можно предположить, что
информация, заключенная во взаимном расположении ато-
мов, определяет свойства вещества. Основанием для этого
может служить аналогия с разумной деятельностью челове-
ка. Действительно, если археологи обнаружат в пустыне
упорядоченно расположенные предметы (как, например, в
долине Наска в Северной Америке), то скорее всего они по-
думают, что это сделано разумными существами и с боль-
шой долей вероятности окажутся правы. В природе, разуме-
ется, все сложнее, но часто встречающаяся удивительная
упорядоченность постоянно напоминает о скрытом в ней
смысле (информации).
В науке ярким проявлением поисков «осмысленности»
материи явился системный подход, ставший ведущим мето-
дом современного научного познания. В самой общей форму-
лировке он означает, что каждый объект принадлежит неко-
торой системе объектов, обладает в рамках этой системы
определенным смыслом (несет некоторую информацию) и
должен рассматриваться в контексте этой системы. Из этого
следует, в частности, что объект невозможно произвольным
образом преобразовывать, не затронув при этом других объ-
ектов.
В лингвистике, Как дисциплине, оперирующей с языка-
ми, понятие смысла приобретает наиболее осязаемые черты.
Основным объектом лингвистики является, как известно,
упорядоченная последовательность знаков, записанная на
некотором языке, то есть текст. Текст может быть осмыслен-
ным и бессмысленным с точки зрения воспринимающего его
субъекта.
Пример. Предположим, два человека прочитали один и тот же не-
знакомый им текст. Один из них после прочтения утвер-
ждает, что получил много информации, другой — что во-
обще не получил информации. Что они вкладывают в
понятие «информация»? По-видимому, смысл, заклю-
ченный в тексте. Первый читатель сумел «извлечь» этот
смысл, «осмыслил» текст. Для второго же, напротив,
текст был «бессмысленным». Причем бессмысленным он
мог оказаться с точки зрения понятности, стиля изложе-
ния, структуры или практической ценности.
12
Глава 1
Пример. Фразу, произнесенную на незнакомом языке, вам трудно
осмыслить, поэтому она несёт для вас мало информации.
Отчасти это связано с тем, что вы не можете структури-
ровать эту фразу (выделить в ней отдельные слова, рас-
познать их и установить связи между ними). То есть вы-
явление структуры является необходимым (но далеко не
достаточным) условием выявления смысла.
Пример. По-видимому, физика была первой дисциплиной, которая
сформулировала фундаментальный принцип неопреде-
ленности, который очерчивает границы познания мате-
рии. В формулировке его первооткрывателя В. Гейзенбер-
га он гласит, что в микромире нельзя одновременно с
одинаковой точностью определить координаты и импульс
частицы. Примечательно то, что этот принцип оказался
применимым к самым различным областям. Например, в
теории лингвистического перевода принцип неопределен-
ности утверждает, что невозможно одновременно достичь
текстуальной и смысловой точности переводимого текста.
Заметим, что в отношении текста понятия «смысл» и
«упорядоченность» не совпадают. Текст может быть хорошо
структурирован, но быть бессмысленным. С другой стороны,
осмысленный текст не обязательно является упорядочен-
ным.
Любой текст имеет три составляющие:
• собственно смысловую (семантическую);
• выразительную (синтаксическую) — в какой форме пред-
ставлен текст;
• оценочную (прагматическую), которая отражает отноше-
ние к тексту воспринимающего его субъекта.
Таким образом, информация, заложенная в тексте, мо-
жет быть оценена с точки зрения семантики (смысла, содер-
жания) и синтаксиса (формы). Традиционно эти две состав-
ляющие рассматривались как неразрывно связанные между
собой. Их разделение знаменует собой поворотный момент в
развитии науки и общественных коммуникаций. Подробнее
об этом будет рассказано в главе, посвященной информаци-
онному моделированию и формализации.
5
? Человек всегда стремится осмыслить (наделить
г смыслом) все, что его окружает, себя, свое место
в этом мире, сам мир. Он ищет смысл даже в бес-
смысленных, на первый взгляд, вещах.
Информация и информационные процессы
13
Пример. Известный лингвист Н. Хомский привёл пример бес-
смысленного, с его точки зрения, предложения:
Бесцветные зеленые идеи яростно спят.
Позднее другой известный лингвист Р. Якобсон доказал,
что этой фразе можно придать вполне определенный
смысл:
бесцветные идеи — осмысленное словосочетание (не-
интересность идей);
бесцветные идеи могут быть еще и «зелеными», то
есть незрелыми;
они могут «спать», то есть «бездействовать», «не ра-
ботать»;
«яростно» в данном контексте означает, что идеи
«бездействуют» окончательно и агрессивно.
Таким образом, и в этой, бессмысленной на первый
взгляд, фразе заключена определенная информация,
важно иметь ключ (способ, метод) к ее извлечению.
М >4’*
В современной науке «на равных» существуют две
точки зрения:
1. Все объекты в окружающем нас мире обладают
некоторым смыслом (несут некоторую информа-
цию), а человек, изучая их, пытается проникнуть в
этот смысл, раскрыть его (получить информацию).
Иными словами, информация объективно прису-
ща материи и не зависит от человека.
2. Человек в процессе познания и практической
деятельности приписывает объектам некоторый
смысл, то есть объявляет их «имеющими» некото-
рую информацию. В этом случае, информация
субъективна и существует только в человеческом
сознании.
В настоящее время обе эти точки зрения имеют
как сторонников так и противников. Однако проти-
воположность взглядов на происхождение инфор-
мации не влияет на единство подходов к изучению
свойств информации, их проявлений в информа-
ционных процессах и возможность автоматизации
этих процессов с помощью средств вычислитель-
ной техники.
14
Глава 1
Cw знать
Информатика — фундаментальная дисциплина, которая
изучает информационные процессы, происходящие в систе-
мах различной природы, а также возможность их автомати-
зации.
Появление и совершенствование вычислительной техни-
ки обусловлено потребностями общества в быстрой и, что не
менее важно, безошибочной обработке информации, что по-
зволяет своевременно адаптироваться к меняющимся усло-
виям окружающей действительности, принимать более обо-
снованные решения, составлять более точные прогнозы
последствий принимаемых решений.
Быстрое увеличение объема циркулирующей в обществе
информации ставит современного человека перед проблемой
умения работать с ней.
Умение работать с информацией предполагает знание
основных закономерностей протекания информационных
процессов, которое, в свою очередь, основывается на фило-
софском осмыслении феномена информации.
Истоком интереса к феномену информации послужил кри-
зис европейской науки, которая первоначально исходила из
положения, что материя есть пассивное, инертное начало, ко-
торое можно беспрепятственно изучать и преобразовывать.
В соответствии с современным научным мировоззрением
материя обладает энергетическими и семантическими
(смысловыми) свойствами.
В философском плане семантическое свойство материи
отождествляется с информацией.
Ведущим методом современного научного познания явля-
ется системный подход, означающий, что каждый объект
принадлежит некоторой системе объектов, обладает в рам-
ках этой системы определенным смыслом (несет некоторую
информацию) и должен рассматриваться в контексте этой
системы. Это означает, в частности, что объект невозможно
произвольным образом преобразовывать, не затронув при
этом других объектов.
В настоящее время существуют следующие точки зрения:
1. Любой объект материального мира обладает определен-
ным смыслом, следовательно, информация есть свойство
любого материального объекта.
Информация и информационные процессы
15
2. Смысл можно искать только в объектах живой природы и
социотехнических системах, следоватльно, понятие «ин-
формация» следует относить только к ним.
3. Человек в процессе познания и практической деятельно-
сти приписывает объектам некоторый смысл. В этом слу-
чае, информация субъективна и существует только в че-
ловеческом сознании.
Человек всегда стремится осмыслить (наделить смыслом)
все, что его окружает, себя, свое место в этом мире, сам мир.
Человек выделяет в информации, по крайней мере, три
компонента:
• смысловую (семантическую);
• выразительную (синтаксическую);
• оценочную (прагматическую).
интересный факт
Связь упорядоченности и смысла очень глубока. Еще в
далекие времена человек нашел очень точный критерий, по-
зволяющий увидеть в объекте смысл. Этим критерием была
красота.
На эту связь указывают, в частности, все мировые рели-
гии. Например, в Исламе центральными именами божест-
венной природы были Величие (Джалил) и Красота (Джа-
мал). Сам Аллах Величав и Красив. Поэтому дом Аллаха,
мечеть, должна быть красивой и величавой. При этом красо-
та есть внутреннее качество Аллаха, а величавость — внеш-
нее. В соответствии с этим строились и украшались мечети:
узорчатое убранство внутри и величавая простота снаружи.
По традиции, идущей от Древней Греции, красота выра-
жалась в упорядоченности, симметрии. Не случайно грече-
ское слово «космос» означало «убранство, порядок» (отсю-
да — «косметика»). Таким образом, для европейца смысл во
многом становится синонимом порядка.
В России эта мысль прижилась меньше, и связь смысла и
красоты, в целом, оказалась более близка, чем связь смысла
и порядка. По-видимому, именно здесь следует искать исто-
ки слов Ф. М. Достоевского «красота спасет Мир».
16
Глава 1
Подобная «смысловая» красота характерна для науки.
Например, математики часто употребляют фразы «красивая
теория», «изящное доказательство». Здесь красота в боль-
шей степени выступает именно как свидетельство глубокого
смысла, заложенного в теорию или доказательство.
Такого рода красота трудно поддается строгому анализу,
однако отдельные люди пытались это сделать, например,
Ф. Хатчесон (1694-1747) — шотландский философ эпохи
Просвещения. В его труде «Исследование о происхождении
наших идей красоты и добродетели в двух трактатах» он
формулирует три принципа красоты математики:
• красота есть единство в многообразии (любая математиче-
ская теорема содержит в себе бесчисленное множество ис-
тин, справедливых для каждого конкретного объекта,
удовлетворяющего условию теоремы);
• красота заключается во всеобщности научных истин (на-
пример, существование 500 различных способов (геомет-
рических, алгебраических, механических и др.) доказа-
тельств теоремы Пифагора свидетельствует об огромном
числе реализаций этой теоремы и ее следствий;
• научная красота — это обретение неочевидной истины (в
аксиомах мало красоты, их справедливость очевидна;
только открытие фактов, не лежащих на поверхности,
требующее серьезных усилий, доставляет истинное на-
слаждение).
Понятие смысла является ключевым для формирования
современных представлений об информации. Само понятие
смысла очень сложное и тонкое.
Во-первых, отметим, что смысл является понятием, исто-
рически обусловленным. Например, смысл слова «истина»
различен для различных эпох и культур (на это обратил
внимание русский философ П. А. Флоренский).
По-гречески «истина» читалась как «алетейя», то есть то,
что не уходит в Лету, то, что не поддается забвению.
В русском языке «истина» созвучна слову «есть», «суще-
ствовать». Иначе говоря, истина есть нечто существующее.
Информация и информационные процессы
17
Наконец, по-латыни «истина» — это «веритас», юридиче-
ский термин, означающий, что «истина устанавливается в
процессе судоговорения».
Можно пойти дальше и утверждать, что объективного
смысла ни одна вещь не имеет, поскольку каждый человек
понимает смысл одного и того же объекта по-разному. Зна-
чительное подкрепление этой мысли можно найти в буддиз-
ме. Суть его взгляда на проблему смысла хорошо иллюстри-
рует следующая притча Будды о слепцах, изучающих слона.
Мудрецов, затеявших между собой спор о тайнах миро-
здания, Будда сравнил со слепцами, которым дали ощу-
пать слона. Один схватился за бивень и кричит, что слон
твердый и гладкий, другой ухватился за хвост и потому
убежден, что слон похож на змею, третьему попалось
ухо, и он сравнил слона с куском лопуха.
Вывод: «Вот на кого похожи все те, кто ищет смысл ве-
щей. У них разные точки зрения, но они слепы и не мо-
гут видеть. В своем невежестве они склонны к ссорам,
спорам, дракам, каждый со своей точкой зрения на дей-
ствительность» .
Такая позиция таит в себе большие опасности. Окружаю-
щий нас мир состоит из объектов, наделенных вполне опре-
деленным смыслом, от которого невозможно отмахнуться.
Больной человек идет к врачу и хочет получить излечение
от вполне конкретной болезни. Но для этого врач должен за
внешними симптомами догадаться о ее сути. Аналогичные
примеры можно привести из любой области жизни.
Удивительным чутьем высшего смысла вещей обладает
русская литература. Например, М. А. Булгаков устами Во-
ланда высказал заветную мысль: «Мы говорим на разных
языках, но смысл слов от этого не меняется». И дальше зна-
менитое: «Рукописи не горят!».
Часто можно услышать, что цель жизни человека — по-
лучить как можно больше знаний, приобщиться к культуре
разных народов, то есть, в конечном счете, освоить как мож-
но больше информации. Обращение к сути объектов, в част-
ности, в период обучения, не прихоть, не дань традиции, а
безальтернативный способ удержать цивилизацию от разру-
шения. И чем скорее это будет осознано, тем с меньшими
потерями будет достигнуто.
18
Глава 1
§1.2. Основные подходы к определению
понятия «информация»
ПОНЯТЬ
Понятие информации — одно из фундаментальных в со-
временной науке. Наряду с такими понятиями, как вещест-
во, энергия, пространство и время, оно составляет основу со-
временной научной картины мира. Однозначно определить,
что же такое информация, так же невозможно, как невоз-
можно это сделать для понятий «время», «энергия» и пр.
В науке существует три подхода к феномену информа-
ции.
1. Атрибутисты полагают, что информация как семанти-
ческое свойство материи является неотъемлемым атри-
бутом всех систем объективной реальности, она сущест-
вовала и существует вечно, является организующим
началом в живой и неживой природе.
2. Функционалисты отрицают существование информации
в неживой природе. По их мнению, информация через
информационные процессы реализует функцию управле-
ния (самоуправления) в биологических, социальных и со-
циотехнических (человеко-машинных) системах. Инфор-
мация — это одна из функций жизни, основное отличие
живого от неживого.
3. Антропоцентристы ограничивают сферу информации
главным образом социальными системами и определяют
информацию как содержание (смысл) сигнала, получен-
ного системой из внешнего мира. Говорить о смысле сиг-
нала, а следовательно, об информации можно только по
отношению к человеку и обществу.
Все точки зрения имеют право на существование и иссле-
дуются в соответствующих областях науки: информация
как семантическое свойство материи изучается в филосо-
фии, физике; информация как функция управления изуча-
ется в кибернетике, физиологии, биологии; информация как
содержание воспринятого сигнала изучается в лингвистике,
социологии, психологии.
Информация и информационные процессы
19
Информатика изучает прежде всего информационные
процессы в социотехнических системах. Эти системы отно-
сятся к типу управляемых и самоуправляемых систем и обя-
зательно включают в себя субъекта-человека. Поэтому ин-
форматике как науке ближе второй и третий подходы, то
общее, что в них есть. Это не означает, что информатика от-
рицает наличие информации в неживой природе — просто
эти проблемы сейчас ее интересуют в меньшей степени.
Цель этого параграфа — познакомить вас с основными
подходами к определению понятия «информация», которые
чаще всего используются в информатике. А поскольку ин-
форматика включает в себя элементы многих областей науч-
ного знания, таких как теория информации, кибернетика,
робототехника, computer science, программирование и пр.,
то в каждой из них есть свои особенности в трактовке фено-
мена информации и определении этого понятия.
Сравните следующие определения понятия «информа-
ция» (относящиеся к перечисленным выше и к другим обла-
стям научного знания и человеческой деятельности) и опре-
делите, какое общее свойство информации в них отмечается,
в чем состоят различия.
Наиболее общим философским определением является
следующее: информация — это отраженное многообразие.
Пример. Чтобы лучше понять, о чем идет речь, представьте себе,
что вас поместили в темную комнату, стены, пол и пото-
лок которой сделаны из одинакового материала, в кото-
рой не слышно ни одного звука, температура постоянна.
Вокруг вас все неизменно. Человек не может долго вы-
держать такое состояние однообразия, неизменности.
Установлено, что если кого-либо полностью лишить ин-
формации об окружающем мире, всякого восприятия, то
он очень скоро почувствует себя крайне неуютно. После
нескольких дней лишения всех ощущений он не сможет
выполнять самые простые движения, например, у него
может не получиться даже взять стакан.
Мы привыкли к тому, что мир вокруг нас изменчив, мы и
замечаем его именно в процессе изменения, то есть информа-
ция возникает, когда нарушается однообразие и это наруше-
ние каким-то образом отражается, проявляет себя в сигналах.
В быту под информацией понимают сведения, которые
нас интересуют. Но заинтересовать нас могут только те сведе-
ния, которые мы восприняли и осознали. Поэтому восприя-
тие поступающих извне сигналов и их интерпретация —
основа превращения этих сигналов в информацию для нас.
20
Глава 1
Пример. Все ли сигналы внешнего мира несут информацию для
вас? Конечно же, нет. Два человека вместе идут по ули-
це, но видят они её по-разному. Один замечает (воспри-
нимает и осознает) все проезжающие мимо автомобили, а
второй обращает внимание на собак и котов. Попросите
рассказать их, что они видели, и вы услышите описание
совершенно различных «улиц».
В журналистике под информацией понимают не любые
сообщения, а только те из них, которые обладают новизной.
В технике связи под информацией принято понимать
любую последовательность сигналов, которая хранится,
передается или обрабатывается с помощью технических
средств, не учитывая смысл этих сигналов.
Под информацией в теории информации понимают не
любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью
или уменьшают существующую до их получения неопреде-
ленность. Информация — это снятая неопределенность
(К. Шеннон).
В кибернетике (теории управления) под информацией
понимают ту часть знаний, которая используется для ориен-
тирования, активного действия, управления, то есть в целях
сохранения, совершенствования, развития системы (Н. Ви-
нер).
Под информацией в семантической теории (смысл сооб-
щения) понимают сведения, обладающие новизной.
Под информацией в документалистике понимают все
то, что так или иначе зафиксировано в знаковой форме в
виде документов.
Что же понимается под информацией в информатике?
Человечество тысячи лет обрабатывало информацию,
прежде чем изобрело машину для ее обработки, которая вам
известна как электронно-вычислительная машина (ЭВМ) или
компьютер. Параллельно с этим возникли чисто практиче-
ские задачи поиска, хранения и передачи уже имеющихся
знаний (информации). С появлением технических средств
хранения и обработки информации появилось новое толкова-
ние самого понятия «информация», разделяющее понятия
информации и данных.
Вы знаете, что все физические объекты находятся в состо-
янии непрерывного движения и изменения, которые сопро-
вождаются обменом энергии и переходом ее из одной формы
в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлени-
ем сигналов. При взаимодействии сигналов с физическими
объектами в последних возникают определенные изменения
Информация и информационные процессы
21
свойств. Это явление называется регистрацией сигналов. Та-
кие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать
разными способами, при этом образуются новые сигналы —
данные. Но мало зарегистрировать сигналы и получить дан-
ные — надо знать, что и как с этими данными можно делать.
То есть необходимо владеть методами обработки данных.
Пример. Вы хотите узнать, который час. Вы смотрите на часы и
видите лишь положение стрелок относительно делений
на циферблате — это данные, которые при наличии соот-
ветствующего метода обработки могут стать информа-
цией для вас. В данном случае методы обработки данных
включают в себя знание цены деления шкалы (5 минут
или 1 час), арифметические правила умножения и сло-
жения и пр. Применение этих методов к данным о поло-
жении стрелки позволит вам получить информацию о те-
кущем времени.
Пример. Все файлы, хранящиеся в памяти компьютера, записаны
в двоичном коде. Но если вы в текстовом редакторе от-
кроете файл, созданный в графическом редакторе, то в
лучшем случае увидите на экране набор малопонятных
символов. Методы обработки двоичных кодов в этих про-
граммных средствах различны. Только применение соот-
ветствующих методов обработки (в нашем случае — вы-
бор нужного редактора) позволит вам увидеть, какой
рисунок содержится в файле.
Итак, в информатике информацию можно рассматри-
вать как продукт взаимодействия данных и методов их об-
работки, адекватных решаемой задаче.
Поскольку взглядов на феномен информации, видимо,
столько же, сколько людей, существуют и другие ее опреде-
ления.
Вероятно, вы уже заметили, что разные определе-
ния вводят различные аспекты информации и ино-
гда противоречат друг другу: то, что считается ин-
формацией в соответствии с одним определени-
ем, может и не быть таковой в соответствии с
другим.
Пример. Текст телеграммы, передаваемой по телеграфу, в которой
сообщается об известных вам событиях, с бытовой точки
зрения на определение понятия «информация» станет для
вас информацией, когда вы её прочтёте и осознаете. С тех-
нической точки зрения, текст телеграммы является инфор-
22
Глава 1
мацией в процессе его ввода, передачи, вывода и хранения
на бумажной ленте. С точки зрения новизны, никакой ин-
формации для вас в такой телеграмме нет, так же как и с
точки зрения информации как снятой неопределенности.
Пример-Идея, пришедшая в голову вашему другу и которой он с
вами поделился, с бытовой точки зрения является для
вас информацией, если вы ее поняли. С точки зрения
технического подхода это не информация. С точки зре-
ния новизны — информация. Согласно подходу к инфор-
мации как снятой неопределенности, рассказ друга будет
для вас информацией, только если он содержит неизвест-
ные до сих пор вам ответы на некоторые вопросы.
Если вы участвуете в диспуте по проблемам фено-
мена информации, не забывайте уточнить, на по-
зиции какого подхода к определению понятия «ин-
формация» вы стоите в данном обсуждении.
знать
Информация — от латинского informatio — сведения,
разъяснения, изложение.
ПоД информацией в философии понимают отраженное
многообразие, возникающее в результате взаимодействия
объектов-
ПоД информацией в быту понимают интересующие нас
сведения об окружающем мире и протекающих в нем процес-
сах, воспринимаемые и интерпретируемые человеком или
специальными устройствами.
ПоД информацией в технике понимают сообщения в фор-
ме знаков или сигналов, хранимые, передаваемые и обраба-
тываемые с помощью технических средств.
ПоД информацией в теории информации понимают не
любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью
или уменьшают существующую до их получения неопреде-
ленность-
ПоД информацией в кибернетике (теории управления) по-
нимает ту часть знаний, которая используется для ориенти-
рования, активного действия, управления, то есть в целях со-
хранения, совершенствования, развития системы (Н. Винер).
Информация и информационные процессы
23
Под информацией в семантической теории (смысл сооб-
щения) понимают сведения, обладающие новизной.
Под информацией в документалистике понимают все
то, что так или иначе зафиксировано в знаковой форме в
виде документов.
В информатике информацию рассматривают как про-
дукт взаимодействия данных и методов их обработки, адек-
ватных решаемой задаче.
Задание 1
Сформулируйте, какие общие свойства и какие отличительные
особенности для каждой области науки отмечаются во всех при-
веденных определениях понятия «информация».
Какое определение понятия «информация» дали бы вы?
Задание 2
Определите, какому из основных подходов к феномену информа-
ции (атрибутистскому, функционалистскому, антропоцентрист-
скому) соответствует каждое из приведенных в параграфе опреде-
лений понятия «информация».
Задание 3
Проанализируйте перечисленные ниже объекты и ситуации с
точки зрения различных определений понятия «информация».
В тетради заполните таблицу по предлагаемому образцу:
Объект анализа Основные подходы к определению информации
Восприня- тые сведения Сведения, хранящиеся в форме сигналов Снятая неопреде- ленность Новизна Данные + методы обработки
Текст телеграм- мы, содержание которой вам уже известно + 4- ч — —
а) Фотография наскальных рисунков в вашем альбоме.
б) Наскальные рисунки на стенах пещеры.
в) Содержание вашего телефонного разговора с другом.
г) Просмотренная телепередача.
д) Содержание телепередачи, которую вам не удалось посмотреть.
Глава 1
24
е) Программа, написанная вами и хранящаяся в памяти компью-
тера.
ж) Письмо, отправленное вам по электронной почте, но еще не
полученное вами.
1 Являются ли для вас информацией сведения, содержащиеся в
библиотеке затонувшей Атлантиды или хотя бы в библиотеке
конгресса США?
2 Получаете ли вы информацию при повторном прочтении кни-
ги, учебника?
gz расширь свои кругозор
Впервые как научное понятие термин «информация»
стал применяться в теории журналистики в 30-х годах на-
шего века хотя в исследованиях по библиотечному делу он
появился еще раньше. Под информацией понимались разно-
образные сведения, сообщения. Затем его «взяла на воору-
жение» наука об оптимальном кодировании сообщений и пе-
редачи сигналов по техническим каналам связи.
В основанной американским ученым Клодом Шенноном
математической теории информации (около 1948 года)
под информацией понимались не любые сведения, а лишь
те, которые снимают полностью или уменьшают существу-
ющую до их получения неопределенность (неизвестность).
Каждому сигналу в теории Шеннона соответствует вероят-
ность его появления. Чем меньше вероятность появления
того или иного сигнала, тем больше информации он несет
для потребителя. В обыденном понимании, чем неожидан-
нее новость тем больше ее информативность. Была предло-
жена и формула для вычисления количества информации в
передаваемом сообщении.
Но математическая теория информации не охватывает
всего богатства содержания информации, поскольку она от-
влекается от содержательной (смысловой, семантической)
стороны сообщения. С точки зрения этой теории фраза в 100
Информация и информационные процессы
25
слов из газеты, пьесы Шекспира или теории Эйнштейна
имеют приблизительно одинаковое количество информации.
Советский математик Ю. А. Шрейдер предложил оцени-
вать информацию по увеличению объема знаний у человека
под воздействием информационного сообщения. Академик
А. А. Харкевич предложил измерять содержательность ин-
формации по увеличению вероятности достижения цели
после получения информации человеком или машиной.
Дальнейшим развитием математического подхода к фено-
мену информации послужили работы логиков Р. Карнапа и
И. Бар-Хиллела, великого русского математика А. Н. Кол-
могорова и многих других. В их теориях понятие информа-
ции не связано ни с формой, ни с содержанием сообщений,
передаваемых по каналу связи; информация — абстрактная
величина, не существующая в физической реальности, по-
добно тому, как не существует мнимое число или не имею-
щая линейных размеров точка.
В отличие от абстрактно мыслящих математиков и логи-
ков инженеры, а также биологи, генетики, психологи и др.
отождествляют информацию с теми сигналами, импульса-
ми, кодами, которые наблюдаются в технических и биологи-
ческих системах.
Для радиотехников, телемехаников, программистов
информация — рабочий объект, который можно обрабаты-
вать, транспортировать, так же как электричество в элект-
ротехнике или жидкость в гидравлике. Этот рабочий объект
состоит из упорядоченных (модулированных) дискретных
или непрерывных сигналов, с которыми и имеет дело ин-
формационная техника. Содержание принимаемых и обра-
батываемых сигналов инженера не интересует. Достаточно
того, что формулы Шеннона хорошо работают при расчетах
технической коммуникации.
В некоторых физических и химических теориях (как и в фи-
лософии) информация определяется как отраженное многооб-
разие. Говоря научным языком, отражение заключается в та-
ком изменении одного материального объекта под воздействием
другого, при котором все особенности отражаемого объекта ка-
ким-либо образом воспроизводятся отражающим объектом. В
процессе отражения и происходит передача информации. То
есть информация — это результат отражения. В соответст-
вии с этим взглядом информация существовала и будет сущест-
вовать вечно, она содержится во всех элементах и системах ма-
териального мира. Информация, наряду с веществом и
энергией, является неотъемлемым атрибутом материи.
26
Глава 1
В кибернетике — науке об управлении в живых, нежи-
вых и искусственных системах — понятие информации свя-
зывают воедино с понятием управления (Н. Винер,
Б. Н. Петров). Информация является обозначением содержа-
ния, полученного из внешнего мира в процессе приспособле-
ния к нему наших чувств. Информацию составляет та часть
знаний, которая используется для ориентирования, приня-
тия решений, активного действия, управления, то есть в це-
лях сохранения, совершенствования и развития системы.
В данном определении не говорится о существовании ин-
формации в неживой природе, не даются ответы на вопросы:
являются ли информацией неиспользуемые знания, неосмыс-
ленные (как в ЭВМ) данные. Для преодоления этих трудно-
стей академик В. П. Афанасьев ввел понятие информацион-
ных данных. Информационные данные — это всякие
сведения, сообщения, знания. Они могут храниться, перераба-
тываться, передаваться, но характер информации они при-
обретают лишь тогда, когда получают содержание и форму,
пригодную для управления, и используются в управлении.
Другой активной сферой применения понятия «информа-
ция» явилась генетика, в рамках которой было сформулиро-
вано понятие генетической информации как программы
(кода) биосинтеза белков, представленных цепочками ДНК.
Реализуется эта информация в процессе развития особи.
В социальных науках (социологии, психологии, политоло-
гии и др.) под информацией понимаются сведения, данные,
понятия, отраженные в нашем сознании и изменяющие наши
представления о реальном мире. Эту информацию, передаю-
щуюся в человеческом обществе и участвующую в формирова-
нии общественного сознания, называют социальной информа-
цией.
С точки зрения индивидуального человеческого созна-
ния информация — это то, что поступает в наш мозг из мно-
гих источников и во многих формах и, взаимодействуя там,
образует нашу структуру знания. Информацией для челове-
ка являются не только сухие факты, строгие инструкции, но
и то, что радует нас, волнует, печалит, заставляет пережи-
вать, восторгаться, негодовать, сочувствовать и любить. Бо-
лее половины общего объема сведений, полученных в про-
цессе разговора, приходится на так называемую невербаль-
ную информацию, которую говорящий по желанию, а ино-
гда непроизвольно, сообщает нам особой тональностью раз-
говора, своей возбужденностью, жестикуляцией, выражени-
ем лица, глаз и т. д.
Информация и информационные процессы
27
§1.3. Носители информации.
Знаки и сигналы
ПОНЯТЬ
Распространение информации всегда связано с материа-
льным носителем, то есть средой для её записи, хранения,
передачи.
Носителем информации может быть:
• любой материальный предмет (бумага, камень, дерево,
стол, классная доска, звездная пыль, мусор на полу);
• волны различной природы: акустическая (звук), электро-
магнитная (свет, радиоволна), гравитационная (давле-
ние, притяжение);
• вещество в различных состояниях (жидкий раствор —
информацией может быть, в частности, концентрация мо-
лекул; газ — информацией в этом случае могут являться
его температура и давление).
Для хранения информации, которая будет обрабатывать-
ся с помощью компьютера, используются специальные ма-
шинные носители информации: электронные схемы, пер-
фокарты (использовались раньше), магнитные ленты,
магнитные диски, оптические компакт-диски и т. п.
Пример. Человек всегда стремился доступным ему способом за-
фиксировать сведения о том, что больше всего его волно-
вало. Наши весьма давние предки оставили нам инфор-
мацию о себе в виде наскальных росписей в пещерах, где
они обитали. Отсюда и произошло идеографическое пи-
сьмо, в основу которого положены идеограммы — пись-
менные знаки (условное изображение или рисунок), со-
ответствующие не отдельным звукам, а словам или
словосочетаниям.
Позже информация о волнующих людей событиях нано-
силась на поверхности искусственных, как правило, мо-
нументальных сооружений, которые донесли ее до на-
ших дней (гробницы, стелы, ритуальные сооружения).
Однако монументальные сооружения не были транспор-
табельны. Чтобы получить необходимую информацию,
которая там хранилась, люди были вынуждены совер-
шать путешествия к этим сооружениям.
Основным способом передачи информации в приведенных
примерах являются специальные знаки.
28
Глава 1
Пример. Свет маяка, цвет светофора, звук школьного звонка мо-
гут нести определенную информацию для человека.
Очень часто не произнесенные слова, а интонация, с ко-
торой они были произнесены, несут для вас важную ин-
формацию о настроении вашего собеседника.
Изменение цвета листьев комнатного цветка, их поник-
ший вид сигнализируют о необходимости позаботиться о
поливе и подкормке растения.
Сигналы азбуки Морзе служат средством общения моря-
ков и могут сообщить об особенностях и опасностях пла-
вания.
Основным способом передачи информации в данных при-
мерах выступают сигналы.
Итак, информация передается с помощью знаков и сигна-
лов, именно они являются основными формами передачи
информации в социотехнических системах.
Слова «знак», «сигнал», «символ» являются много-
значными, то есть в разных ситуациях (контекстах)
могут наделяться разным смыслом. Договоримся о
значении этих слов.
Чтобы подчеркнуть, что носителем информации
является физический предмет (лист бумаги, клас-
сная доска, камень, картина) с какими-либо изоб-
ражениями на нем, говорят, что информация запи-
сана в виде знаков. А если носителем информации
является волна или вещество, то говорят, что ин-
формация переносится в виде сигналов.
Сигналы, передаваемые в электрической форме (элект-
ромагнитные волны), обладают множеством достоинств:
1) не требуют движущихся механических устройств, мед-
ленных и подверженных поломкам;
2) скорость передачи электрических сигналов приближа-
ется к максимально возможной скорости — скорости
света;
3) электрические сигналы легко обрабатывать, сравнивать
и преобразовывать с помощью электронных устройств,
отличающихся чрезвычайно высоким быстродействием.
Один и тот же знак, один и тот же сигнал может нести
для воспринимающего его человека разное значение или
смысл. Наполнение знаков и сигналов смыслом превращает
их в символы. Символ — это знак или сигнал, наполненный
смыслом.
Информация и информационные процессы
29
Пример. Красный сигнал светофора является для нас символом
запрета движения по дороге.
Наборы знаков «Караул!», «Help!» или «• • •----• • •»
служат в качестве символов просьбы о помощи.
Знак «Р» может восприниматься и как русская буква
«эр», и как английская буква [pi], и как обозначение хи-
мическиго элемента фосфора, и как знак автомобильной
стоянки.
О знаках мы более подробно поговорим в параграфе 1.7,
посвященном кодированию информации, а сейчас познако-
мимся с понятием «сигнал». Заметим, что мы видим знаки
только благодаря нашей способности интерпретировать от-
раженный от поверхности предмета свет, то есть благодаря
восприятию световых сигналов. Само слово «сигнал» имеет
общий корень с английским sign, что можно перевести как
знак, обозначение.
В информатике сигнал — есть форма передачи информа-
ции. Передача сигналов — это некоторый физический про-
цесс, имеющий информационное значение.
Сигналы могут быть непрерывными (аналоговыми) или
дискретными.
Аналоговый сигнал — сигнал, непрерывно изменяющий-
ся по амплитуде и во времени (температура воздуха, сила
тока, напряжение, скорость движения).
Аналоговые сигналы используют, например, в телефон-
ной связи, радиовещании, телевидении.
Сигнал называется дискретным, если он может прини-
мать лишь конечное число значений (дискретный — не не-
прерывный).
Сигналы, несущие текстовую, символическую информа-
цию, — дискретны.
Пример.
Дискретные сигналы
Цвет светофора
Цифры, буквы, слова
Знаки дорожного движения
Телеграфная азбука Морзе
Аналоговые сигналы
Скорость автомобиля
Влажность воздуха
Пение и игра на музыкальных инструментах
Кардиограмма
В реальной жизни мы чаще всего воспринимаем непре-
рывные сигналы. Даже речь человека по сути представляет
собой непрерывный сигнал. В этом легко убедиться, если
вспомнить, что речь на незнакомом языке воспринимается
слитно, в ней трудно выделить отдельные слова. Но дискрет-
ные сигналы обрабатывать легче. Благодаря сложившейся с
30
Глава 1
детства привычке, мы выделяем в сигналах, непрерывно по-
ступающих к нам из внешнего мира, отдельные элементы:
лица и облака, слова и музыкальные фразы. Этот процесс
называется дискретизацией непрерывного сигнала.
Сигнал, несущий информацию, может принимать два
различных значения (в его простейшей форме), но не менее.
Не бывает информационного сигнала, принимающего толь-
ко одно значение.
Пример. На сторожевой башне огонь означает «опасность», огня
нет — «все спокойно». Если костер на башне жгут по-
стоянно или не зажигают вовсе, то нет никакой воз-
можности узнать, например, когда же вторгся неприя-
тель, то есть получить информацию.
Дискретные сигналы часто называют цифровыми. Так
они называются потому, что отдельные значения сигнала
мы можем «пересчитать», то есть каждому значению сигна-
ла можно поставить в соответствие число.
Пример. На рисунке изображена температурная кривая, вычер-
ченная термометром-самописцем. Рассматривая график,
можно сделать вывод о том, что диапазон изменения тем-
пературы за сутки — от +12°С до +24°С. Можно ли эту
информацию, полученную в непрерывной (аналоговой)
форме представить в виде отдельных значений, то есть в
дискретной форме?
о
Занесем значения температуры в конце каждого часа в
таблицу. Тем самым мы преобразуем аналоговый сигнал
в цифровой:
Час 1 2 . . . 13 14 15 . . . 24
t’C 15 12,3 21,5 22 22 ... 16
Легко заметить, что таблица дает неточную картину про-
цесса: например, из графика видно, что самая высокая
температура была достигнута между 14 и 15 часами, но в
таблице это не нашло отражения.
Информация и информационные процессы
31
Ясно, что представление аналогового сигнала в дискрет-
ной форме можно улучшить, если занести в таблицу зна-
чения температуры, наблюдаемые каждые полчаса или
каждые 10 минут.
Аппаратура систем обработки информации в технике и
управлении в зависимости от того, какие сигналы она обра-
батывает, делится на аналоговую и дискретную. К аналого-
вой технике относятся обычно различные регуляторы, изме-
рительные приборы и т. п.
Вычислительная техника также может работать как с
аналоговыми, так и с дискретными (цифровыми) сигнала-
ми. Соответственно, существуют аналоговые вычислитель-
ные машины (АВМ) и цифровые вычислительные машины
(ЦВМ), причем последние получили значительно большее
распространение.
Представление непрерывной графической, звуковой ин-
формации в памяти цифрового компьютера основано на том,
что аналоговые сигналы всегда могут быть преобразованы к
дискретному (числовому) виду.
Звук дискретизируется подобно тому, как это сделано в
последнем примере. Графические изображения дискретизи-
руются в соответствии с матричным принципом. Если вы
когда-нибудь определяли с помощью палетки площадь про-
извольной геометрической фигуры, вы имеете представле-
ние об этом принципе. На рисунок как бы наносится сетка и
просматривается клетка за клеткой этой сетки. Если изобра-
жения в клетке нет, то ей в соответствие ставится, напри-
мер, 0, если изображение в клетке есть — ставится 1. Ли-
ния, изображенная на рис. 1.3.1, при таком способе
дискретизации представляется в виде следующей последова-
тельности нулей и единиц: 0011111110000 0010000001110
0100000000010 и т. д.
Рис. 1.3.1
Рисунок, демонстрирующий
суть матричного принципа
дискретизации изображений
Более подробно о различных способах дискретизации
аналоговых сигналов будет рассказано в соответствующих
параграфах учебника.
32
Глава 1
./Ц. Ли'Ш
знать
Информация всегда связана с материальным носителем.
Носитель информации — среда для записи, хранения и
передачи информации.
Носителем информации может быть:
• любой материальный предмет;
• волны различной природы;
• вещество в различных состояниях.
Знак и сигнал — форма передачи информации.
Передача сигнала — физический процесс, имеющий ин-
формационное значение.
Символ — это знак или сигнал, наполненный смыслом.
Сигнал может быть непрерывным (аналоговым) или диск-
ретным.
Аналоговый сигнал — сигнал, непрерывно изменяю-
щийся по амплитуде и во времени.
Сигнал называется дискретным, если он может прини-
мать лишь конечное число значений.
Аналоговый сигнал может быть представлен в дискрет-
ном виде, например, в виде последовательности чисел.
Процесс представления какой-либо величины в виде по-
следовательного ряда ее отдельных (дискретных) значений
называют дискретизацией.
Сигнал не может принимать менее двух различных значе-
ний.
Сигналы, передаваемые в электрической форме (носи-
тель — электромагнитные волны), обладают множеством до-
стоинств:
1) они не требуют движущихся механических устройств,
медленных и подверженных поломкам;
2) скорость передачи электрических сигналов приближа-
ется к максимально возможной скорости — скорости
света;
3) электрические сигналы легко обрабатывать, сравни-
вать и преобразовывать с помощью электронных
устройств, отличающихся чрезвычайно высоким быст-
родействием.
Информация и информационные процессы
33
уметь
Задание 1
В следующих примерах выделите носитель информации, опреде-
лите, является ли сигнал, передающий эту информацию, диск-
ретным или непрерывным:
1) наблюдение за показаниями спидометра автомобиля;
2) просмотр видеоклипа;
3) чтение газеты, журнала, то есть текста, напечатанного типо-
графским способом;
4) прослушивание музыкального произведения;
5) любование живописным пейзажем из окна вагона;
6) выполнение алгоритма по заданной блок-схеме.
Задание 2
Приведите примеры непрерывных и дискретных сигналов в
быту и технике.
Задание 3
Придумайте способ дискретизации цветного графического изоб-
ражения.
Задание 4
Создатели мультфильмов монтируют их из отдельных «непо-
движных» картинок, но когда мы смотрим на экран, то видим
непрерывное движение. Это пример перехода от дискретного
сигнала к аналоговому. Объясните его принцип.
Задание 5
Какие способы дискретного представления музыки вы знаете?
Можно ли считать исполнение музыкального произведения по
его нотной записи примером перехода от дискретного сигнала к
аналоговому?
Задание 6
Подумайте, каким образом можно поставить в соответствие тек-
сту «Я помню чудное мгновение» какое-либо цифровое выраже-
ние.
2— 2793
34
Глава 1
(tjjn вопрос-проблема
1. Является ли вакуум носителем информации?
2. Когда вы смотрите на то, что вас окружает, какие сигналы —
дискретные или непрерывные — вы получаете? Чем является
выделение образов отдельных зданий, деревьев, людей — свой-
ством нашего зрения получать и обрабатывать дискретные сиг-
налы или свойством нашего абстрактного мышления «дискре-
тизировать» полученные от органов чувств непрерывные
сигналы?
расширь свой кругозор
В технике под термином «сигнал» понимают любое про-
явление, несущее информацию. Сигнал может иметь произ-
вольную физическую природу: механическую (движение,
давление), тепловую, световую, электрическую, акустиче-
скую. Среди параметров сигнала выбираются один или не-
сколько, значения которых должны нести информацию. Та-
кими параметрами могут быть длительность, амплитуда,
частота, яркость, цвет и т. д. Не обязательно, чтобы физи-
чески различные значения выбранного параметра соответ-
ствовали различной информации.
Пример. В сигнализации на транспорте информационный смысл
имеют три значения цвета светофора: красный, желтый,
зеленый. Разные оттенки красного или зеленого не игра-
ют роли. Напротив, в дизайне и особенно в живописи
различные оттенки играют решающую роль. Вся живо-
пись и построена на «игре» оттенков.
В системах передачи и обработки информации сигналы
обычно неоднократно преобразуются. При этом их физиче-
ская природа может меняться без потери информации, кото-
рую они переносят.
Пример. При телефонной связи сначала акустический сигнал (но-
ситель — звуковая волна) от говорящего преобразуется в
электрический (носитель — электромагнитная волна),
который затем в телефонной трубке абонента превраща-
ется снова в акустический.
Информация и информационные процессы
35
При передаче может изменяться информационный харак-
тер сигнала: непрерывный сигнал становится дискретным
(такое преобразование называется дискретизацией или
квантованием) и наоборот. Переход от аналоговых представ-
лений информации к цифровым (например, ввод результа-
тов измерения непрерывных величин в ЭВМ) и обратно в
технике осуществляется специальными устройствами: ана-
лого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями.
Такие преобразователи используются в модемах, звуковых
картах и пр.
§1.4. Виды и свойства информации
Виды информации
понять
Для чего в науке при изучении каких-либо объектов часто
стремятся распределить эти объекты по группам в соответст-
вии с определенными признаками? Иными словами, с какой
целью разрабатывается классификация изучаемых объектов?
Есть некоторые общие свойства информации и общие за-
кономерности работы с ней. Но работа с текстом рассказа от-
личается от работы над партитурой музыкального произве-
дения, а проведение расчета по формулам имеет мало
общего с созданием мультфильма. То есть существуют осо-
бенности протекания информационных процессов для ин-
формации разных видов. Знание того, к какому виду отно-
сится информация, поможет выбрать наиболее подходящие
средства и методы для работы с ней.
Какие виды информации можно выделить? Какие при-
знаки можно выбрать в качестве оснований деления?
Поскольку в наибольшей степени информацию мы связы-
ваем с восприятием и осознанием поступающих сигналов че-
ловеком, то её можно разделить по тому, каким образом ин-
формация воспринимается людьми.
У человека пять органов чувств:
• зрение, с помощью которого люди различают цвета, вос-
принимают зрительные образы; информация — визуаль-
ная;
36
Глава 1
• слух, с помощью которого воспринимается звуковая ин-
формация — речь, музыка, звуковые сигналы, шум; ин-
формация — аудиальная;
• обоняние, с помощью которого люди получают информа-
цию о запахах окружающего мира; информация — обо-
нятельная;
• вкус — с помощью вкусовых рецепторов языка можно по-
лучить информацию о том, каков предмет — горький,
кислый, сладкий, соленый; информация — вкусовая',
• осязание — кончики пальцев (и весь кожный покров)
дают человеку информацию о температуре предмета —
горячий он или холодный, о качестве его поверхности —
гладкий или шероховатый; информация — тактильная.
Следует отметить, что органы чувств человека получили
название анализаторов, поскольку именно через эти органы
сигналы внешнего мира поступают в головной мозг для ана-
лиза и осмысливания.
Около 80-90% информации человек получает при помощи
органов зрения {визуально), примерно 8-15% — при помощи
органов слуха {аудиально) и только 1-5% — при помощи
остальных органов чувств {обоняния, вкуса, осязания).
А вот, например, лисы, собаки и многие другие живот-
ные основную часть информации получают с помощью носа.
У них хорошо развито обоняние. Для летучих мышей глав-
ная информация — звуковая, они воспринимают ее своими
большими, чуткими ушами.
Когда мы изучаем не отдельного человека, а группы лю-
дей — социальные системы, вряд ли имеет смысл разделять
информацию, циркулирующую в такого рода системах, по
способу ее восприятия отдельным человеком. В этом случае
целесообразно рассматривать другие основания классифика-
ции. Например, можно распределить информацию на виды
по степени значимости для общества, отдельных групп лю-
дей, отдельных индивидуумов.
Информация может быть:
• личной: это знания, опыт, интуиция, умения, планы,
прогнозы, эмоции, чувства, наследственная память конк-
ретного человека;
• специальной, значимой для определенной группы людей;
это такие виды информации, как:
• научная;
• производственная;
• техническая;
• управленческая;
Информация и информационные процессы
37
• общественной, значимой для большинства членов обще-
ства; это такие виды информации, как:
• общественно-политическая (то, что мы получаем в основ-
ном из средств массовой информации);
• научно-популярная (научно осмысленный опыт всего
человечества, исторические, культурные и националь-
ные традиции и др.);
• обыденная (которой мы обмениваемся в процессе по-
вседневного общения);
• эстетическая (изобразительное искусство, музыка, те-
атр и др.).
Но выделенные виды информации вряд ли будут полез-
ны, когда речь идет о технических или социотехнических
системах. В этом случае интерес может представлять деле-
ние на виды в зависимости от формы представления инфор-
мации.
Общение между людьми (да и любая коммуникация в об-
щем случае) не мыслится без того, чтобы передаваемая ин-
формация была как-то выражена, зафиксирована с помо-
щью знаков или сигналов, оформлена в соответствии с
правилами, понятными всем субъектам общения.
Рассмотрим некоторые виды информации в зависимости
от формы ее представления.
Текстовая информация: текст в учебнике, сочинение в
тетради, реплика актера в спектакле, прогноз погоды, пере-
данный по радио.
Заметим, что в устном общении (личная беседа, разговор
по телефону, радиопостановка спектакля) информация мо-
жет быть представлена преимущественно в словесной, тек-
стовой форме.
Числовая информация: таблица умножения, арифмети-
ческий пример, счет в хоккейном матче, время прибытия
поезда, статистические данные о населении страны и др.
В «чистом» виде числовая информация встречается ред-
ко, разве что на контрольных по математике. Чаще всего ис-
пользуется комбинированная форма представления инфор-
мации.
Пример. Вы получили телеграмму: «Встречайте двенадцатого.
Поезд прибывает в восемь вечера». В данном тексте «две-
надцатого» и «восемь» мы понимаем как числа, хотя они
и выражены словами.
Графическая информация: рисунки, схемы, чертежи,
фотографии.
38
Глава 1
Такая форма представления информации наиболее на-
глядна и доступна для восприятия и осознания, так как сра-
зу передает необходимый образ, а словесная и числовая тре-
бует мысленного воссоздания образа. В то же время
графическая форма представления часто не дает исчерпыва-
ющих разъяснений о передаваемых данных. Поэтому наибо-
лее эффективно сочетание текста, чисел и графических
изображений.
Пример. При решении задач по геометрии мы одновременно исполь-
зуем чертёж (графика), пояснительный текст (текст),
численные расчёты (числа и операции над ними).
Звуковая информация: речь, музыка, звуковые сигналы.
Данный вид информации также важен в процессе комму-
никации. Звуковые сигналы привлекают наше внимание
(звонок на перемену, вой сирены), пробуждают чувства (му-
зыкальные произведения), создают определенный настрой
(тембр голоса собеседника).
Некоторое представление о разнообразии подходов к выде-
лению видов информации может дать определение информа-
ции, приведенное в энциклопедическом словаре, где говорит-
ся, что информация — это общенаучное понятие, включаю-
щее обмен сведениями между людьми, человеком и автома-
том, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и
растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке,
от организма к организму.
В приведенном определении выделены четыре вида ин-
формации по различным способам (субъектам) обмена:
• социальная (человек — человек);
• техническая (человек — автомат, автомат — автомат);
• биологическая (информация в животном и растительном
мире);
• генетическая (передача признаков от клетки к клетке,
от организма к организму).
Существуют и другие варианты классификации информа-
ции по видам:
• по сфере применения информации (экономическая, гео-
графическая, социологическая и пр.);
• по характеру источников информации (первичная, вто-
ричная, обобщающая и пр.);
• по характеру носителя информации (информация, «за-
шифрованная» в молекулах ДНК или в длинах световых
волн; информация на бумажном или магнитном носителе
и пр.).
Информация и информационные процессы
39
Конкретный исследователь выбирает для себя ту или
иную классификацию в зависимости от стоящей перед ним
проблемы, от тех взаимосвязей, которые он изучает.
Пример. Химики, физики, биологи используют классификацию
по характеру носителя информации. В теории информа-
ции прежде всего рассматриваются источники информа-
ции. В социологии наиболее интересным является сфера
применения и общественное значение информации.
Когда речь идет о компьютере, то наиболее часто выделя-
ются виды информации в зависимости от формы ее пред-
ставления.
Компьютер помогает человеку, хранить, передавать, пре-
образовывать информацию текстового, числового, звуково-
го, графического и комбинированного вида.
В настоящее время мультимедийная (многосредовая,
комбинированная) форма представления информации стано-
вится основной в вычислительной технике. Цветная графи-
ка сочетается в этих системах со звуком и текстом, с движу-
щимися видеоизображением и трехмерными образами.
Свойства информации
Информация нам нужна для того, чтобы ориентироваться
в окружающей обстановке и принимать правильные реше-
ния. Но любая ли информация помогает нам в этом? Знание
свойств информации может помочь человеку оценить в каж-
дом конкретном случае, насколько решения, принятые на
основе имеющейся информации, могут быть верными.
Свойства информации можно рассматривать и как ее ка-
чественные признаки.
1. Информация — это отражение внешнего мира, а он суще-
ствует независимо от нашего сознания и желания. Поэто-
му в качестве важного свойства информации можно вы-
делить ее объективность.
Информация объективна, если она не зависит от
чьего-либо мнения, суждения.
Пример. Сообщение «На улице тепло» несет субъективную ин-
формацию, а сообщение «На улице 22°С» — объектив-
ную (если термометр исправен).
Объективную информацию можно получить с помощью
исправных датчиков, измерительных приборов. Но, отража-
ясь в сознании конкретного человека, информация переста-
ет быть объективной, становится субъективной, так как
40
Глава 1
преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зави-
симости от мнения, суждения, опыта, знания, пристрастий
конкретного субъекта.
2. Информация достоверна, если она отражает истинное
положение дел.
Объективная информация всегда достоверна, но досто-
верная информация может быть как объективной, так и
субъективной.
Только достоверная информация помогает принять нам
правильное решение. Недостоверной информация может
быть по следующим причинам:
• преднамеренное искажение (дезинформация);
• искажение в результате воздействия помех («испорчен-
ный телефон»);
• в случае, когда значение реального факта приуменьшает-
ся или преувеличивается (слухи, «рыбацкие истории»,
реклама, политические дебаты).
3. Чтобы решить поставленную задачу, лучше иметь пол-
ную информацию.
Информация полна, если ее достаточно для понимания и
принятия решения.
Пример. Мечта историка — иметь полную информацию о минув-
ших эпохах. Но историческая информация никогда не
бывает полной, и полнота информации уменьшается по
мере удаленности от нас исторической эпохи. Даже собы-
тия, происходившие на наших глазах, не полностью до-
кументируются, многое забывается, а воспоминания под-
вергаются искажению.
Неполная информация может привести к ошибочному
выводу или решению. Не зря русская пословица гласит:
«Недоученный хуже неученого».
Избыток информации может быть так же вреден при при-
нятии решения, как и ее недостаток, поскольку для анализа
и обработки дополнительной информации требуется время.
А время для человека — один из самых дефицитных и доро-
гостоящих «ресурсов» его жизни, не говоря уже об экстре-
мальных ситуациях, когда от быстроты принятия решения
может зависеть очень многое. Заметим, что самая полная,
самая достоверная информация не может быть новой.
4. Актуальность (своевременность) информации — важ-
ность, существенность её для настоящего времени. Толь-
ко вовремя полученная информация может принести не-
обходимую пользу.
Информация и информационные процессы
41
Неактуальной информация может быть по трем причи-
нам, когда она является:
• устаревшей (прошлогодняя газета);
• преждевременной (прогноз погоды на лето, данный в ян-
варе);
• незначимой, ненужной (например, сообщение в россий-
ской прессе о том, что в Италии снижены цены на про-
езд в транспорте на 5%).
5. Информация может быть полезной или бесполезной
(ценность информации).
Но, так как четкой границы между этими понятиями
нет, то следует говорить о степени полезности применитель-
но к нуждам конкретных людей. Полезность информации
оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее
помощью. Оценка полезности информации всегда субъек-
тивна. То, что полезно для одного человека, может быть со-
вершенно бесполезно для другого.
Примем во внимание, что небольшой процент «бесполез-
ной» информации в книгах даже полезен для читателя, так
как он позволяет отдохнуть при чтении неинформативных
участков текста.
С точки зрения техники свойство полезности рассматри-
вать бессмысленно, так как задачи машине ставит человек.
6. Поскольку во многих подходах к определению понятия
«информация» подчеркивается, что информация восприни-
мается, получается кем-то, то важным свойством информа-
ции является ее понятность. Даже самая актуальная и до-
стоверная информация будет для вас бесполезной, если она
выражена на незнакомом языке, то есть вам непонятна.
Любую информацию можно характеризовать с точки зре-
ния ее объективности, достоверности, полноты, актуально-
сти, полезности и понятности.
Социальная информация обладает еще и дополнитель-
ными свойствами,
7. Социальная информация имеет семантический (смыс-
ловой) характер.
Как правило, содержание, смысл информации для чело-
века важнее, чем форма её представления.
8. Социальная информация имеет языковую природу (кроме
некоторых видов эстетической информации, например,
изобразительного искусства).
Одно и то же содержание может быть выражено на разных
естественных (разговорных) либо специальных языках.
42
Глава 1
Пример. Многие алгоритмы, встречающиеся в профессиональной
деятельности экономистов, технологов и т. п., могут
быть представлены в словесной форме, записаны на язы-
ке математики — в виде математических формул, либо
на языке блок-схем.
9. С течением времени количество информации растет, ин-
формация накапливается, происходит ее систематиза-
ция, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и
кумулированием информации (кумуляция — от латин-
ского cumulatio — увеличение, скопление).
10. Свойство старения информации заключается в умень-
шении ее ценности с течением времени. Старит информа-
цию не само время, а появление новой информации, кото-
рая уточняет, дополняет или отвергает полностью или
частично более раннюю информацию.
Научно-техническая информация стареет быстрее, эсте-
тическая (произведения искусства) — медленнее.
11. Логичность, компактность, удобная форма представ-
ления информации облегчает понимание и усвоение ин-
формации.
Пример. Грамотное, доказательное выступление, когда оратор ло-
гично переходит от одного вопроса (факта, предположе-
ния) к другому, воспринимается лучше, чем сумбурная
речь.
Использование схем нередко лучше проясняет принцип
работы технического устройства, чем многостраничные опи-
сания.
12. При восприятии и понимании текстов человеком важным
свойством информации оказывается ее определенность
(однозначность).
Пример. «И вскрикнул внезапно ужаленный князь!» Внезапно
вскрикнул или внезапно ужаленный?
«Сережа встретил Свету на поляне с цветами». С цвета-
ми был Сережа или с цветами была Света? А, может
быть, цветы росли на поляне?
Многозначность слов, фраз, жестов нередко затрудняют
общение, приводят к недоразумениям и конфликтам. Заме-
тим, что в художественных произведениях многозначность,
«игра слов» часто используется как литературный прием,
повышающий интерес читателей, будящий их воображение,
позволяющий посмотреть на описываемую ситуацию с раз-
ных точек зрения.
Информация и информационные процессы
43
знать
Виды информации
По способу восприятия По степени значимости По форме представления
Визуальная; аудиальная; обонятельная; тактильная; вкусовая Личная • Знания, умения; • прогнозы, планы; • чувства, интуиция; • опыт, наследственная память Текстовая; числовая; графическая; звуковая
Специальная • Научная; • производственная; • техническая; • управленческая
Общественная • Общественно-политиче- ская; • научно-популярная; • обыденная; • эстетическая
1. Информация объективна, если она не
зависит от чьего-либо мнения, суждения.
2. Информация достоверна, если она отражает
истинное положение дел.
3. Информация полна, если ее достаточно для
понимания и принятия решения.
4. Информация актуальна, если она важна,
существенна для настоящего времени.
5. Полезность информации оценивается по
тем задачам, которые мы можем решить с ее
помощью.
6. Информация понятна, если она выражена
на языке, доступном для получателя.
44
Глава 1
__
уметь
Задание 1
Приведите примеры:
а) информации, представленной в текстовой, числовой, графиче-
ской формах;
б) использования числовой информации вместе с текстовой; гра-
фической вместе с числовой.
Задание 2
Перенесите таблицу в тетрадь и заполните ее, указав вид и носи-
тель информации:
Информация Вид информации Носитель
по способу восприятия по форме представления
Задача по алгебре
Письмо
Картина
Опера
Радиопередача
Телевизионная передача
Аромат сирени
Вкус лимона
Желтый цвет
Задание 3
Приведите примеры:
а) достоверной, но необъективной информации;
б) объективной, но недостоверной информации;
в) полной, достоверной, но бесполезной информации;
г) неактуальной информации;
д) актуальной, но непонятной информации.
Задание 4
В следующих примерах определите свойства информации.
1. Дошкольник спрашивает у старшеклассника: «Как светит
лампочка?». В ответ слышит: «Существует две теории света —
волновая и корпускулярная. Согласно первой...».
Информация и информационные процессы
45
2. Один персидский царь, собираясь завоевать соседнее государ-
ство, обратился к оракулу с вопросом: «Что произойдет, если я со
своим войском переправлюсь через пограничную реку? » Оракул
ответил: «Государь, ты разрушишь великое царство.» Удовлет-
ворившись таким предсказанием, завоеватель переправился со
своим войском через реку и был разгромлен войском противной
стороны. В гневе он обратился к оракулу, обвиняя того в обмане.
На что оракул ответил: «Государь, а разве твое царство было не
велико? »
вопрос- проблема
1. Какими свойствами может обладать информация о будущем
(предсказания, гадания, пророчества)?
2. Можно ли придумать пример необъективной, недостоверной,
неполной, неактуальной, бесполезной, непонятной информа-
ции?
интересный факт
Все знания об окружающем мире мы получаем с помо-
щью наших органов чувств. Насколько мы им можем дове-
рять?
За долгие годы ученые придумали и построили много об-
манчивых картинок, наглядно демонстрирующих, сколь
ограничены возможности нашего глаза.
а)
Рис. 1.4.1
46
Глава 1
При взгляде на рис. 1.4.1 (а) кажется, что вертикальная
линия длиннее горизонтальной, хотя в действительности обе
они имеют равную длину. На рис. 1.4.1 (б) обе горизонтальные
линии имеют одинаковую длину. Точкой А на рис. 1.4.1 (в)
помечена середина горизонтального отрезка. Иллюзия нера-
венства длин его правой и левой частей создается стрелками
на концах. Как ни трудно в это поверить, длина диагонали
АВ (рис. 1.4.1 (г)) равняется длине диагонали АС, и радиусы
окружностей в центре левой и правой фигур на рис. 1.4.1 (д)
равны.
Вкусовые, слуховые и тактильные ощущения также мо-
гут порождать иллюзии: сладкие напитки постепенно начи-
нают казаться менее сладкими; если опустить руку сначала
в ледяную воду, а потом сразу в теплую, то она покажется
горячее, чем на самом деле; если в течение нескольких ми-
нут подержать в руках тяжелый предмет, то после этого
другой, более легкий, предмет покажется нам почти невесо-
мым.
§1.5. Измерение информации
Пример. Не правда ли, истрепанная книжка, если в ней нет вы-
рванных страниц, несет для вас ровно столько же инфор-
мации, сколько такая же новая?
Каменная скрижаль весом в три тонны несет для архео-
логов столько же информации, сколько ее хороший фо-
тоснимок в археологическом журнале. Не так ли?
Когда московская радиостудия передает последние изве-
стия, то одну и ту же информацию получает и подмос-
ковный житель и житель Новосибирска. Но поток энер-
гии радиоволн в Новосибирске намного меньше, чем в
Москве.
Следовательно, мощность сигнала, так же как и размер,
вес и качество носителя, не могут служить оценкой коли-
чества информации, переносимой сигналом. Как же оценить
это количество?
Информация и информационные процессы
47
Из курса физики вы знаете, что прежде, чем измерять
значение какой-либо физической величины, надо ввести
единицу измерения. У информации тоже есть такая едини-
ца — бит, но смысл ее различен при измерении информации
в рамках разных подходов к определению понятия «инфор-
мация». Соответственно, можно выделить 3 подхода к изме-
рению информации.
ПОДХОД I. Неизмеряемость информации в быту
(информация как новизна)
Пример. Вы получили некоторое сообщение, например, прочита-
ли статью в любимом журнале. В этом сообщении содер-
жится какое-то количество информации. Как оценить,
сколько информации вы получили? Другими словами,
как измерить информацию? Можно ли сказать, что чем
больше статья, тем больше информации она содержит?
Разные люди, получившие одно и то же сообщение,
по-разному оценивают его информационную ёмкость, то есть
количество информации, содержащееся в нём. Это происхо-
дит оттого, что знания людей о событиях, явлениях, о кото-
рых идет речь в сообщении, до получения сообщения были
различными. Поэтому те, кто знал об этом мало, сочтут, что
получили много информации, те же, кто знал больше, могут
сказать, что информации не получили вовсе. Количество ин-
формации в сообщении, таким образом, зависит от того, на-
сколько ново это сообщение для получателя.
В таком случае, количество информации в одном и том
же сообщении должно определяться отдельно для каждого
получателя, то есть иметь субъективный характер. Но субъ-
ективные вещи не поддаются сравнению и анализу, для их
измерения невозможно выбрать одну общую для всех едини-
цу измерения.
Таким образом, с точки зрения информации как новиз-
ны, мы не можем однозначно и объективно оценить коли-
чество информации, содержащейся даже в простом сооб-
щении. Что же тогда говорить об измерении с этой точки
зрения количества информации, содержащейся в научном
открытии, новом музыкальном стиле, новой теории обще-
ственного развития.
Поэтому, когда информация рассматривается как новиз-
на сообщения для получателя, не ставится вопрос об измере-
нии количества информации.
48
Глава 1
ПОДХОД II —технический, или объемный.
Измерение информации в технике
(информация как сообщения в форме знаков или сигналов,
хранимые, передаваемые и обрабатываемые с помощью
технических устройств)
В технике, где информацией считается любая хранящая-
ся, обрабатываемая или передаваемая последовательность
знаков, сигналов, часто используют простой способ опреде-
ления количества информации, который может быть назван
объемным. Он основан на подсчёте числа символов в сооб-
щении, то есть учитывает только длину сообщения, но не его
содержание.
Длина сообщения зависит от числа знаков, употребляе-
мых для записи сообщения. Например, слово «мир» в рус-
ском алфавите записывается тремя знаками, в англий-
ском — пятью (peace), а в коде ДКОИ-8 (двоичный код
обмена информацией длиной 8) — двадцатью четырьмя би-
тами (111011011110100111110010).
В вычислительной технике применяются две стандарт-
ные единицы измерения информации: бит (от англ, binary
digit — двоичная цифра) и байт (byte).
Конечно, будет правильно, если вы скажете: «В слове
«Рим» содержится 24 бита информации, а в сообщении
«Миру мир!» — 72 бита». Однако, для того чтобы измерить
информацию в битах, вы определяете количество символов в
этом сообщении. Нам привычнее работать с символами. Для
ввода в компьютер символы надо кодировать. Каждый сим-
вол в настоящее время в вычислительной технике кодирует-
ся 8-битным или 16-битным кодом. Поэтому для удобства
была введена более крупная единица информации в технике
(преимущественно вычислительной) — байт. В байтах лег-
че подсчитать количество информации в техническом сооб-
щении — оно совпадает с количеством символов в нём.
Пример.
Исходное сообщение Количество информации
На языке В машинном представлении (ДКОИ-8) В символах В битах В байтах
рим 11110010 11101001 11101101 3 24 3
мир 11101101 11101001 11110010 3 24 3
миру мир! 11101101 11101001 11110010 11110101 0010000011101101 1110101 11110010 00100001 9 72 9
♦/ 00101000 00101010 00101010 00100000 0010101000101111 6 48 6
Информация и информационные процессы
49
Поскольку компьютер предназначен для обработки боль-
ших объемов информации, то используют производные еди-
ницы — килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб).
Обычно приставка «кило» означает тысячу, а приставка
«мега» — миллион, но в вычислительной технике
осуществляется привязка к принятой двоичной системе ко-
дирования.
В силу этого один килобайт равен не 1000 байтов, а 210 =
= 1024 байта.
Аналогично, 1 Мб = 210 Кб = 1024 Кб = 220 байтов =
= 1 048 576 байтов.
1 Гб = 210 Мб = 220 Кб = 230 байтов = 1 073 741 824 байта.
Пример. Если у вас есть дискета ёмкостью 100 Мб, то на ней мож-
но сохранить:
Вид хранимой информации Объем (количество) информации
Страниц текста 50 000 страниц или 150 романов
Цветных слайдов высочайшего качества 150
Аудиозапись речи видного политического деятеля 1,5 часа
Музыкальный фрагмент качества CD-стерео 10 мин
Фильм высокого качества записи 15 с
Протоколы операций с банковским счетом за 1000 лет
ПОДХОД III — вероятностный.
Измерение информации в теории информации
(информация как снятая неопределённость)
Получение информации (ее увеличе-
ние) одновременно означает увеличение
знания, что, в свою очередь, означает
уменьшение незнания или информаци-
онной неопределённости.
За единицу количества информации
принимают выбор одного из двух рав-
новероятных сообщений («да» или
«нет», «1» или «0»). Она также названа
битом. Вопрос ценности этой информа-
ции для получателя — это уже из иной области.
Пример. Известно, что книга лежит на одной из двух полок —
верхней или нижней. Сообщение о том, что книга лежит
на верхней полке, уменьшает неопределённость ровно
вдвое; в этом случае говорят, что оно несет 1 бит инфор-
мации.
50
Глава 1
Сообщение о том, как упала монета после броска — «ор-
лом» или «решкой», несет 1 бит информации.
В соревновании участвуют 4 команды. Сообщение о том,
что третья команда набрала большее количество очков,
уменьшает первоначальную неопределённость ровно в 4
раза (дважды по два) и несет 2 бита информации.
Очень приближенно можно считать, что количество ин-
формации в сообщении о каком-то событии совпадает с ко-
личеством вопросов относительно ситуации, разрешаемой
одним из некоторого набора событий, ответом на которые
могут быть лишь «да» или «нет», которые необходимо за-
дать, чтобы получить ту же информацию. Причем события
должны быть равновероятны.
Пример. Сколько вопросов надо задать, чтобы отгадать одну из 32
карт (колода без шестерок), если ответами могут быть
лишь «да» или «нет»?
Оказывается достаточно задать всего лишь 5 вопросов,
но задавать их надо так, чтобы после каждого ответа
можно было исключить из рассмотрения ровно половину
карт, среди которых задуманной не может быть. Таки-
ми, например, являются вопросы о цвете масти карты
(«Задуманная карта красной масти?»), о типе карты
(«Задуманная карта — «картинка»?») и т. п.
То есть сообщение о том, какая конкретно карта из 32 за-
думана, несет 5 битов информации.
В приведенных примерах число равновероятных собы-
тий, об одном из которых идет речь в сообщении, кратно
степени числа 2 (4 = 22, 32 = 25). Поэтому сообщение несет
количество битов информации, являющееся целым числом.
Но на практике могут встречаться и другие ситуации.
Пример. Сообщение о том, что на светофоре красный сигнал, не-
сет в себе количество информации большее, чем 1 бит.
Попробуйте объяснить, почему.
Пример. Известно, что Иванов живет на улице Весенней. Сообще-
ние о том, что номер его дома есть число чётное, умень-
шило неопределённость. Получив такую информацию,
мы стали знать больше, но информационная неопре-
делённость осталась, хотя и уменьшилась.
Почему в этом случае мы не можем сказать, что первона-
чальная неопределённость уменьшилась вдвое (иными
словами, что мы получили 1 бит информации)? Если вы
не знаете ответа на этот вопрос, представьте себе улицу,
на чётной стороне которой, например, четыре дома, а на
нечётной — двадцать. Такие улицы не такая уж большая
редкость.
Информация и информационные процессы
51
Научный подход к оценке сообщений был предложен еще
в 1928 году Р. Хартли. Расчетная формула имеет вид:
f = log2 N или 21 = N,
где N — количество равновероятных событий (число воз-
можных выборов),
I — количество информации.
Если N = 2 (выбор из двух возможностей), то I = 1 бит.
Иногда формула Хартли записывается иначе. Так как на-
ступление каждого из N возможных событий имеет одина-
ковую вероятность р = 1/2V, то N = 1/р и формула имеет вид
I = log2 (1/р) = - log2p.
Последние 2 примера показывают, что данное выше опре-
деление количества информации слишком упрощено. Уточ-
ним его. Но прежде разберем еще один пример.
Пример. Пылкий влюблённый, находясь в разлуке с объектом
своей любви, посылает телеграмму: «Любишь?». В ответ
приходит не менее лаконичная телеграмма: «Да!». Сколь-
ко информации несет ответная телеграмма? Альтернатив
здесь две — либо «да», либо «нет». Их можно обозначить
символами двоичного кода 1 и 0. Таким образом, ответ-
ную телеграмму можно было бы закодировать всего од-
ним двоичным символом.
Можно ли сказать, что ответная телеграмма несет одну
единицу информации?
Если влюблённый уверен в положительном ответе, то от-
вет «да» почти не даст ему никакой новой информации.
Аналогично безнадёжному влюблённому, уже привык-
шему получать отказы, ответ «нет» также принесет
очень мало информации. Но внезапный отказ уверенно-
му влюблённому (неожиданное огорчение) или ответ
«да» безнадёжному влюблённому (нечаянная радость) не-
сет сравнительно много информации, настолько много,
что радикально изменяется все дальнейшее поведение
влюблённого, а, может быть, его судьба!
Таким образом, с точки зрения взгляда на информацию
как на снятую неопределённость количество информации
зависит от вероятности получения того или иного сооб-
щения. Причем, чем больше вероятность события, тем мень-
шее количество информации содержится в сообщении о та-
ком событии.
Иными словами, количество информации в сообщении о
каком-то событии зависит от вероятности свершения данно-
го события.
52
Глава 1
Научный подход к более общему случаю вычисления ко-
личества информации в сообщении об одном из N, но уже не
равновероятных событий был предложен К. Шенноном в
1948 году.
Пусть имеется текст, содержащий 1000 букв. Буква «о» в
тексте встречается примерно 90 раз, буква «р» 40 раз, буква
«ф» 2 раза, буква «а» 200 раз. Поделив 200 на 1000, мы по-
лучим величину 0,2, которая представляет собой среднюю
частоту, с которой в рассматриваемом тексте встречается
буква «а». Вероятностьр& появления буквы «а» в тексте мо-
жем считать приблизительно равной 0,2. Аналогично
рр = 0,04, рф = 0,002, pQ = 0,09.
Далее поступаем согласно К. Шеннону. Берем двоичный
логарифм от величины 1/0,2 и называем то, что получилось,
количеством информации, которую несёт появление буквы
«а» в рассматриваемом тексте. Точно такую же операцию
проделаем для каждой буквы. Тогда количество информа-
ции, которую несёт появление i-ro символа алфавита, равно
hi = log2 (1/Pi) = - log2
где pt — вероятность появления в сообщении i-ro символа
алфавита.
Удобнее в качестве меры количества информации пользо-
ваться не отдельными значениями й., а средним значением
количества информации, приходящейся на один символ ал-
фавита:
Н = Е Pi hi = - Е Pi log2 Pi.
Значение H достигает максимума при равновероятных
событиях, то есть при равенстве всех р. :
Pi= 1/N.
В этом случае формула Шеннона превращается в формулу
Хартли.
Между техническим и вероятностным подходами к изме-
рению информации существует следующая корреляция.
С точки зрения вероятностного подхода принято считать,
что двумя двоичными словами исходной длины k битов или
словом длины 2k битов можно передать в 2 раза больше ин-
формации, чем одним исходным словом длины k битов. Чис-
ло возможных равновероятных выборов при этом увеличи-
вается в 2А раз, значит, количество информации
удваивается.
Информация и информационные процессы
53
знать
В технике (теория кодирования и передачи сообщений)
под количеством информации понимают количество кодиру-
емых, передаваемых или хранимых символов.
Бит — двоичный знак двоичного алфавита {0, 1}.
Бит — минимальная единица измерения информации.
Байт — это восьмиразрядный двоичный код, с помощью
которого можно представить один символ.
Байт — единица количества информации в системе СИ.
Единицы измерения информации в вычислительной технике
1 бит минимальная единица измерения информации
1 байт = 8 битов
1 Кб (килобайт) = 210 байтов = 1024 байта» 1 тысяча байтов
1 Мб (мегабайт) = 210 Кб = 220 байтов « 1 миллион байтов
1 Гб (гигабайт) = 210 Мб == 230 байтов * 1 миллиард байтов
Информационный объем сообщения (информационная
емкость сообщения) — количество информации в сообще-
нии, измеренное в битах, байтах или производных единицах
(килобайтах, мегабайтах и так далее).
В теории информации количеством информации назы-
вают числовую характеристику сигнала, которая не зависит
от его формы и содержания и характеризует уменьшение не-
определенности после получения сообщения в виде данного
сигнала. В этом случае количество информации зависит от
вероятности получения сообщения о том или ином событии.
Для абсолютно достоверного события (событие обязатель-
но произойдет, поэтому его вероятность равна 1) количество
информации в сообщении о нем равно 0. Чем невероятнее
событие, тем большее количество информации несет сообще-
ние о нем. Лишь при равновероятных ответах ответ «да»
или «нет» несет один бит информации.
Количество информации при вероятностном подходе
можно вычислить, пользуясь следующими формулами.
1. Формула Хартли:
I = log2 N или 21 = 2V,
где N — количество равновероятных событий (число воз-
можных выборов), I — количество информации.
54
Глава 1
2. Модифицированная формула Хартли:
I = log2 (1/р) = - log2 р,
где р — вероятность наступления каждого из N возможных
равновероятных событий.
3. Формула Шеннона:
Н = S Pi hi = - S Pi log2 Pi,
где p. — вероятность появления в сообщении i-ro символа
алфавита;
ht = log2 1/р. = - log2/r — количество информации, ко-
торую несёт появление в тексте i-ro символа алфавита;
Н — среднее значение количества информации, прихо-
дящееся на один символ алфавита.
уметь
Технический аспект измерения информации
Задание 1
Измерьте информационный объем сообщения «Ура! Закончи-
лись каникулы!!» Выразите этот объем в битах, байтах, килобай-
тах.
Задание 2
Измерьте примерную информационную емкость 1 страницы
учебника; всего учебника.
Подсказка. Подсчитайте, сколько символов в одной строке и
сколько строк на странице, и перемножьте полученные числа.
Сколько таких учебников может поместиться на дискете емко-
стью 360 Кб; 1,44 Мб; на винчестере ёмкостью 420 Мб; 6,4Гб ?
Информация как снятая неопределенность
Задание 3
Сколько следует задать вопросов и как их следует формулиро-
вать, чтобы количественно оценить сообщение о том, что вагон
стоит на одном из 16 путей?
Задание 4
Шарик находится в одном из 64 ящичков. Сколько единиц инфор-
мации будет содержать сообщение о том, где находится шарик?
Информация и информационные процессы
55
Задание 5
Определите, сколько битов информации несет сообщение о том,
что на светофоре горит зеленый свет.
Задание 6
Вы бросаете два кубика с нанесенными на гранях цифрами от 1 до 6.
Определите, сколько битов информации несет сообщение о том,
что на одном кубике выпала тройка, а на другом — пятерка.
Задание 7
Предположим, вероятность того, что вы получите за контрольную
работу оценку «5», равна 0,6; вероятность получения оценки «4»
равна 0,3; вероятность получения оценки «3» — 0,1. Определите,
сколько битов информации будет нести сообщение о результатах
контрольной работы в каждом из возможных случаев.
Задание 8
Проанализируйте таблицу и предложите возможные подходы к
измерению количества информации (для незаполненной области
таблицы).
Область науки или деятельности Подход к определению Подход к измерению
Быт Разнообразные сведения, сообщения, их новизна Количество информации не измеряется
Техника Сообщения, хранимые, передаваемые и обрабатыва- емые в форме знаков и сигналов Информационная ёмкость равна количеству символов
Теория информации Снятая неопределенность Количество информации характеризует уменьше- ние неопределенности и зависит от вероятности получения сообщения
Теория принятия решений Увеличение вероятности достижения цели попробуйте придумать сами
Кибернетика (теория управления) Часть знаний, используемая в управлении
Теория отражения Результат отражения, отраженное многообразие
расширь свой кругозор
На памятнике немецкому ученому Л. Больцману высече-
на формула, выведенная в 1877 году и связывающая вероят-
ность состояния физической системы и величину энтропии
этой системы.
56
Глава 1
Энтропия (греч, еп — в, внутрь; trope — превращение,
смысловой перевод: то, что внутри, неопределенно) — физи-
ческая величина, характеризующая тепловое состояние тела
или системы, мера внутренней неупорядоченности системы.
Так вот, формула для энтропии Больцмана совпадает с
формулой, предложенной Шенноном для среднего количест-
ва информации, приходящейся на один символ в сообще-
нии. Совпадение это произвело столь сильное впечатление,
что Шеннон назвал количество информации энтропией.
С тех пор слово «энтропия» стало чуть ли не синонимом сло-
ва «информация».
Чем больше энтропия системы, тем больше степень ее не-
определенности. Поступающее сообщение полностью или час-
тично снимает эту неопределенность. Следовательно, количе-
ство информации можно измерять тем, насколько
понизилась энтропия системы после поступления сообщения.
Таким образом, за меру количества информации прини-
мается та же энтропия, но с обратным знаком.
Уменьшая неопределенность, мы получаем информа-
цию, — в этом весь смысл научного познания.
§1.6 . Информационные процессы.
Общая характеристика
£J*J[ ПОНЯТЬ
Если обратиться в далекое прошлое, то жалобы на обилие
информации обнаруживаются тысячелетия назад.
Пример. На глиняной дощечке (шумерское письмо IV тысячеле-
тия до нашей эры) начертано: «Настали тяжелые време-
на. Дети перестали слушаться родителей, и каждый но-
ровит написать книгу».
Особенно модным стало жаловаться на непереносимость
информационного бремени с XVII века. В XX веке заговори-
ли ни более ни менее, как об информационной катастрофе.
Информационный кризис — это возрастающее противоречие
между объемом накапливаемой в обществе информации и
ограниченными возможностями ее переработки отдельно взя-
той личностью. По оценкам специалистов в настоящее время
Информация и информационные процессы
57
количество информации, циркулирующей в обществе, удваи-
вается примерно каждые 8-12 лет. Появилась уверенность в
том, что для того, чтобы справиться с такой лавиной инфор-
мации, недостаточно возможностей человеческого организма.
Для этого нужны специальные средства и методы обработки
информации, ее хранения и использования. Сформировались
новые научные дисциплины — информатика, кибернетика,
бионика, робототехника и др., имеющие своей целью изуче-
ние закономерностей информационных процессов, то есть
процессов, цель которых — получить, передать, сохранить,
обработать или использовать информацию.
В наиболее общем виде информационный процесс (ИП)
определяется как совокупность последовательных действий
(операций), производимых над информацией (в виде дан-
ных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр.) для по-
лучения какого-либо результата (достижения цели).
.. ..............------------------------------------
;* Информация не существует сама по себе, она
проявляется в информационных процессах.
Информационные процессы всегда протекают в каких-ли-
бо системах.
Информационные процессы могут быть целенаправлен-
ными или стихийными, организованными или хаотичными,
детерминированными или вероятностными, но какую бы мы
ни рассматривали систему, в ней всегда присутствуют ин-
формационные процессы, и какой бы информационный про-
цесс мы ни рассматривали, он всегда реализуется в рамках
какой-либо системы — биологической, социальной, техни-
ческой, социотехнической.
Пример. «Танец» пчел — процесс передачи информации от
пчел-разведчиков пчелам-сборщикам меда.
Обучение в школе — это процесс передачи информации,
накопленной предыдущими поколениями людей, подрас-
тающему поколению.
Электронная почта (как совокупность соответствующих
аппаратных средств и программ) предназначена для обес-
печения передачи информации между компьютерами.
В зависимости от того, какого рода информация является
предметом информационного процесса и кто является его
субъектом (техническое устройство, человек, коллектив, об-
щество в целом), можно говорить о глобальных информаци-
онных процессах, или макропроцесссах, и локальных ин-
формационных процессах, или микропроцессах.
58
Глава 1
Схема взаимосвязи информационных процессов показана
на рис. 1.6.1, где линиями без стрелок показаны включения
одних процессов в другие (нижних на схеме в верхние), а
линиями со стрелками — последовательность выполнения
процессов.
Рис.1.6.1. Схема взаимосвязи информационных процессов
Пример. Процесс познания, распространение информации посред-
ством СМИ, информационные войны, организация ар-
хивного хранения информации — глобальные ИП.
Сравнение данных, двоичное кодирование текста, запись
порции информации на носитель — локальные ИП.
Наиболее общими информационными процессами явля-
ются три процесса: сбор, преобразование, использование
информации.
Каждый из этих процессов распадается, в свою очередь,
на ряд процессов, причем некоторые из последних могут
входить в каждый из выделенных обобщенных процессов.
Так, сбор информации состоит из процессов поиска и от-
бора. В свою очередь поиск информации осуществляется в
результате выполнения процедур целеполагания и использо-
вания конкретных методов поиска.
Методы поиска бывают «ручные» или автоматизирован-
ные. Они включают в себя такие процедуры, как формирова-
ние поискового образа (в явном или неявном виде), про-
смотр поступающей информации с целью сравнения её с
поисковым образом.
Отбор информации производится на основе ее анализа и
оценки ее свойств (объективность, достоверность, актуаль-
ность и пр.) в соответствии с выбранным критерием оценки.
Отобранная информация сохраняется.
Информация и информационные процессы
59
Хранение информации — это распространение её во вре-
мени. Хранение информации невозможно без выполнения
процессов кодирования, формализации, структурирова -
ния, размещения, относящихся к общему процессу преобра-
зования информации.
В то же время кодирование, формализацию, структуриро-
вание можно вполне обоснованно отнести к процессам обра-
ботки информации. Наряду с вышеперечисленными к про-
цессам обработки информации относятся также информаци-
онное моделирование, вычисления по формулам (численные
расчеты), обобщение, систематизация, классификация, кла-
стеризация, схематизация и т. п.
Обработка информации составляет основу процесса пре-
образования информации.
Информация может быть передана (распространена в
пространстве) для её последующего использования, обработ-
ки или хранения. Процесс передачи информации включает
в себя процессы кодирования, восприятия, расшифровки и
пр.
Важнейшим процессом использования информации субъ-
ектом является процесс подготовки и принятия решений.
Наряду с этим часто использование информации сводится к
в процессам формирования документированной информа-
ции (документов в том смысле, в каком этот термин исполь-
зуется в делопроизводстве) с целью подготовки информаци-
онного или управляющего воздействия.
Пример. Бухгалтер на основании имеющихся первичных доку-
ментов (накладных, нарядов, табелей учета времени, ин-
струкций по налогообложению и пр.) составляет сводную
ведомость.
Сообщение о крупной аварии может стать основой для
подготовки пакета документов о введении чрезвычайного
положения.
В реальной практике широко используются процедуры,
входящие в процесс защиты информации. Защита инфор-
мации — важный компонент процессов хранения, обработ-
ки, передачи информации в системах любого типа, особенно
в социальных и технических системах. К ней относятся раз-
работка кода (шифра), кодирование (шифрование), сравне-
ние, анализ, паролирование и т. п.
После того, как процесс использования информации за-
вершен, например, решение принято и субъект приступил к
его реализации, как правило, возникает новая задача и не-
обходимы новая информация либо уточнение уже имеющей-
60
Глава 1
ся. Это приводит к тому, что субъект вновь обращается к
процедуре сбора информации и пр. Поэтому, говоря об ин-
формационных процессах, следует подчеркивать не только
их взаимосвязь, но и цикличность. Отсюда ясно происхож-
дение понятий «информационный цикл», «жизненный цикл
информации».
Человек всегда стремится автоматизировать выполнение
рутинных операций и операций, требующих постоянного
внимания и точности. То же справедливо и по отношению к
информационным процессам.
Универсальным устройством для автоматизированного
выполнения информационных процессов в настоящее время
является компьютер. Немалую роль в этом играют вычисли-
тельные системы и сети.
W знать
.......................—..... ............
Информационный процесс — совокупность последовате-
льных действий (операций), производимых над информа-
цией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, тео-
рий и пр.) для получения какого-либо результата (достиже-
ния цели).
Информация проявляется именно в информационных
процессах.
Информационные процессы всегда протекают в каких-ли-
бо системах (социальных, социотехнических, биологиче-
ских и пр.).
Наиболее общими информационными процессами являют-
ся сбор, преобразование, использование информации.
К основным информационным процессам, изучаемым в
курсе информатики, относятся: поиск, отбор, хранение, пе-
редача, кодирование, обработка, защита информации.
Информационные процессы, осуществляемые по опреде-
ленным информационным технологиям, составляют основу
информационной деятельности человека.
Компьютер является универсальным устройством для ав-
томатизированного выполнения информационных процес-
сов.
Информация и информационные процессы
61
уметь
————-----------——
Задание 1
Расширьте схему взаимосвязи ИП (рис. 1.6.1), включив в нее
расшифровку каждого информационного процесса входящими в
него процессами.
Задание 2
Всегда ли при автоматизированном и «ручном» выполнении ин-
формационных процессов используются одинаковые методы?
Приведите примеры, когда методы подобны и когда они сущест-
венно отличаются друг от друга.
Задание 3
Кодирование информации вполне можно рассматривать как
один из способов ее обработки.
Приведите примеры, когда хранение информации можно рас-
сматривать как один из способов использования информации.
§1.7 . Кодирование информации
понять
Информационный процесс кодирования информации
встречается в нашей жизни на каждом шагу. Любое обще-
ние между людьми происходит именно благодаря тому, что
они научились выражать образы, чувства и эмоции с помо-
щью специально предназначенных для этого знаков и сигна-
лов — звуков, жестов, букв и пр.
Одну и ту же информацию мы можем выразить разными
способами.
Пример. Каким образом можно сообщить об опасности?
1. Если на вас напали, вы можете просто крикнуть «Ка-
раул!» (англичанин крикнет «Help me!»).
2. Если имеется прибор под высоким напряжением, то
требуется оставить предупреждающий знак (рисунок че-
репа или молнии).
62
Глава 1
3. На оживленном перекрестке регулировщик помогает
избежать аварии с помощью жестов.
4. Если ваш корабль тонет, то вы передадите сигнал
«SOS» (•••---Для этих целей на флоте могут ис-
пользовать также семафорную и флажковую сигнализа-
цию.
В каждом из этих примеров необходимо знать правило,
по которому отображается информация, правило кодирова-
ния. Такое правило назовем кодом.
Код (фр. code — кодекс, свод законов). Начиная с середи-
ны XIX века это слово, помимо основного значения, означа-
ло книгу, в которой словам естественного языка сопоставле-
ны группы цифр или букв.
Чаще всего кодирование — это процесс представления
информации в виде знаков (поскольку дискретные сигналы
воспринимать и обрабатывать проще, чем непрерывные).
Знак вместе с его смыслом называют символом.
Используемый для кодирования конечный набор отлич-
ных друг от друга знаков называется алфавитом.
Существует множество алфавитов.
• алфавит кириллических букв {А, Б, В, Г, Д, Е, ...};
• алфавит латинских букв {А, В, С, D, Е, F, ...};
• алфавит десятичных цифр {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
• алфавит знаков зодиака {(Y), П, S, Ity, Ht,
X};
• набор знаков азбуки Брайля для слепых;
• набор китайских идеограмм;
• математическая символика { V, 3, е, Z, I } и др.;
• набор знаков генетического кода {А, Ц, Г, Т}.
Важнейшие технические коды для кодирования текстов,
записанных на естественных языках, возникли с появлени-
ем электрического телеграфа, например:
• азбука Морзе;
• набор знаков второго международного телеграфного кода
(телекс).
При кодировании информации для технических
устройств особенно важное значение имеют наборы, состоя-
щие всего из двух знаков: {+, {•, -}; {0, 1}; {да, нет}.
Алфавит, состоящий из двух знаков, называют двоич-
ным, а каждый знак из этого алфавита — двоичным зна-
ком.
Кодирование используется для представления информа-
ции в виде, удобном для хранения и передачи. Рассмотрим
простейшие задачи кодирования и декодирования.
Информация и информационные процессы
63
Пример. Попробуем закодировать числа от 0 до 100, не используя
арабских или римских цифр.
Прежде всего необходимо придумать алфавит или вы-
брать какой-либо из известных.
Можно ли использовать в качестве «букв» алфавита зна-
ки {*, +, !, #, & }; {Д, □, О} или гласные буквы русского
алфавита?
Да, можно выбрать любой набор отличающихся друг от
друга знаков.
Каждому числу, которое нужно закодировать, поставим
в соответствие одну «букву» выбранного нами алфавита.
Например:
Числа 1 алфавит 2 алфавит 3 алфавит
0 * А а
1 4- п е
2 • о ё
3 и
4 о
5 У
6 ы
7 э
8 ю
9 я
10
Во всех трех случаях из приведённого примера мы не ре-
шили поставленной задачи. Мы не смогли закодировать чис-
ла от 0 до 100, используя предложенные алфавиты. Получа-
ется, что наш алфавит обязательно должен состоять из
101 знака? Но с помощью всего десяти арабских цифр вы
можете записать любое число. А римских цифр для кодиро-
вания первых 101 числа требуется всего пять: I, V, X, L, С.
Нужен другой подход, другое правило.
Покажем, что используя всего три символа, например
{Д, □, О}, можно закодировать (зашифровать, представить)
любое число. Для этого каждое число будем представлять
не одним, а несколькими символами из нашего алфавита.
В нашем правиле кодирования появляется понятие «дли-
на кода».
Длиной кода назовем количество знаков, которое испо-
льзуется для представления кодируемого числа (или слова).
То есть термин «код» испрользуется в двух смыслах —
как правило кодирования и как набор знаков для кодирова-
ния некоторого символа.
64
Глава 1
Количество знаков в алфавите кодирования и
длина кода — совершенно разные вещи. Напри-
мер, в русском алфавите 33 буквы, а слова могут
быть длиной в 1,2, 3, ... буквы.
Посмотрим, сколько чисел мы можем закодировать, если
длина кода составляет не более 2 знаков.
Воспользуемся правилом, схематично представленным на
рис. 1.7.1.
Рис. 1.7.1. Схематичное представление
правила кодирования
□ од поп ООО
0 д
1 п
2 о
3 дд
4 да
5 до
6 □д
7 □□
8 □о
9 од
10 OD
11 оо
12 ддд
13 ддп
Если посмотреть на схему, то видно, что на первое место в
каждом коде ставится код предыдущего уровня, а к нему до-
писываются по одному все знаки алфавита в заданном алфа-
витном порядке. Такое правило кодирования позволяет пе-
ребрать все возможные коды и никогда не повториться.
Из таблицы (справа от рис. 1.7.1) видно, что при длине
кода не более 2 знаков всего можно закодировать 12 (3 + 9)
разных чисел. Чтобы закодировать числа 12, 13, ..., следует
увеличить длину кода.
Пример. Рассмотрим задачу, обратную к задаче кодирования из
предыдущего примера. Есть закодированная ин-
формация: ПОД. Коды вам известны. Длина кода — не
более 2 знаков. Определите исходное число.
Так как длина кода может быть 1 или 2, то
• могли быть закодированы три числа — 1, 2, 0;
• могли быть закодированы два числа — 1, 9;
• могли быть закодированы два числа — 8, 0.
Все три решения справедливы. Как вы думаете, почему?
Есть ли способ, который приведет нас к однозначному
решению поставленной задачи?
Информация и информационные процессы
65
Коды переменной (непостоянной) длины в технике встре-
чаются довольно редко. Исключением является лишь код
Морзе.
Пример. Взгляните на международную азбуку Морзе:
в с D Е F G Н I J К L М N О р Q R S и W Z
Для отправителя приведенная таблица выглядит вполне
логично, ибо буквы в ней расположены в алфавитном по-
рядке. Но для человека, получающего сообщения, она
неудобна.
В каком же порядке следует расположить знак азбуки
Морзе, чтобы получив сигнал, мы могли, не теряя време-
ни, определить, какой букве он соответствует.
Представим азбуку Морзе в виде дерева:
При получении сигнала — это либо точка, либо тире —
записываем букву и спускаемся по дереву: если точка —
влево от текущей вершины, если тире — вправо, если па-
уза — записываем букву текущей вершины, если длин-
ная пауза — записываем букву и отмечаем конец слова.
3 - 2793
66
Глава 1
По общепринятому правилу радистов продолжитель-
ность передачи точки равна продолжительности паузы,
продолжительность передачи тире равна продолжитель-
ности передачи трех точек, продолжительность передачи
пропуска (между буквами) равна продолжительности
трех пауз.
Азбука Морзе — это пример троичного кода с набором
знаков «точка», «тире», «пауза». Паузу в качестве раздели-
теля между буквами и словами необходимо использовать,
так как длина кода непостоянна.
В кодах с постоянной длиной закодированные символы
могут следовать друг за другом непосредственно, без всяких
разделителей. Местоположение этих символов устанавлива-
ется с помощью отсчета. И таким образом сообщение может
быть раскодировано однозначно.
Наиболее простым для кодирования является двоичный
алфавит. Чем меньше знаков в алфавите, тем проще должна
быть устроена «машина» для распознавания (дешифровки)
информационного сообщения. Однако чем меньше знаков в
алфавите, тем большее их количество (большая длина кода)
требуется для кодирования информации.
Вернемся к примеру с кодированием чисел. Будем испо-
льзовать для представления (кодирования) чисел от 0 до 100
алфавит {А, □, О} и код постоянной длины. Какова должна
быть длина кода?
В случае, когда длина кода равна и, с помощью алфавита,
состоящего из 3 знаков, можно закодировать Зп различных
состояний (чисел, букв, комбинаций). Приведем одно из воз-
можных объяснений. В каждой из п позиций может стоять
один из 3-х знаков алфавита. Для первой позиции существу-
ет 3 возможности. Для каждой из этих возможностей рас-
смотрим 3 возможности для второй позиции — всего будем
иметь 3-3 = 9 возможностей. Рассуждая далее аналогично
для остальных позиций, получим 3-3-3 - ...-3 = 3” возмож-
п раз
ностей (комбинаций, состояний) расположения 3-х знаков в
п позициях. Знаками двоичного алфавита можно закодиро-
вать 2п различных состояний; если имеется алфавит, состоя-
щий из k знаков, то можно закодировать kn различных со-
стояний.
Итак, если алфавит состоит из k знаков и используется
код с постоянной длиной п, то можно закодировать М = kn
различных состояний.
Информация и информационные процессы
67
Пример. Определим, какой длины должен быть код, чтобы, испо-
льзуя разные алфавиты, закодировать 10, 33, 100, 200,
1000 различных символов.
Проанализируйте таблицу:
Количе- ство знаков в алфавите Дли- на кода Максимальное количество символов, которое можно закодировать Минимальная длина кода для кодирования 200 разных символов Решение задачи
Количество символов Длина кода
2 1 2* = 2 27= 128 — мало 10 4
2 22=4 28 = 256 — достаточно 33 6
3 00 II «О 100 7
• • • Ответ : 8 200 8
п 2" 1000 10
3 1 СО со 34= 81 — мало 10 3
2 со Ья со З5 = 243 — достаточно 33 4
3 Зэ = 27 100 5
• • • Ответ : 5 200 5
п 3" 1000 7
4 1 4* = 4 43= 64 — мало 10 2
2 42 = 16 44 = 256 — достаточно 33 3
3 43= 64 100 4
• • • Ответ : 4 200 4
п 4” 1000 5
k 1 fe1 Пусть k = 60 10 1
2 kz 60 1= 60 — мало 33 1
3 k3 60 2= 3600 — достаточно 100 2
• • • 200 2
п kn Ответ : 2 1000 2
Итак, для кодирования М различных символов кодом по-
стоянной длины с помощью алфавита из k знаков, требуется
длина кода (с учетом того, что длина кода — это целое чис-
ло), равная
п = [log* М + 1] .
В вычислительной технике для кодирования информа-
ции используется двоичный алфавит {0,1}. Это позволяет
использовать достаточно простые устройства для представ-
ления и автоматического распознавания (дешифровки, де-
кодирования) программ и данных. Конструкция декодиру-
ющего устройства максимально упрощается, ведь оно
должно уметь различать всего два состояния (например,
1 — есть ток в цепи, 0 — тока в цепи нет). По этой причине
двоичная система и нашла такое широкое применение.
68
Глава 1
В вычислительной технике в настоящее время широко
используется двоичное кодирование с алфавитом {0,1}. Наи-
более распространенными кодами являются ASCII (Ameri-
can standard code for information interchange — американ-
ский стандартный код для обмена информацией), ДКОИ-8,
Winl251.
Передача сообщений всегда осуществляется во времени.
Процесс кодирования также требует определенного количе-
ства времени, которым зачастую нельзя пренебрегать. При
кодировании могут ставиться определенные цели и приме-
няться различные методы. Наиболее распространенные цели
кодирования:
• экономность (уменьшение избыточности сообщения, по-
вышение скорости передачи или обработки);
• надежность (защита от случайных искажений);
• сохранность (защита от нежелательного доступа к инфор-
мации);
• удобство физической реализации (двоичное кодирование
информации в ЭВМ);
• удобство восприятия (схемы, таблицы).
Одно и то же сообщение можно закодировать разными
способами, то есть выразить на разных языках. В процессе
развития человеческого общества люди выработали большое
число языков кодирования. К ним относятся:
• разговорные языки (русский, английский, хинди и др.,
всего более 2000);
• язык мимики и жестов;
• язык рисунков и чертежей;
• языки науки (языки математики, химии и т.д.);
• языки искусства (языки музыки, живописи, скульпту-
ры);
• специальные языки (эсперанто, морской семафор, азбука
Морзе, азбука Брайля для слепых и т.д.);
Среди специальных языков особо выделим языки про-
граммирования.
Программирование — кодирование информации на язы-
ке, «понятном» компьютеру.
Задачи, связанные с кодированием и декодированием со-
общений, изучаются в теории кодирования — одном из раз-
делов теории информации.
Информация и информационные процессы
69
знать
Знак вместе с его смыслом называют символом.
Используемый для кодирования конечный набор отлич-
ных друг от друга знаков называется алфавитом.
Алфавит, состоящий из двух знаков, называется двоич-
ным алфавитом.
Кодированием называется процесс преобразования одно-
го набора знаков в другой набор знаков.
Кодом называется правило для преобразования одного
набора знаков в другой набор знаков.
Кодирование используется при хранении, передаче ин-
формации, представлении ее на носителе.
Длиной кода называется количество знаков, которое ис-
пользуется для представления кодируемого символа.
Код может быть постоянной и переменной длины.
Если длина кода равна п, то с помощью алфавита, состоя-
щего из k знаков, можно закодировать М = kn различных со-
стояний.
Для кодирования М различных состояний кодом посто-
янной длины с помощью алфавита из k знаков, требуется
длина кода, равная п = [ logft М +1].
В вычислительной технике в настоящее время широко
используется двоичное кодирование с алфавитом {0,1}. Наи-
более распространенными кодами являются ASCII, ДКОИ-8,
Winl251.
70
Глава 1
уметь
Задание 1
Закодируйте сообщение «PASCAL 6.0», используя код ДКОИ-8:
00100000 пробел 00110000 0 01000000 @ 01010000 р
00100001 I • 00110001 1 01000001 А 01010001 Q
00100010 ♦ 00110010 2 01000010 в 01010010 R
00100011 # 00110011 3 01000011 с 01010011 S
00100100 $ 00110100 4 01000100 D 01010100 Т тт
00100101 % 00110101 5 01000101 Е 01010101 и V
00100110 & 00110110 6 01000110 F 01010110 V W
00100111 4 00110111 7 01000111 н 01010111 X
00101000 ( 00111000 8 01001000 I 01011000
00101001 ) 00111001 9 01001001 01011001 Z
00101010 * 00111010 • 01001010 К 01011010 [
00101011 + 00111011 01001011 L 01011011 \
00101100 00111100 < 01001100 М 01011100 1
00101101 - 00111101 == 01001101 N 01011101
00101110 • 00111110 > 01001110 О 01011110
00101111 / 00111111 9 • 01001111 • • •
Задание 2
Раскодируйте сообщение, переданное с помощью азбуки Морзе:
Задание 3
Сколько различных символов можно закодировать кодом дли-
ны 8 с помощью алфавита:
а) {0, 1};
б){#, $, %};
в) {А, Ц, Г, Т}?
Задание 4
Нужно закодировать в двоичном алфавите все символы, пред-
ставленные на клавиатуре компьютера:
• латинские буквы (26 строчных + 26 прописных);
• русские буквы (33 строчные + 33 прописные);
• цифры (1 0);
• знаки препинания (.,:!? — ; «пробел»);
• скобки ( ()[]{} );
• специальные символы (@ # $ % ' & * );
• псевдографические символы для создания таблиц;
• некоторые другие.
Какая минимальная длина кода должна быть выбрана?
Информация и информационные процессы
71
Задание 5
Закодируйте на различных известных вам языках кодирования
информации (в том числе и на языке рисунков) теорему Пифаго-
ра о связи длины гипотенузы с длинами катетов.
вопрос-проблема
Почему при кодировании в двоичном алфавите использу-
ется код переменной длины?
интересный факт
' ^^^ЭшММММ11М1МММШМ11МММММК^^
В 1977 году математики Р. Ривест, А. Шамил и Л. Эдел-
ман зашифровали фразу из нескольких слов, используя
комбинацию из 129 цифр. Они утверждали, что на разгадку
понадобятся триллионы лет. Однако ключ к самому сложно-
му в мире шифру «РСА-129» был найден за 17 лет. Над де-
шифровкой работали 600 ученых и добровольцев на пяти
континентах при помощи 1600 компьютеров. Сложность
шифра заключалась в том, что для его разгадки было необ-
ходимо определить две группы простых чисел, которые при
перемножении давали код «РСА-129». Зашифрованной ока-
залась бессмысленная фраза «волшебные слова — щепетиль-
ная скопа» (скопа — это хищная птица, живущая у водо-
емов и питающаяся рыбой). Эти слова были наугад выбраны
из словаря в 1977 году. «Такие шифры необходимы, если вы
хотите сохранить в секрете рецепт приготовления «Кока-ко-
лы» или формулы создания ядерного оружия», — сказал
Р. Ривест на пресс-конференции в 1994 году. Возможность
разгадки шифра за такой относительно короткий срок дол-
жны принять к сведению государственные организации и
предприниматели, которые пользуются аналогичными
длинными цифровыми кодами для защиты секретных сведе-
ний в своих компьютерных базах данных.
72
Глава 1
§1.8. Сбор информации
ПОНЯТЬ
Поиск информации — один из важных информационных
процессов. От того, как он организован, во многом зависит
своевременность и качество принимаемых решений.
В широком плане поиск является основой познаватель-
ной деятельности человека во всех ее проявлениях: в удов-
летворении любопытства, путешествиях, научной работе,
чтении ит. п. В более узком смысле поиск означает система-
тические процедуры в организованных хранилищах инфор-
мации: библиотеках, справочниках, картотеках, электрон-
ных каталогах, базах данных.
Пример. «Всё, иду сегодня в театр», — твердо решили вы в одно
прекрасное воскресное утро. — «Узнать бы, какой сегод-
ня спектакль!».
Итак, цель определена: выяснить автора и название пье-
сы. Как будет решаться поставленная задача?
Ваши возможные действия Вполне возможный результат
1. Поискали газету, где, кажется, был еже- недельный репертуар Не нашли
2. Вспомнили, что в 7.40 по радио обычно передают театральную афишу Обнаружили, что ваши часы показывают уже 8.10
3. Позвонили по телефону другу-театралу, который уж точно в курсе Друга не оказалось дома
4. «Ну уж справочная-то все знает!», — решили вы, набирая на телефоне номер 09 «Таких справок не даем», — огорченно слышите в ответ
Вы затратили время и энергию, а задачу не решили.
Это — результат неэффективно организованного поиска
информации.
Пример. Вы задумались о том, какую профессию выбрать, и ре-
шили, что она должна быть связана с производством и
использованием компьютеров. Какие это профессии, в
каком учебном заведении и на каком факультете можно
приобрести такую специальность, вы пока не знаете.
Первое, чем вам придется заняться, — это поиск инфор-
мации.
Информация и информационные процессы
73
Что вы можете предпринять? Ожидаемый результат Этап поиска
Поговорить с родите- лями Получение совета с чего начать + психологическая поддержка Определение на- правления поиска
Обратиться в профори- ентационный центр Получение перечня профессий, отвечающих вашим интересам Предварительное знакомство
Взять в библиотеке справочник для посту- пающих в вузы Получение краткой информации о вузах, факультетах и специаль- ностях. Выбор адресов Конкретизация информации
Послать запросы в приемные комиссии выбранных вузов Получение рекламных проспек- тов и условий приема в данный вуз Уточнение ин- формации
Побеседовать со сту- дентами или выпуск- никами выбранного факультета Получение субъективных и эмоциональных оценок их специальности (профессии) Углубление полу- ченных представ- лений
Хорошенько все обду- мать и обсудить ситуа- цию с родителями Укрепление своего решения или отказ от него и возврат к началу Анализ получен- ной информации
Успех вашего выбора в большой степени будет зависеть
от того, как вы организовали поиск информации.
Используйте разнообразные методы поиска ин-
формации, это поможет вам собрать более пол-
ную информацию и повысит вероятность принятия
вами правильного решения.
Методы поиска информации:
• непосредственное наблюдение;
• общение со специалистами по интересующему вас вопро-
су;
• чтение соответствующей литературы;
• просмотр видео-, телепрограмм;
• прослушивание радиопередач и аудиокассет;
• работа в библиотеках, архивах;
• запрос к информационным системам, базам и банкам
компьютерных данных;
• другие методы.
В процессе поиска вам может встретиться самая разная
информация. Любую информацию человек привык оцени-
вать по степени ее полезности, актуальности и достоверно-
сти. После оценки какие-то полученные сведения могут
быть отброшены как ненужные, какие-то, наоборот, остав-
лены на долгое хранение. То есть процесс поиска информа-
ции практически всегда сопровождается ее отбором. Всё это
вместе называют процессом сбора информации.
74
Глава 1
Чтобы не утонуть в «море информации», учитесь
отбирать только информацию, полезную для ре-
шения стоящей перед вами задачи. Не уподобляй-
те свою голову мусорному ящику, куда сваливают
всё без разбора.
Понять, что искать, столкнувшись с той или иной жиз-
ненной ситуацией, грамотно осуществить процесс сбора ин-
формации — вот умения, которые становятся решающими в
информационном обществе.
С информацией, которую мы ищем, всегда ассоциируется
некоторая известная нам информация, которая в виде клю-
ча или поискового предписания служит опорой для поиска и
отбора информации.
Пример. Вы хотите в адресном бюро узнать адрес человека. Изве-
стные вам фамилия, имя, отчество и возраст ассоцииру-
ются с неизвестным нам адресом и служат ключом к его
поиску.
В библиотечном деле термин «поиск информации» имеет
родственное, но всё-таки другое значение. Он относится к
методам отыскания (например, с помощью ключевых слов
и индексов) текстов или ссылок на работы по некоторой
теме.
Для ускорения процесса получения наиболее полной ин-
формации по интересующему вопросу в хранилищах инфор-
мации стали составлять каталоги (алфавитный, предмет-
ный и др.). Но если вспомнить библиотечный каталог, то
понятно, что из его карточки можно очень мало почерпнуть
о содержании того документа, который она представляет.
В лучшем случае — название, фамилии авторов, год и место
издания, краткую аннотацию. Следующим шагом в ускоре-
нии поиска информации стало создание специальных рефе-
ративных (обзорных) журналов.
Подлинный переворот в службе хранения, отбора инфор-
мации произвели автоматизированные информационно-по-
исковые системы (ИПС). Использование ИПС (электронно-
го каталога) позволяет сэкономить время и усилия,
затрачиваемые на просмотр ящиков, заполненных карточ-
ками. Кроме того, появляется возможность существенно
сократить пространство хранилищ, отводимое для разме-
щения самих каталогов.
Информация и информационные процессы
75
знать
Сбор информации состоит из процессов поиска и отбора
информации.
Сбор информации всегда осуществляется с определенной
целью, которая во многом определяет выбор методов поиска
и критерии отбора найденной информации.
Методы поиска информации:
• непосредственное наблюдение;
• общение со специалистами по интересующему вас вопро-
су;
• чтение соответствующей литературы;
• просмотр видео-, телепрограмм;
• прослушивание радиопередач и аудиокассет;
• работа в библиотеках, архивах;
• запрос к информационным системам, базам и банкам
компьютерных данных;
• другие методы.
Поиск информации всегда сопровождается её отбором.
Отбор информации предполагает оценку найденной ин-
формации по степени полезности, актуальности, достоверно-
сти и выбор только информации, полезной для решения по-
ставленной задачи.
уметь
Задание 1
Вы получили задание написать реферат на тему «Пятое поколе-
ние ЭВМ». Опишите план ваших действий по поиску нужной ин-
формации (не надейтесь, что существует книга именно с таким
названием).
Задание 2
Ответьте на вопросы:
1. Поиск какой информации вы осуществляете при работе со сло-
варями: орфографическим, толковым, энциклопедическим?
76
Глава 1
2. Какого рода отбор информации может происходить при работе
с орфографическим словарем?
3. В чём может заключаться отбор информации при работе с тол-
ковым словарем?
Задание 3
Назовите, какие методы поиска информации использовал Шер-
лок Холмс в своей работе.
Задание 4
Социологический опрос является одним из методов сбора соци-
альной информации. Перечислите методы поиска и отбора, ко-
торые используются при его проведении.
вопрос-проблема
1. Является ли поиск решения конкретной математической или
физической задачи поиском информации?
2. Что такое эвристический метод поиска информации?
3. Может ли поиск информации не сопровождаться процессом от-
бора?
4. Может ли техническое устройство, например, компьютер или
копировальный аппарат, осуществлять процессы поиска и от-
бора информации?
§1.9. Хранение информации
*
ПОНЯТЬ
Сбор информации не является самоцелью. Чтобы полу-
ченная информация могла использоваться, причём много-
кратно, необходимо её хранить.
Хранение информации — процесс такой же древний, как
и существование человеческой цивилизации. Он имеет
огромное значение для обеспечения поступательного разви-
тия человеческого общества (да и любой системы), много-
кратного использования информации, передачи накапливае-
мого знания последующим поколениям.
Информация и информационные процессы
77
Уже в древности человек столкнулся с необходимостью
хранения информации. Доказательствами тому служат за-
рубки на деревьях, помогающие не заблудиться во время
охоты; счёт предметов с помощью камешков, узелков; изоб-
ражение животных и эпизодов охоты на стенах пещер.
Сооружения, предметы изобразительного искусства, гли-
няные таблички, записи, книги, архивы, библиотеки, аудио-
записи, кинофильмы — всё это служит целям хранения ин-
формации.
Различная информация требует разного времени хране-
ния:
• автобусный билет требуется хранить только в течение по-
ездки;
• программу телевидения — неделю;
• школьный дневник — учебный год;
• аттестат зрелости — до конца жизни;
• исторические документы — несколько столетий.
В живой природе и жизни человека процесс длительного
хранения информации играет большую роль и подвергается
постоянному совершенствованию.
Пример. Благодаря генетической информации, которая хранится
в виде генов — участков молекулы дезоксирибонуклеи-
новой кислоты (ДНК), существует непрерываемая смена
поколений каждого рода живых существ. Любой живой
организм при рождении получает на клеточном уровне
от своих родителей генетическую информацию и переда-
ет её своим детям. Генетическая информация определя-
ет, каким будет каждый рождающийся организм, его
принадлежность к определённому роду и виду.
Пример. Человеческое общество способно бережно хранить ин-
формацию и передавать её от поколения к поколению.
На протяжении всей истории знания и жизненный опыт
отдельных людей накапливаются. По современным
представлениям, чем больше информации накоплено и
используется в обществе, тем выше уровень его разви-
тия. Накопление информации является основой разви-
тия общества.
Основное хранилище информации для человека — его па-
мять, в том числе генетическая. Существует и «коллектив-
ная память» — традиции, обычаи того или другого народа.
Когда объём накапливаемой информации возрастает на-
столько, что её становится просто невозможно хранить в па-
мяти, человек начинает прибегать к помощи различного
рода вспомогательных средств (узелков «на память», запис-
ных книжек и т. д.).
78
Глава 1
С рождением письменности возникло специальное сред-
ство фиксирования и распространения информации в про-
странстве и во времени. Родилась документированная инфор-
мация — рукописи и рукописные книги, появились своеоб-
разные информационно-накопительные центры — древние
библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ
стал и орудием управления (указы, приказы, законы).
Следующим информационным скачком явилось книгопе-
чатание. С его возникновением наибольший объём инфор-
мации стал храниться в различных печатных изданиях, и
для её получения человек обращается в места их хранения
(библиотеки, архивы и пр.).
В настоящее время мы являемся свидетелями быстрого
развития новых, автоматизированных методов хранения
информации с помощью электронных средств.
Компьютер и средства телекоммуникации предназначены
для компактного хранения информации с возможностью
быстрого доступа к ней.
Информация, предназначенная для хранения и передачи,
как правило, представлена в форме документа.
Под документом понимается информация на любом мате-
риальном носителе (глиняные дощечки, бумага, киноплёнка,
магнитная лента, компакт-диск и т. д.), предназначенная для
распространения в пространстве и времени (от лат. dokumen-
tum — свидетельство. Первоначально это слово обозначало
письменное подтверждение правовых отношений и событий).
Основное назначение документа заключается в использо-
вании его в качестве источника информации при решении
различных проблем обучения, управления, науки, техники,
производства, социальных отношений.
Разумеется, чтобы этой информацией можно было вос-
пользоваться, она должна быть формализована по опре-
делённым правилам, то есть представлена в наиболее удоб-
ном для пользователей виде.
Одной из процедур хранения информации является её на-
копление. Оно может быть пассивным и активным.
При пассивном накоплении поступающая информация
просто «складируется», при этом принимаются меры для
обеспечения её сохранности и повторного обращения к ней
(считывания).
Пример. К пассивному накоплению информации относятся:
• запись звуковой информации на магнитофонную ленту;
• стенографирование выступления;
• размещение документов в архиве.
Информация и информационные процессы
79
При активном накоплении происходит определённая об-
работка поступающей информации, имеющая много града-
ций, но в целом направленная на обогащение знания полу-
чателя информации.
Пример. К активному накоплению информации можно отнести:
• разбиение сообщения на отдельные сигналы;
• анализ содержания документов и построение аннота-
ций к ним;
• систематизацию и обобщение документов, поступив-
ших на хранение;
• перевод содержания документов в другую форму;
• перенесение документов на другие носители совмест-
но с процедурами сжатия данных, обеспечения их за-
щитными кодами.
Хранение очень больших объёмов информации оправдано
только при условии, если поиск нужной информации можно
осуществить достаточно быстро, а сведения получить в до-
ступной форме. Иными словами, информация хранится толь-
ко для того, чтобы впоследствии её можно было легко отыс-
кать, а возможность поиска закладывается при определении
способа хранения информации и доступа к ней.
То есть первый вопрос, на который необходимо ответить
при организации любого хранилища информации, — как её
потом там искать.
Информационно-поисковая система (ИПС) — это храни-
лище информации, снабжённое процедурами ввода, разме-
щения, поиска и выдачи информации. Наличие таких про-
цедур — главная особенность ИПС, отличающая их от
простых скоплений информационных материалов.
Пример. Личная библиотека, в которой может ориентироваться
только её владелец, информационной системой не явля-
ется. В публичных же библиотеках порядок размещения
книг всегда строго определённый. Благодаря ему поиск и
выдача книг, а также размещение новых поступлений
представляет собой стандартные, формализованные про-
цедуры. То же самое справедливо и для компьютерных
ИПС.
Все хранимые в ИПС документы индексируются, то есть
каждому документу (статье, протоколу, видеокассете)'при-
сваивается индивидуальный код, составляющий поисковый
образ документа. Поиск в хранилищах идёт не по самим до-
кументам, а по их поисковым образам, которые могут вклю-
чать в себя:
• название документа;
80
Глава 1
• время и место создания;
• фамилии авторов или название организации, создавшей
документ;
• тематические разделы, к которым можно отнести доку-
мент по его содержанию;
• информацию о местонахождении документа в хранилище
и многое другое.
На рис. 1.9.1 показано функционирование ИПС.
Документы
Запросы
Рис. 1.9.1. Схема функционирования ИПС
Развитие информатики постоянно раздвигает границы
возможностей накопления и хранения информации с приме-
нением компьютеров и компьютерных сетей.
Одна из важных задач автоматизированного хранения —
это преобразование формы информации из физических сигна-
лов в «знаковую» форму и обратно, а также сжатие информа-
ции, то есть устранение избыточности в её представлении.
знать
гу<11|-1ГЖГГИги1^Ж1¥|ММ"ГГ1Т11П111»»1»1И111ГМ1111М1Ш01П№тЦИ^ЯПГИ01ТГ1Шии«1ГОМТ1.П1.П‘Т
Хранение информации необходимо для распространения
её во времени.
Хранилище информации зависит от её носителя (книга —
библиотека, картина — музей, фотография — альбом).
Информация и информационные процессы
81
Основные хранилища информации:
• для человека — память, в том числе генетическая;
• для общества — библиотеки, видеотеки, фонотеки, архи-
вы, патентные бюро, музеи, картинные галереи.
Компьютерные хранилища: базы и банки данных, ин-
формационно-поисковые системы, электронные энциклопе-
дии, медиатеки и т. п.
Информация, предназначенная для хранения и передачи,
как правило, представлена в форме документа.
Под документом понимается информация на любом мате-
риальном носителе, предназначенная для распространения в
пространстве и времени.
Основное назначение документа заключается в использо-
вании его в качестве источника информации при решении
различных проблем обучения, управления, науки, техники,
производства, социальных отношений.
Хранение очень больших объёмов информации оправдано
только при условии, если поиск нужной информации можно
осуществить достаточно быстро, а сведения получить в до-
ступной форме.
Информационно-поисковая система (ИПС) — это храни-
лище информации, снабжённое процедурами ввода, разме-
щения, поиска и выдачи информации.
Все хранимые в ИПС документы индексируются, то есть
каждому документу присваивается индивидуальный код,
составляющий поисковый образ документа. Поиск в храни-
лищах идёт не по самим документам, а по их поисковым об-
разам.
Важной задачей автоматизированного хранения является
преобразование формы информации из физических сигна-
лов в «знаковую» форму и обратно, а также сжатие инфор-
мации, то есть устранение избыточности в её представлении.
уметь
Задание 1
Ответьте на вопросы:
1. Как люди могут узнать о жизни своих предков, живших много
лет назад?
2. Как хранится информация на фотоплёнке? В каком виде пред-
ставлена эта информация?
82
Глава 1
3. Какие вы знаете способы хранения музыкальной информации?
Задание 2
Используя различные каталоги библиотеки, подберите литера-
туру к рефератам на темы:
• «Как выбрать персональный компьютер»;
• «Технология печатающих устройств»;
• «Компьютерные сети»;
• «Накопители информации: обзор и перспективы развития».
Опишите процедуру вашего поиска в виде последовательности
действий.
Задание 3
Проанализируйте какую-нибудь карточку из каталога библиоте-
ки и определите, из каких компонент состоит поисковый образ
книги. Выясните, как в карточке указано местоположение доку-
мента на полках библиотеки.
Задание 4
Если вы знакомы с какой-либо автоматизированной ИПС, то
проанализируйте, из чего состоит поисковый образ документа и
как строится запрос к информационной базе данных. Опишите
технологию работы с ИПС. Сравните её со схемой на рис. 1.9.1.
интересный факт
Знаете ли вы, что Windows 3.1 занимает на диске около
15 Мб, Windows 95 — уже 30-60 Мб. 10 секунд музыки тре-
буют» 1 Мб, а 10 секунд видео — 15 Мб?
Знаете ли вы, что деловая Европа ежедневно создаёт
600 млн страниц распечаток, 230 млн фотографий, 75 млн
писем и 24 млн документов, а затраты на обработку, хране-
ние и поиск документов достигают 100 миллиардов долла-
ров в год?
Исследования в 1990 году показали, что 92% всей деловой
информации тогда хранилось на бумаге, лишь 1% — на маг-
нитных дисках, 2% — на магнитных лентах и 5% — с помо-
щью микрофильмов. Но мир электронных документов разви-
вается динамичнее, чем мир бумажных документов. По
оценкам специалистов с 1995 по 2005 годы общее число испо-
льзуемых бумажных документов увеличится только вдвое,
тогда как количество электронных документов будет удваи-
ваться ежегодно. Ожидается, что соотношение бумажных и
Информация и информационные процессы
83
электронных документов будет таковым: к 2001 году —
50/50, а к 2005 году на бумаге останется лишь треть всех до-
кументов.
Способы хранения документов в 1990 году
Прогноз на 2005 год
Магн диски
□ Маги ленты
Микроф ил
□ Бумага
§1.10. Передача информации
ПОНЯТЬ
Хранение информации необходимо для распространения
её во времени, а её распространение в пространстве происхо-
дит в процессе передачи информации.
Практически любая деятельность людей связана с обще-
нием (человек — существо общественное), а общение невоз-
можно без передачи информации.
В процессе передачи информации обязательно участвуют
источник и приёмник информации: первый передает ин-
формацию, второй её принимает. Между ними действует ка-
нал передачи информации — канал связи. Передача инфор-
мации возможна с помощью любого языка кодирования
информации, понятного как источнику, так и приёмнику.
Кодирующее устройство — устройство, предназначен-
ное для преобразования исходного сообщения источника ин-
формации к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство — устройство для преобра-
зования кодированного сообщения в исходное.
Пример. При телефонном разговоре:
источник сообщения — говорящий человек;
кодирующее устройство — микрофон — преобразует
звуки слов (акустические волны) в электрические им-
пульсы;
канал связи — телефонная сеть (провод);
84
Глава 1
декодирующее устройство — та часть трубки, которую
мы подносим к уху, здесь электрические сигналы снова
преобразуются в слышимые нами звуки;
приёмник информации — слушающий человек.
Пример.
И царица над ребёнком, Как орлица над орлёнком; Шлёт с письмом, она гонца, Чтоб обрадовать отца Источник информации — царица; кодирование информации — написание письма; канал связи — гонец
А ткачиха с поварихой, С сватьей бабой Бабарихой Извести её хотят, Перенять гонца велят Помехи
Сами шлют гонца другого Вот с чем от слова до слова... Искажение информации
Как услышал царь-отец, Что донёс ему гонец... Декодирование информации — чтение письма; приёмник информации — царь Салтан
В процессе передачи информация может теряться и иска-
жаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи,
влияющие на работу радиоприёмника, искажение или за-
темнение изображения в телевизоре, ошибки при передаче
по телеграфу. Эти помехи, или, как их называют специали-
сты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует
наука, разрабатывающая способы защиты информации —
криптология, широко применяющаяся в теории связи. И
если бы пушкинская царица её знала, то вряд ли князь Гви-
дон нашел бы Царевну-лебедь.
Информацию передают друг другу не только люди, но и
животные и растения.
Пример. В жаркой Индии по берегам рек растут густые заросли
растения под названием стыдливая мимоза. Когда начи-
нается тропический ливень, стыдливая мимоза спешит
свернуть свои листочки, спасая их от сильных струй. Но
самое интересное состоит в том, что, как только первые
капли дождя упадут хотя бы на одно из растений, сигнал
о наступающем дожде начинает передаваться от ветки к
ветке, и все растения длинной цепи зарослей сворачива-
ют свои листья.
Человечество придумало много устройств для быстрой пе-
редачи информации: телеграф, радио, телефон, телевизор. К
числу устройств, передающих информацию с большой ско-
ростью, относятся телекоммуникационные сети на базе вы-
числительных систем.
Информация и информационные процессы
85
Пример. «Поболтать» с другом по электронной почте или в режи-
ме телеконференции в сети Интернет становится для
многих вполне привычным делом. А темпы компьютери-
зации всех сфер жизни таковы, что будет совсем неуди-
вительно, если лет через пять общение с помощью теле-
коммуникационных сетей будет таким же обычным и
совершенно необходимым действием, каковым сейчас
является общение по телефону.
Для передачи разнообразной информации в рамках обще-
ства созданы средства массовой информации (газеты, жур-
налы, радио, телевидение). Благодаря передаче информа-
ции, общество организует совместные действия своих
членов.
Передача информации может идти по схемам: «от одного
к одному», «от многих к одному», «от одного ко многим»
(см. рис. 1.10.1).
Рис. 1.10.1
Различные способы
передачи
информации
Несколько процессов передачи информации могут образо-
вывать составной информационный процесс, который назы-
вают обменом информацией.
Обмен информацией — это процесс передачи информа-
ции между двумя или несколькими объектами, при котором
каждый объект и получает, и выдает информацию.
Схема обмена информацией для двух объектов А и В име-
ет вид, представленный на рис. 1.10.2.
Рис. 1.10.2
Схема обмена информацией
Передача информации — это реальный физический про-
цесс, протекающий в среде, разделяющей источник и получа-
тель. Передаваемая информация имеет определённую форму,
которая чаще всего выглядит как последовательность сигна-
лов, каждый из которых переносит элементарную порцию
информации. В теории связи эта последовательность сигна-
лов называется сообщением.
86
Глава 1
Следует различать сообщение и заключённую в
нём информацию (смысл сообщения для источни-
ка и получателя). Одна и та же последователь-
ность сигналов может нести для разных получате-
лей различную информацию.
В процессе передачи сигналов важная роль принадлежит
каналам связи и их свойствам.
Физическая природа каналов связи может быть самая
разнообразная: воздух и вода, проводящие акустические
волны и радиоволны, токопроводящие среды (система ме-
таллических проводов), оптоволоконные среды.
Каналы связи делятся на симплексные (с передачей ин-
формации только в одну сторону (телевидение)) и дуплекс-
ные, по которым возможно передавать информацию в оба
направления (телефон, телеграф). По каналу могут одновре-
менно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих
сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью
специальных фильтров. Например, возможна фильтрация
по частоте передаваемых сообщений, как это делается в ра-
диоканалах.
Каналы связи характеризуются пропускной способно-
стью и помехозащищённостью.
Пропускная способность канала определяется максималь-
ным количеством символов, передаваемых по нему в отсутст-
вие помех. Эта характеристика зависит от физических
свойств канала.
Для повышения помехозащищённости канала использу-
ются специальные методы передачи сообщений, уменьшаю-
щие влияние шумов. Например, при передаче вводятся
лишние (избыточные) символы, не несущие содержания, но
использующиеся для контроля правильности сообщения
при получении.
Передача информации необходима для распространения
её в пространстве.
Информация и информационные процессы
87
В процессе передачи информации обязательно участвуют
источник и приёмник информации: первый передает ин-
формацию, второй её получает. Между ними действует ка-
нал передачи информации — канал связи, обеспечивающий
передачу сигналов от источника к приемнику.
Канал связи характеризуется пропускной способностью
и помехозащищённостью.
Кодирующее устройство — устройство, предназначен-
ное для преобразования исходного сообщения источника ин-
формации к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство — устройство для преобра-
зования кодированного сообщения в исходное.
Схема передачи информации изображена на рис. 1.10.3.
Рис.1.10.3. Схема информационного процесса
передачи информации
Обмен информацией — это передача информации между
двумя или несколькими объектами, при котором каждый
объект и получает, и выдаёт информацию.
Информацию передают друг другу не только люди, но и
животные и растения.
В процессе передачи информация может теряться и иска-
жаться.
Наука, разрабатывающая способы защиты информации,
называется криптологией.
Для автоматизированной передачи информации, раз-
мещённой в памяти компьютеров, их объединяют в локаль-
ные и глобальные сети.
88
Глава 1
уметь
Задание 1
Приведите примеры передачи информации в обществе и приро-
де.
Задание 2
Приведите примеры из истории и литературы, когда при переда-
че информация преднамеренно искажалась. К чему это привело?
Задание 3
Ответ ученика на уроке — пример передачи информации.
Определите в данном примере источник информации, кодирую-
щее и декодирующее устройства, канал связи, приёмник инфор-
мации, возможные помехи и причину их возникновения.
Задание 4
С точки зрения теории информации всё то, что делает литератур-
ный язык красочным, гибким, богатым оттенками, многоплано-
вым, многозначным — избыточность.
Как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину!
Сколько в нём информационных излишеств вместо краткого и
всем понятного сообщения «Я Вас люблю!».
Проанализируйте, что мы потеряли бы или приобрели, если бы
пользовались «экономными» кодами, без избыточности в сообще-
ниях в общении, в художественной литературе, в точных науках.
Обоснуйте свой ответ.
интересный факт
В истории кибернетики имя К. Шеннона занимает одно
из самых значительных мест. Он создал теорию передачи и
кодирования информации в каналах связи и заложил осно-
вы теории информации. Ему удалось доказать замечатель-
ный факт: он установил точную связь между способом коди-
рования сообщений, скоростью их передачи по каналам
связи и вероятностью искажения передаваемой информа-
ции. Но, пожалуй, самым важным результатом в этой облас-
Информация и информационные процессы
89
ти явилось доказательство того, что при любых помехах и
шумах можно обеспечить передачу информации без потерь.
Первая теорема Шеннона говорит о том, что для передачи
любого сообщения с помощью канала без помех существует
код минимальной длины, такой, что сообщение кодируется
с минимальной избыточностью.
Вторая теорема Шеннона о кодировании при наличии
шумов гласит, что всегда существует способ кодирования,
при котором сообщения будут передаваться с какой угодно
высокой достоверностью (со сколь угодно малой вероятно-
стью ошибок), если только скорость передачи не превышает
пропускной способности канала связи. Это было неожидан-
ным открытием.
Большой вклад в разработку математических основ тео-
рии связи внесли советские ученые: А. Н. Колмогоров,
А. Я. Хинчин, А. А. Харкевич, В. А. Котельников. Теория
связи позволяет правильно спроектировать канал связи и
выбрать оптимальный способ кодирования сигнала.
§1.11. Обработка информации
ПОНЯТЬ
Обработка (преобразование) информации — это процесс
изменения формы представления информации или её содер-
жания.
Как правило, обработка информации — это закономер-
ный, целенаправленный, планомерный процесс. Всегда су-
ществует цель обработки.
Процессы изменения формы представления информации
часто сводятся к процессам её кодирования и декодирования
и проходят параллельно процессам сбора и передачи инфор-
мации.
Примеры изменения формы информации в результате обработки.
1. Специальное оборудование на метеостанции преобразу-
ет сигналы, полученные от метеозондов, в графики.
2. Данные анкет, полученные в результате психологиче-
ских исследований, представляются в виде диаграмм.
3. При сканировании рисунок преобразуется в последова-
тельность двоичных цифр.
90
Глава 1
Процесс изменения содержания информации включает в
себя такие процедуры, как численные расчёты, редактиро-
вание, упорядочивание, обобщение, систематизация и т. д.
Примеры изменения содержания информации в результате обра-
ботки.
1. Результатом обработки данных нескольких метеостан-
ций является прогноз погоды.
2. Анализ данных психологических исследований позво-
ляет дать обобщённую психологическую характеристи-
ку группы испытуемых и рекомендации по улучшению
психологического климата в этой группе.
3. Отсканированный текст первоначально представляется
в виде рисунка (в соответствующем двоичном представ-
лении). После его обработки программой оптического
распознавания символов он преобразуется в текстовые
коды.
Обрабатывать можно информацию любого вида, и прави-
ла обработки могут быть самыми разнообразными. Общая
схема обработки информации имеет вид, представленный на
рис. 1.11.1.
Входная
информация
Преобразователь
информации
Выходная
информация
Рис. 1.11.1. Схема обработки информации
Примеры обработки информации:
Пример обработки информации Входная информация Правило преобразования Выходная информация
Таблица умножения Множители Правила арифметики Произведение
Определение 'вре- мени полёта рейса «Москва — Ялта» Время вылета из Москвы и время прилёта в Ялту Математическая формула Время в пути
Отгадывание слова в игре «Поле чудес» Количество букв в слове и тема Формально не определено Отгаданное слово
Получение секрет- ных сведений Шифровка от рези- дента Своё в каждом конкретном случае Дешифрован- ный текст
Постановка диа- гноза болезни Жалобы пациента и результаты анализов Знания и опыт врача Диагноз
Но всегда ли нам известно, как, по каким правилам вход-
ная информация преобразовывается в выходную?
Информация и информационные процессы
91
Пример. Дети не знают, что внутри у заводной игрушки. Им изве-
стно одно: если завести игрушку, она поедет.
Большинство телезрителей мало что знают об устройстве
телевизора. Но когда на экране появляются помехи во
время просмотра телепрограммы, оперирование ручками
(кнопками) настройки часто позволяет получить четкое
изображение. Выражаясь языком кибернетики, телезри-
тель начинает манипулировать входами, надеясь полу-
чить на выходе устранение помех.
Такую систему, в которой наблюдателю доступны лишь
входные и выходные величины, а её структура и внутренние
процессы неизвестны, называют «чёрным ящиком»
(рис. 1.11.2).
«Чёрный ящик»
Входная
информация
Доступно наблюдателю
Выходная
информация
Рис. 1.11.2. Схема преобразования информации
по принципу «чёрного ящика»
Не будет преувеличением сказать, что любая вещь, любой
предмет, любое явление — любой познаваемый объект —
всегда первоначально выступает для наблюдателя как
«чёрный ящик».
Пример. Перед инженером стоит неисправный компьютер, нахо-
дящийся на гарантийном обслуживании. Разбирать его
нельзя, но инженер должен решить, отправить аппарат
для ремонта или заменить новым.
В практической деятельности врач сталкивается с внеш-
ними проявлениями болезни, но истинное состояние ор-
ганизма больного ему неизвестно. Перед врачом задача
«чёрного ящика».
Обработка информации по принципу «чёрного ящика» —
процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь
входная и выходная информация, но правила, по которым
происходит преобразование, его не интересуют, и они не
принимаются во внимание.
Очень часто в жизни нам приходится находить (угады-
вать, вычислять) правило, по которому происходит обработ-
ка информации. Многие игры основаны на этом принципе.
92
Глава 1
Пример. Каждый следующий элемент получен по некоторому
правилу. Угадайте это правило:
а) победа, обеда, беда, еда, ...;
б) о, д, т, ч, п, ш, с, в, д, д, ...;
в) 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ...
Ответы:
а) отбрасывание первой буквы слова;
б) начальные буквы числительных «один», «два», «три»
и т. д.;
в) каждый элемент, начиная с третьего, равен сумме
двух предыдущих.
Но чаще всего без знания правила преобразования невоз-
можно достичь цели, ради которой информация и обрабаты-
вается. Если эти правила строго формализованы и имеется
алгоритм их реализации, то можно построить устройство
для автоматизированной обработки информации. Таким
устройством в вычислительной технике является процессор.
Возможность автоматизированной обработки информа-
ции основывается на том, что преобразование информации
по формальным правилам не подразумевает её осмысления.
К автоматизированной обработке информации в вычисли-
тельной технике относятся: обработка запросов к базам дан-
ных, перекодирование информации, численные расчеты по
формулам, аранжировка музыкальных произведений, син-
тез новых звуков, монтаж анимационных роликов и многое
другое.
Рассмотрим схему, изображённую на рис. 1.11.3.
Рис. 1.11.3
Схема обработки информации
процессором
ВНЕШНЯЯ СРЕДА
Устройство обработки информации всегда находится в не-
которой внешней среде (обстановке), являющейся источни-
ком входной информации и потребителем выходной инфор-
мации. Непосредственная переработка входной информации
в выходную осуществляется процессором. При этом предпо-
лагается, что процессор располагает памятью.
Обработка информации в общем случае приводит
и к изменению состояния самого процессора.
Информация и информационные процессы
93
Процесс обработки информации в рамках данной схемы
чаще всего сводится к следующим процедурам:
• вычислению процессором значений выходных парамет-
ров как некоторой функции входных;
• накоплению информации, то есть изменению состояния
памяти под воздействием входной информации;
• реализации причинной связи между входом и выходом
процессора;
• взаимодействию процессора со средой, реакции на изме-
нение обстановки;
• управлению поведением всей системы в целом.
Обработка информации — это процесс, происходящий во
времени.
В ряде случаев он должен подчиняться заданному темпу
поступления входной информации и допустимому пределу
задержки при выработке выходной информации. В этом
случае говорят об обработке информации в реальном масш-
табе времени. Примером является управление работой ма-
шин и устройств, в том числе компьютера.
В других случаях время рассматривается как дискретная
цепочка мгновенно происходящих событий. При этом важна
лишь их последовательность, а не величина разделяющих
события временных промежутков. Такой подход применяет-
ся обычно при обработке информации в моделировании.
Наиболее простой формой обработки информации явля-
ется последовательная обработка, производимая одним
процессором, в котором в каждый момент времени проис-
ходит не более одного события. При наличии в системе не-
скольких процессоров, работающих одновременно, говорят
о параллельной обработке информации.
Обработка информации является центральной процеду-
рой в управлении любой системой. Трактовка управления
системой как процесса обработки информации является од-
ним из основных принципов кибернетики.
знать
.............. ....................
Обработка (преобразование) информации — это процесс
изменения формы представления информации или её содер-
жания.
94
Глава 1
Обработка информации всегда осуществляется с ка-
кой-либо целью.
Процессы изменения формы представления информации
часто сводятся к процессам её кодирования и декодирования
и проходят параллельно процессам сбора и передачи инфор-
мации.
Процесс изменения содержания информации включает
в себя такие процедуры, как численные расчёты, редакти-
рование, упорядочивание, обобщение, систематизация
и т. д.
Систему, в которой наблюдателю доступны лишь входные
и выходные величины, а её структура и внутренние процес-
сы неизвестны, называют чёрным ящиком.
Обработка информации по принципу «чёрного ящика» —
процесс, в котором пользователю важна и необходима лишь
входная и выходная информация, но правила, по которым
происходит преобразование, его не интересуют и не прини-
маются во внимание.
Если правила преобразования информации строго форма-
лизованы и имеется алгоритм их реализации, то можно по-
строить устройство для автоматизированной обработки
информации.
Возможность автоматизированной обработки информа-
ции основывается на том, что преобразование информации
по формальным правилам не подразумевает ее осмысления.
В вычислительной технике устройством автоматизиро-
ванной обработки информации является процессор.
Обработка информации — это процесс, происходящий во
времени.
Если он подчиняется заданному темпу поступления вход-
ной информации и допустимому пределу задержки при вы-
работке выходной информации, то говорят об обработке
информации в реальном масштабе времени.
Наиболее простой формой обработки информации являет-
ся последовательная обработка, производимая одним про-
цессором, в котором в каждый момент времени происходит
не более одного события.
При наличии в системе нескольких процессоров, работа-
ющих одновременно, говорят о параллельной обработке ин-
формации.
Информация и информационные процессы
95
уметь
Задание 1
Приведите примеры обработки информации:
а) по неформальным правилам;
б) по строгим формальным правилам, но при отсутствии алгорит-
ма обработки;
в) по строгим формальным правилам, когда известен алгоритм
обработки;
г) по принципу «чёрного ящика».
Задание 2
Попробуйте определить в следующих примерах правила обработ-
ки информации.
Входная инфор- мация Выходная информа- ция
48 12
1991 10
183 9
25431 6
б) Входная инфор- мация Выходная информа- ция
1 1
7 1
10 2
187 3
1996 4
Входная инфор- мация Выход- ная ин- форма- ция
1 0
2 0
10 9
3 3
20 18
1996 1995
Вход Выход
Яблоко 2
Мир 0
Колобок 3
Норма 1
Обороноспособность 7
Алгоритм 7 •
Вход Выход
0 0
1 1
2 2
3 10
4 11
5 12
6 ? •
Вход Выход
0 0
1 1
2 10
3 11
4 100
5 101
6 9 •
Задание 3
Определите правило, по которому составлена последователь-
ность, и продолжите её:
а) а, в, е, и, н, ...
б) 1, 2, 4, 8, 16, 32, ...
в) 1, 11, 21, 1211, 111221, 312211, 13112221, ...
96
Глава 1
§1.12. Защита информации
Mf__________________ПОНЯТЬ
^ЛяО9ЯМ№$ММММ№К№1ММММ№КЯММВМЮМ№МЦЬМ0М1ММ1МИЙ1ММММйЯМШММ1ММ1МИвМЯИМ1МММММММ
Человеку свойственно ошибаться. Любое техническое
устройство также подвержено сбоям, поломкам, влиянию
помех. Ошибка может произойти при реализации любого
информационного процесса. Велика вероятность ошибки
при кодировании информации, её обработке и передаче. Ре-
зультатом ошибки может стать потеря нужных данных,
принятие ошибочного решения, аварийная ситуация.
Пример. Вы неверно выразили свою мысль и невольно обидели со-
беседника.
Вы произнесли не то слово, которое хотели (оговори-
лись), и ваши слушатели вас не поняли.
Вы правильно выбрали метод решения задачи на контро-
льной работе, но ошиблись в арифметических расчётах и
в результате получили ошибочный ответ.
Чем больше информации передаётся и обрабатывается,
тем труднее избежать ошибок. В обществе хранится, пере-
даётся и обрабатывается огромное количество информации и
отчасти поэтому современный мир очень хрупок, взаимосвя-
зан и взаимозависим. Информация, циркулирующая в сис-
темах управления и связи, способна вызвать крупномасш-
табные аварии, военные конфликты, дезорганизацию
деятельности научных центров и лабораторий, разорение
банков и коммерческих организаций. Поэтому информацию
нужно уметь защищать от искажения, потери, утечки, неле-
гального использования.
Пример. Компьютерная система ПВО Североамериканского кон-
тинента однажды объявила ложную ядерную тревогу,
приведя в боевую готовность вооружённые силы. А при-
чиной послужил неисправный чип стоимостью 46 цен-
тов — маленький, размером с монету, кремниевый эле-
мент.
Пример. В 1983 году произошло наводнение в юго-западной части
США. Причиной стал компьютер, в который были введе-
ны неверные данные о погоде, в результате чего он дал
ошибочный сигнал шлюзам, перекрывающим реку Коло-
радо.
Информация и информационные процессы
97
Пример. В 1971 году на нью-йоркской железной дороге исчезли
352 вагона. Преступник воспользовался информацией
вычислительного центра, управляющего работой желез-
ной дороги, и изменил адреса назначения вагонов. На-
несённый ущерб составил более миллиона долларов.
Развитие промышленных производств принесло огромное
количество новых знаний, и одновременно возникло жела-
ние часть этих знаний хранить от конкурентов, защищать
их. Информация давно уже стала продуктом и товаром, ко-
торый можно купить, продать, обменять на что-то другое.
Как и всякий товар, она требует применения специальных
методов для обеспечения сохранности.
В информатике в наибольшей степени рассматриваются
основные виды защиты информации при работе на компью-
тере и в телекоммуникационных сетях.
Компьютеры — это технические устройства для быстрой
и точной (безошибочной) обработки больших объёмов ин-
формации самого разного вида. Но, несмотря на постоянной
повышение надёжности их работы, они могут выходить из
строя, ломаться, как и любые другие устройства, созданные
человеком. Программное обеспечение также создается людь-
ми, способными ошибаться.
Конструкторы и разработчики аппаратного и програм-
много обеспечения прилагают немало усилий, чтобы обеспе-
чить защиту информации:
• от сбоев оборудования;
• от случайной потери или искажения информации, храня-
щейся в компьютере;
• от преднамеренного искажения, производимого, напри-
мер, компьютерными вирусами;
• от несанкционированного (нелегального) доступа к ин-
формации (её использования, изменения, распростране-
ния).
К многочисленным, далеко не безобидным ошибкам
компьютеров добавилась и компьютерная преступность, гро-
зящая перерасти в проблему, экономические, политические
и военные последствия которой могут стать катастрофиче-
скими.
При защите информации от сбоев оборудования исполь-
зуются следующие основные методы:
• периодическое архивирование программ и данных. При-
чем, под словом «архивирование» понимается как созда-
ние простой резервной копии, так и создание копии с
предварительным сжатием (компрессией) информации. В
4 2793
98
Глава 1
последнем случае используются специальные програм-
мы-архиваторы (Arj, Rar, Zip и др.);
• автоматическое резервирование файлов. Если об архиви-
ровании должен заботиться сам пользователь, то при ис-
пользовании программ автоматического резервирования
команда на сохранение любого файла автоматически дуб-
лируется и файл сохраняется на двух автономных носите-
лях (например, на двух винчестерах). Выход из строя од-
ного из них не приводит к потере информации.
Резервирование файлов широко используется, в частно-
сти, в банковском деле.
Защита от случайной потери или искажения информа-
ции, хранящейся в компьютере, сводится к следующим ме-
тодам:
• автоматическому запросу на подтверждение команды,
приводящей к изменению содержимого какого-либо фай-
ла. Если вы хотите удалить файл или разместить новый
файл под именем уже существующего, на экране дисплея
появится диалоговое окно с требованием подтверждения
команды либо её отмены;
• установке специальных атрибутов документов. Напри-
мер, многие программы-редакторы позволяют сделать до-
кумент доступным только для чтения или скрыть файл,
сделав недоступным его имя в программах работы с фай-
лами;
• возможности отменить последние действия. Если вы
редактируете документ, то можете пользоваться функ-
цией отмены последнего действия или группы действий,
имеющейся во всех современных редакторах. Если вы
ошибочно удалили нужный файл, то специальные про-
граммы позволяют его восстановить, правда только в том
случае, когда вы ничего не успели записать поверх уда-
ленного файла;
• разграничению доступа пользователей к ресурсам фай-
ловой системы, строгому разделению системного и поль-
зовательского режимов работы вычислительной системы.
Защита информации от преднамеренного искажения час-
то еще называется защитой от вандализма.
Проблема вандализма заключается в появлении таких
бедствий, как компьютерные вирусы и компьютерные чер-
вяки. Оба этих термина придуманы более для привлечения
внимания общественности к проблеме, а не для обозначения
некоторых приёмов вандализма.
Информация и информационные процессы
99
Компьютерный вирус представляет собой специально
написанный небольшой по размерам фрагмент программы,
который может присоединяться к другим программам
(файлам) в компьютерной системе. Например, вирус может
вставить себя в начало некоторой программы, так что каж-
дый раз при выполнении этой программы первым будет ак-
тивизироваться вирус. Во время выполнения вирус может
производить намеренную порчу, которая сейчас же стано-
вится заметной, или просто искать другие программы, к
которым он может присоединить свои копии. Если «за-
ражённая» программа будет передана на другой компьютер
через сеть или дискету, вирус начнёт заражать программы
на новой машине, как только будет запущена переданная
программа. Таким способом вирус переходит от машины к
машине. В некоторых случаях вирусы потихоньку распро-
страняются на другие программы и не проявляют себя,
пока не произойдёт определённое событие, например, на-
ступит заданная дата, начиная с которой они будут «разру-
шать» всё вокруг. Разновидностей компьютерных вирусов
очень много. Среди них встречаются и невидимые, и само-
мо дифицирующиеся.
Термин «червяк» обычно относится к автономной про-
грамме, которая копирует себя по всей сети, размещаясь в
разных машинах. Как и вирусы, эти программы могут быть
спроектированы для самотиражирования и для проведения
«диверсий».
Для защиты от вирусов можно использовать:
• общие методы защиты информации, которые полезны
также как страховка от физической порчи дисков, непра-
вильно работающих программ или ошибочных действий
пользователя;
• профилактические меры, позволяющие уменьшить ве-
роятность заражения вирусом;
• специализированные антивирусные программы.
Многие методы защиты информации от несанкциониро-
ванного (нелегального) доступа возникли задолго до появле-
ния компьютеров.
Одним из таких методов является шифрование.
Проблема защиты информации путем её преобразова-
ния, исключающего её прочтение посторонним лицом, вол-
новала человеческий ум с давних времен. История крипто-
логии (kryptos — тайный, logos — наука) — ровесница
истории человеческого языка. Более того, письменность
100
Глава 1
сама по себе была вначале криптографической системой,
так как в древних обществах ею владели только избран-
ные. Священные книги Древнего Египта, Древней Индии
тому примеры.
Криптология разделяется на два направления — криптог-
рафию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо про-
тивоположны.
Криптография занимается поиском и исследованием ме-
тодов шифрования информации. Она даёт возможность пре-
образовывать информацию таким образом, что её прочтение
(восстановление) возможно только при знании ключа. Сфера
интересов криптоанализа — исследование возможностей
расшифровки информации без знания ключей.
Ключ — информация, необходимая для беспрепятствен-
ного шифрования и дешифрования текста.
Первые криптографические системы встречаются уже в
начале нашей эры. Так, Цезарь в своей переписке уже испо-
льзовал шифр, получивший его имя. Бурное развитие крип-
тографические системы получили в годы первой и второй
мировых войн. Появление вычислительной техники ускори-
ло разработку и совершенствование криптографических ме-
тодов.
Основные направления использования этих методов —
передача конфиденциальной информации по каналам свя-
зи (например, по электронной почте), установление под-
линности передаваемых сообщений, хранение информации
(документов, баз данных) на носителях в зашифрованном
виде.
Проблема использования криптографических методов в
современных информационных системах становится в на-
стоящее время особенно актуальной.
С одной стороны, расширилось использование телекомму-
никационных сетей, по которым передаются большие
объёмы информации государственного, коммерческого, во-
енного и частного характера, не допускающего возможность
доступа к ней посторонних лиц.
С другой стороны, появление новых мощных аппаратных
и программных средств, эффективных технологий дешифро-
вания снизило надёжность криптографических систем, ещё
недавно считавшихся практически нераскрываемыми.
Другим возможным методом защиты информации от не-
санкционированного доступа является применение паро-
лей.
Информация и информационные процессы
101
Пароли позволяют контролировать доступ как к компью-
терам, так и к отдельным программам или файлам.
К сожалению, иногда пароль удается угадать, тем более,
что многие пользователи в качестве паролей используют
свои имена, имена близких, даты рождения. Существуют
программные средства от «вскрытия» паролей. Чтобы про-
тивостоять попыткам угадать пароль, операционные систе-
мы могут быть спроектированы таким образом, чтобы отсле-
живать случаи, когда кто-то многократно употребляет
неподходящие пароли (первый признак подбора чужого па-
роля). Кроме того, операционная система может сообщать
каждому пользователю в начале его Сеанса, когда в послед-
ний раз использовалась его учётная запись. Этот метод по-
зволяет пользователю обнаружить случаи, когда кто-то ра-
ботал в системе под его именем. Более сложная защита
(называемая ловушкой) — это создание у взломщика иллю-
зии успешного доступа к информации на время, пока идет
анализ, откуда появился этот взломщик.
Одной из распространённых форм нарушения информа-
ционного права является незаконное копирование программ
и данных, в частности находящихся на коммерчески рас-
пространяемых носителях информации.
Для предотвращения нелегального копирования файлов
используются специальные программно-аппаратные средст-
ва, например «электронные замки», позволяющие сделать с
дискеты не более установленного числа копий, или дающие
возможность работать с программой только при условии,
что к специальному разъёму системного блока подключено
устройство (обычно микросхема), поставляемое вместе с ле-
гальными копиями программ.
Существуют и другие методы защиты, в частности, адми-
нистративные и правоохранительные.
Обеспечить надёжную защиту информации может только
применение комплекса самых разнообразных методов.
102
Глава 1
знать
Виды и методы защиты информации при работе с компью-
тером:
Вид защиты Метод защиты
От сбоев оборудования • Архивирование файлов (со сжатием или без); • резервирование файлов
От случайной потери или искажения инфор- мации, хранящейся в компьютере • Запрос на подтверждение выполнения команд, изменяющих файлы; • установка специальных атрибутов документов и программ; • возможность отмены неверного действия или вос- становления ошибочно удалённого файла; • разграничение доступа пользователей к ресурсам файловой системы
От преднамеренного ис- кажения, вандализма (компьютерных виру- сов) • Общие методы защиты информации; • профилактические меры; • использование антивирусных программ
От несанкционирован- ного (нелегального) до- ступа к информации (её использования, измене- ния, распространения) • Шифрование; • паролирование; • « электронные замки *; • совокупность административных и правоохрани- тельных мер
Традиционным методом защиты информации является её
шифрование.
Криптология — наука, изучающая проблемы защиты ин-
формации путем её преобразования.
Криптография — раздел криптологии, изучающий мето-
ды преобразования сообщений таким образом, чтобы их про-
чтение (восстановление) было возможно только при знании
ключа.
Криптоанализ — раздел криптологии, изучающий воз-
можности расшифровки сообщений без знания ключей.
Ключ — информация, необходимая для беспрепятствен-
ного шифрования и дешифрования текстов.
Наиболее распространёнными причинами потери и иска-
жения информации при работе за компьютером являются:
• сбои в работе программного обеспечения компьютера;
• помехи или потери на линии связи;
• нарушения энергоснабжения компьютера;
• физическая порча носителей внешней памяти;
• ошибочные действия пользователя.
Информация и информационные процессы
103
уметь
Задание 1
С помощью справочной системы текстового редактора, установ-
ленного на вашем компьютере, выясните:
• можно ли установить пароль на документы, создаваемые в
редакторе;
• можно ли изменить атрибуты файлов и сделать их доступны-
ми только для чтения.
Если эти операции допустимы, проделайте их.
Задание 2
Сравните, что общего и в чём различие следующих информаци-
онных процессов:
а) кодирование и декодирование;
б) шифрование и «взлом» шифра.
Объясните, насколько возможна автоматизация этих процессов
и чем обуславливается эта возможность.
Задание 3
Подумайте и предположите, какие операции над файлами дол-
жны сопровождаться автоматическим появлением запроса на
подтверждение выполнения операции. Запустите на выполнение
программу работы с файлами и какой-нибудь редактор (тексто-
вый, графический, музыкальный) и проверьте, совпадает ли
ваше предположение с реальным положением дел.
расширь свой кругозор
Антивирусные программы можно разделить на несколь-
ко видов: детекторы, докторы (фаги), ревизоры, фильтры и
вакцины (иммунизаторы).
Программы-детекторы проверяют, имеются ли в прове-
ряемых файлах специфические для известных вирусов ком-
бинации байтов. Большинство детекторов могут обнаружи-
вать только те вирусы, которые им известны. При
обнаружении вируса на экран выводится специальное сооб-
щение. Многие детекторы имеют режимы лечения или
уничтожения заражённых файлов.
Программы-ревизоры работают в два этапа. Вначале они
запоминают сведения о состоянии программ и системных
104
Глава 1
областей диска. После этого в любой момент с помощью про-
граммы-ревизора можно сравнить текущее состояние про-
грамм и системных областей с исходным (незаражённым).
О выявленных несоответствиях сообщается пользователю.
Программы-докторы (фаги) не только обнаруживают
характерные для вирусов комбинации байтов или измене-
ния в файлах, но и могут автоматически вернуть файлы в
исходное состояние.
Программы-филыпры располагаются резидентно (посто-
янно во время работы компьютера) в оперативной памяти и
перехватывают те обращения к операционной системе, кото-
рые могут быть использованы вирусами для размножения и
нанесения вреда, и сообщают о них пользователю. Пользова-
тель может разрешить или запретить выполнение соответст-
вующей операции.
Программы-вакцины, или иммунизаторы, модифициру-
ют программы и диски таким образом, чтобы это не отража-
лось на работе программ, но тот вирус, от которого произво-
дится вакцинация, считал бы эти программы или диски уже
заражёнными и не копировался на них.
Некоторые симптомы заражения вирусом:
• некоторые программы перестают работать или начинают
работать неправильно;
• на экран выводятся посторонние сообщения, символы;
• работа на компьютере существенно замедляется;
• некоторые файлы оказываются испорченными;
• производится операция сохранения файлов без команды
пользователя.
Действия при заражении вирусом:
1. Не торопитесь и не принимайте опрометчивых решений.
Непродуманные действия могут привести не только к по-
тере части файлов, но и к повторному заражению компь-
ютера.
2. Выключите компьютер, чтобы вирус не продолжал своих
разрушительных действий.
3. Лечение компьютера с помощью антивирусных программ
следует выполнять только при загрузке компьютера с за-
щищенной от записи системной дискеты (её надо подгото-
вить заблаговременно: отформатировать дискету как сис-
темную, записать на неё антивирусную программу,
защитить дискету от записи).
4. Если вы не обладаете достаточными знаниями или опытом
для лечения компьютера, попросите помочь вам более
опытных коллег.
Глава 2
Моделирование
и формализация
§2.1. Определение понятия «модель»
ПОНЯТЬ
Пример. Что больше всего любят делать дети? Конечно же, иг-
рать. В машинки, куклы, самолётики, кораблики, плю-
шевых мишек и так далее. Общим свойством всех этих
игрушек является то, что они похожи на людей, автомо-
били, животных, они как бы представляют их в дет-
ских играх.
Всевозможные конструкторы позволяют построить маке-
ты зданий, космических станций, интерьера комнат,
причём часто «выдуманных», не существующих в реаль-
ной действительности.
А ещё дети любят «сюжетные» игры: в строителей, в
дочки-матери, в школу. В этом случае они в игре воспро-
изводят (моделируют) отношения, которые складыва-
ются в процессе совместной жизни или деятельности лю-
дей.
Пример. Для нас привычно, что ночь сменяется утром, а зима вес-
ной. А почему это происходит? Почему для европейцев
январь — зимний месяц, а для австралийцев — летний?
Надеемся, вы знаете ответы на подобные вопросы, но по-
пробуйте объяснить вашему младшему брату, что это
связано с тем, как, каким образом планета Земля враща-
ется вокруг своей оси и вокруг Солнца. Думаем, что без
рисунков или показа на двух шариках вам не обойтись.
Пример. Вспомните, какие опыты вы проводили, когда изучали
силу трения на уроках физики. Вы прикрепляли дина-
мометр к бруску и заставляли брусок двигаться равно-
мерно — сначала по горизонтальной, потом по наклон-
ной поверхности стола. Далее вы брали брусок с большей
площадью опоры, но той же массы, и брусок большей
106
Глава 2
массы, но с такой же площадью опоры и так далее. Пока-
зания динамометра позволяли вам сделать выводы о ве-
личине силы трения.
Результаты опытов и их теоретический анализ помогли
вывести формулу, описывающую закон трения:
FTp = kN,
где k — коэффициент трения, N — сила реакции опоры.
Что может дать вам знание этого закона? Например, вы
сможете спрогнозировать, хватит ли силы тяги тепло-
воза, чтобы сдвинуть гружёный вагон с места, или каким
может быть максимальный угол наклона транспортёра,
чтобы лежащие на нем ящики не скатывались с него, а
затем и рассчитать это.
Пример. Конструкторы разрабатывают новый самолётный двига-
тель. Как он поведёт себя в сложных полётных условиях,
будет ли достаточно надёжным в разреженных слоях воз-
духа, при грозе? Осуществлять проверку в реальных
условиях - значит подвергать опасности жизнь лётчи-
ка-испытателя, да и ждать, например, сильной грозы с
градом можно очень долго. Но ведь можно смоделиро-
вать всевозможные полётные условия на специальных
испытательных стендах. Это безопасней, да и диапазон
условий можно выбрать достаточно широким. А если ис-
пользовать компьютерное моделирование, основанное на
знаниях физических законов и математических законо-
мерностей работы двигателя, то можно значительно со-
кратить программу стендовых испытаний и получить ре-
альную экономию времени, средств, материалов.
Пример. В 1228 году итальянский математик Леонардо Пизан-
ский (Фибоначчи) сформулировал интересную задачу:
некто поместил пару новорождённых кроликов в некоем
месте, огороженном со всех сторон стенами, чтобы уз-
нать, сколько пар кроликов родится при этом в течение
года, если природа кроликов такова, что через месяц
пара кроликов производит на свет другую пару, а рожа-
ют кролики, начиная с третьего месяца после своего
рождения.
Решение задачи сводится к построению последовательно-
сти чисел, где каждый последующий член равен сумме
двух предыдущих:
№ месяца 1 2 3 4 5 6 7 8 • • •
Количество пар кроликов 1 1 2 3 5 8 13 21 • • •
Последовательность можно описать не только таблицей,
но и формулами: = 1; f2 = 1; fk = fk_x + fk_2, где k = 3,
4, 5, ...
Моделирование и формализация
____ 107
Эта последовательность чисел носит название чисел Фи-
боначчи и её исследование привело к ряду естественнона-
учных открытий.
Так, например, если последовательно разделить каждое
число Фибоначчи на предыдущее, то результаты деления
будут всё ближе подходить к золотому сечению, равному
с точностью до трёх знаков после запятой 1,618. Дейст-
вительно: 1:1=1; 2:1=2; 3:2=1,5; 5:3=1,667; 8:5=1,6;
13:8=1,625; 21:13=1,615 и т.д. Древние греки считали,
что вид прямоугольников, длины сторон которых образу-
ют золотое сечение, наиболее приятен для глаз.
Многие растения (хвоинки на сосновой веточке, шишки,
шляпка подсолнуха, ананас) имеют так называемые спи-
рали роста. Как правило, часть спиралей завиваются по
часовой стрелке, часть — против. Числа спиралей того и
другого типов часто оказываются соседними числами
Фибоначчи (1 и 2 у сельдерея, 8 и 13 у ананаса
(рис. 2.1.1), 21 и 34 у подсолнуха).
Рис. 2.1.1
Спирали роста
ананаса
Пример. Любая экономическая реформа, проводимая в стране или
регионе, будь то изменение налогового законодательства
или пересмотр ценовой политики, увеличение инвести-
ций на развитие некоторой отрасли или сокращение ра-
бочих мест, затрагивает интересы очень многих людей.
Проведение реальных экспериментов с экономическими
системами по крайней мере неразумно, требует значите-
льных затрат и вряд ли осуществимо на практике. Ими-
тационное моделирование — один из способов иссле-
дования систем без осуществления реальных экспери-
ментов.
Во всех приведённых примерах речь идет о моделях. Этот
термин вам, конечно же, знаком, но попробуйте сформули-
ровать строгое определение, что же такое модель.
Примечание 1. В науке известно, что когда мы даем определение
какого-либо понятия, мы делаем это для того, чтобы от-
личить и ограничить определяемый объект от всех иных
объектов, а также раскрыть сущность этого объекта. Точ-
ное определение понятий — один из самых надёжных
способов, предохраняющих от ошибок и недоразумений в
общении, исследовании, споре. Точно определив, что та-
108
Глава 2
кое модель, мы всегда сможем отличить модель от «не мо-
дели», а понимание сущности моделирования позволит
нам строить правильные модели.
Примечание 2. Поскольку в дальнейшем мы часто будем пользо-
ваться словом «объект», договоримся подразумевать
под ним любой материальный предмет, явление, собы-
тие, процесс, который мы хотим изучить или описать.
При этом объект может быть как реальным (персональ-
ный компьютер, радуга), так и идеальным (легенда, на-
учная теория).
Попробуем сформулировать, что общего во всех при-
ведённых примерах, описывающих различные модели. Это
позволит нам лучше уяснить, что же является моделью.
Во-первых, во всех примерах есть некий объект {автомо-
биль, семейные отношения, сила трения при- механическом
взаимодействии предметов, общественно-экономические
отношения и т. д.), который мы хотим как-то описать или
представить.
Во-вторых, любая модель каким-то образом соответст-
вует объекту, подобна ему. Причём, соответствие может
быть по внешнему виду (похожесть), по структуре (выделе-
ны составляющие элементы объекта и указаны их взаимо-
связи), по поведению (модель реагирует на внешние воздей-
ствия так же, как это делает объект, либо находится в
подобных отношениях с другими объектами).
В-третьих, любая модель строится в соответствии с неко-
торой целью, которая заранее определяется тем, кто занима-
ется моделированием, то есть субъектом моделирования.
Договоримся, что моделировать (быть субъектом
моделирования) может только человек. Вопрос о
возможностях моделирования технической систе-
мой или животными остается спорным в совре-
менной науке.
В-четвертых, модель является либо представлением (ре-
альным, воображаемым или изобразительным), либо опи-
санием некоторых свойств объекта. Выбираются те или
иные свойства в зависимости от того, зачем строится мо-
дель, для чего она предназначена. Такие свойства называ-
ются существенными для данной модели с точки зрения
цели моделирования. Существенность и несущественность
свойств и признаков — понятия относительные, они зави-
сят от решаемой задачи.
Моделирование и формализация
109
Пример. Скульптор, стремясь передать внешнее сходство с чело-
веком, не будет «размещать» внутри своего произведе-
ния внутренние органы — сердце, лёгкие, мозг и пр. Л
учёный-анатом именно этим займётся прежде всего, но
вряд ли будет стараться сделать свою модель похожей на
конкретного человека.
В-пятых, модель создаётся для получения информации об
объекте, необходимой для решения поставленной задачи.
Схема моделирования изображена на рис. 2.1.2.
Рис. 2.1.2
Общая схема
моделирования
Объекты моделирования могут быть естественны-
ми (растение, гроза, солнечная система) и искус-
ственными — созданными человеком; иногда по-
следние называют конструктивными, подчёркивая,
что они были кем-то сконструированы (автомо-
биль, электрическая схема, книга, формула).
Для естественных объектов справедливо положение: ни
одна модель не представляет объект во всей его полноте. Ес-
тественные объекты очень сложны, связи между элемента-
ми этих объектов часто неизвестны. Поэтому модели естест-
венных объектов всегда проще, чем оригинал.
Для объектов, созданных человеком, особенно информа-
ционных объектов, это положение может быть как справед-
ливым, так и нет.
110
Глава 2
Пример. Моделисты-конструкторы иногда специально добива-
ются того, чтобы их модели передавали в точности (ко-
нечно, в определённом масштабе) все детали оригина-
ла.
Электрическая схема может быть точной моделью схе-
мы-чертежа.
Но чаще всего при моделировании мы всегда отбрасываем
какие-то детали, несущественные с точки зрения цели моде-
лирования.
Для чего же нужны модели?
В своей деятельности — практической, научной, художе-
ственной — человек всегда создаёт некий заменитель того
объекта (предмета, явления, процесса), с которым ему при-
ходится иметь дело. Это может быть натурная копия —
картина или скульптура, запечатлевшие тот или иной эсте-
тический образ; макет самолёта, предназначенный для ис-
следования его полётных свойств; образец какого-либо изде-
лия, по которому затем будет изготовляться партия
изделий.
Однако далеко не всегда моделирование есть создание на-
турной модели. Обычно человеку для успешной работы до-
статочно располагать необходимой информацией об изучае-
мом объекте. В этом случае говорят, что человек создаёт
информационную модель объекта.
Использование модели позволяет продемонстрировать са-
мое существенное с точки зрения решаемой практической
задачи в изучаемом объекте. В этом главное назначение мо-
делей.
Термин «модель» в реальной жизни имеет множество
значений (многозначен). Моделью мы называем и некую
уменьшенную копию какого-то предмета (модель самолёта,
макет застройки жилого района, муляж яблока), и матема-
тическую формулу (модель полёта тела, брошенного под уг-
лом к горизонту, модель расчёта заработной платы), и
схему физического явления (модель движения планет сол-
нечной системы, модель работы двигателя внутреннего
сгорания), и описание последовательности действий (модель
сборки изделия, модель разбора предложения по составу), и
образец для подражания (фотомодель), и эталон чего-ни-
будь (модель метра, модель килограмма).
В наиболее общем виде понятие «модель» чаще всего
определяют следующим образом.
Моделирование и формализация
111
Модель — это новый объект, который отражает некото-
рые стороны изучаемого объекта или явления, существен
ные с точки зрения цели моделирования.
Модель — это физический или информационный заме-
нитель объекта, функционирование которого по опре-
делённым параметрам подобно функционированию реаль-
ного объекта.
Под моделью некоторого объекта понимается другой объ-
ект (реальный, знаковый или воображаемый), отличный от
исходного, который обладает существенными для целей мо-
делирования свойствами и в рамках этих целей полностью
заменяет исходный объект.
Независимо от того, какое определение вам нравится боль-
ше, главное в моделировании — это отношение подобия меж-
ду объектом моделирования и его моделью. Это отношение
играет ключевую роль в понимании назначения моделирова-
ния как вида деятельности.
Все многообразие моделей делится на три класса:
материальные (натурные) модели (некие реальные пред-
меты — макеты, муляжи, эталоны) — уменьшенные или
увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид модели-
руемого объекта, его структуру (глобус, модель кристалли-
ческой решётки) или поведение (радиоуправляемая модель
самолёта, велотренажёр);
воображаемые модели (геометрическая точка, матема-
тический маятник, идеальный газ, бесконечность);
информационные модели — описания моделируемого
объекта на одном из языков кодирования информации (сло-
весное описание, схемы, чертежи, карты, рисунки, научные
формулы, программы и пр.).
В курсе информатики нас интересуют прежде всего ин-
формационные модели.
Информационная модель, как и любой другой
вид информации, должна иметь свой материаль-
ный носитель. Им может быть бумага, холст, сте-
на, классная доска — то есть любая поверхность,
на которой можно что-то написать, изобразить.
На этом носителе модель может быть записана
разными «физическими» способами: с помощью
чернил, мела или типографского оттиска; быть
диапроекторным световым изображением или
112
Глава 2
изображением на экране монитора (заметим, что
сама эта «запись» является моделью той инфор-
мации, которая передаётся, представляется изоб-
ражением, но все эти вопросы относятся больше к
теории знаковых систем). Мы же под информаци-
онной моделью в общем случае понимаем тот
смысл, который она передаёт. Формула квадрат-
ного уравнения остаётся формулой квадратного
уравнения, написана ли она мелом на доске, лу-
чом прожектора на облаке или вырублена на гра-
нитной глыбе.
Можно ли обойтись без моделей и моделирования?
Чтобы ответить на этот вопрос, попробуйте представить
себе, как бы вы смогли, например, учиться, если бы такого
явления как моделирование не было. Ведь по сути любой
учебный текст (текст этого параграфа в том числе) — это не-
которая модель знаний об изучаемом объекте (в нашем слу-
чае — понятии «модель»), сложившаяся в науке на настоя-
щее время. Объяснить кому-то то, что вы знаете, передать
накопленный опыт, сообщить о ваших предположениях
можно, только «построив» информационную модель.
знать___________________________
Модель (фр. modele, ит. modello, лат. modulus — мера, об-
разец) — это:
• некоторое упрощённое подобие реального объекта;
• воспроизведение предмета в уменьшенном или увеличен-
ном виде (макет);
• схема, изображение или описание какого-либо явления
или процесса в природе и обществе;
• физический или информационный аналог объекта, функ-
ционирование которого по определённым параметрам по-
добно функционированию реального объекта;
• некий объект-заместитель, который в определённых
условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя
интересующие нас его свойства и характеристики,
причём имеет существенные преимущества или удобства
(наглядность, обозримость, доступность испытаний,
лёгкость оперирования с ним и пр.);
Моделирование и формализация
113
• новый объект, который отражает некоторые стороны
изучаемого объекта или явления, существенные с точки
зрения цели моделирования;
• новый объект (реальный, информационный или вообра-
жаемый), отличный от исходного, который обладает су-
щественными для целей моделирования свойствами и в
рамках этих целей полностью заменяет исходный объ-
ект.
Модель представляет собой способ существования зна-
ний.
Информационная модель — это описание моделируемого
объекта на одном из языков кодирования информации.
Моделирование — это:
• построение моделей реально существующих объектов
(предметов, явлений, процессов);
• замена реального объекта его подходящей копией;
• исследование объектов познания на их моделях.
Моделирование является неотъемлемым элементом лю-
бой целенаправленной деятельности.
Моделирование представляет собой один из основных ме-
тодов познания.
Модели объектов реальной действительности (предметов,
процессов, явлений) используются для:
• представления (репрезентации) материальных предметов;
• объяснения известных фактов;
• построения гипотез;
• получения новых знаний об исследуемых объектах;
• прогнозирования;
• управления и пр.
уметь
Задание 1
Определите, какие из следующих моделей материальные, а ка-
кие информационные. Выпишите сначала номера материальных
моделей, а затем информационных.
Для чего может быть предназначена каждая из моделей?
1) Макет декорационного оформления театральной постановки;
2) эскизы костюмов к театральному спектаклю;
114
Глава 2
3) макет книги или журнала;
4) глобус;
5) географический атлас;
6) модель (макет) строения молекулы воды;
7) уравнение химической реакции, например, СО2 + 2NaOH =
= Na2CO3 + Н2О ;
8) генеалогическое (родословное) дерево семьи Пушкиных;
9) макет скелета человека;
10) формула определения площади квадрата со стороной h: S = h1 2;
11) расписание движения поездов;
12) игрушечная модель паровоза;
13) схема метрополитена;
14) график зависимости высоты тела, брошенного под углом к
горизонту, от времени полёта:
15) оглавление книги.
Задание 2
Выберите в примерах задания 1 или придумайте сами примеры,
когда модели объектов реальной действительности используют-
ся для:
1) представления (репрезентации) материальных предметов;
2) объяснения известных фактов;
3) построения гипотез;
4) получения новых знаний об исследуемых объектах;
5) прогнозирования;
6) управления.
Задание 3
1. Попробуйте объяснить, почему моделирование представляет
собой один из основных методов познания.
2. Приведите примеры из физики, химии, истории, когда модели-
рование явлений и событий помогало лучше понять их суть,
предсказать законы их поведения.
3. Попробуйте придумать ситуацию, когда знания, накопленные
отдельным человеком или человечеством в целом, хранятся и
передаются не в виде моделей.
вопрос-проблема
1. Можно ли построить модель понятия «модель»?
2. Можно ли построить модель модели? Одинаковы ли по смыслу
этот вопрос и предыдущий?
Моделирование и формализация 115
3. Можно ли рассматривать логическую схему понятий по данной
теме моделью такого явления, как моделирование?
расширь свой кругозор
Интересно проследить, как развивалось само понятие мо-
дели.
Первоначально моделью называли некое вспомогательное
средство, объект, который в определённой ситуации заме-
нял другой объект. При этом далеко не сразу была понята
универсальность законов природы, всеобщность моделиро-
вания, то есть не просто возможность, но и необходимость
представлять любые наши знания в виде моделей. Напри-
мер, древние философы считали невозможным моделирова-
ние естественных процессов, так как, по их представлени-
ям, природные и искусственные процессы подчинялись
различным закономерностям. Они полагали, что отобразить
природу можно только с помощью логики, методов рассуж-
дений, споров, то есть, по современной терминологии, язы-
ковых моделей. Через несколько столетий девизом англий-
ского Королевского научного общества стал лозунг «Ничего
словами!», который явился кратчайшим изложением прин-
ципов естествознания: признавались только выводы, под-
креплённые экспериментально или математическими вы-
кладками. В английском языке до сих пор в понятие
«наука» не входят области знания, которым в русском язы-
ке соответствует термин «гуманитарные науки», — они от-
несены к категории «искусств». В результате очень долго
понятие «модель» относилось только к материальным объ-
ектам специального типа, каковыми были, например, мане-
кен (модель человеческой фигуры), гидродинамическая уме-
ньшенная модель плотины, модели судов и самолётов,
чучела (модели животных) и т. п.
Затем были осознаны модельные свойства чертежей, ри-
сунков, карт — реальных объектов искусственного проис-
хождения, воплощающих абстракцию довольно высокого
уровня. Следующий шаг заключался в признании того, что
моделями могут служить не только реальные объекты, но и
абстрактные, идеальные построения. Типичный пример это-
го — математические модели. В результате деятельности ма-
116
Глава 2
тематиков, логиков и философов, занимавшихся исследова-
нием основ математики, была создана теория моделей. В ней
модель определяется как результат отображения одной абст-
рактной математической структуры на другую, также абст-
рактную, либо как результат интерпретации первой модели
в терминах и образах второй.
В XX веке понятие модели становится всё более общим,
охватывающим и реальные, и идеальные модели. При этом
понятие абстрактной модели вышло за пределы математиче-
ских моделей, стало относиться к любым знаниям и пред-
ставлениям о мире. Следует отметить, что споры вокруг та-
кого широкого толкования понятия модели продолжаются и
поныне.
Сначала в сфере научных дисциплин информационного,
кибернетического, системного направления, а затем и в дру-
гих областях науки модель стала осознаваться как нечто
универсальное, хотя и реализуемое различными способами.
По сути, модель рассматривается как способ существования
знаний.
В кибернетике часто слово «модель» употребляют для
обозначения модели теории, которая описывает класс на-
блюдаемых объектов. Например, когда демонстрируется
движущаяся модель черепахи в виде тележки на колёсах с
мотором, то это, строго говоря, не модель самой черепахи, а
модель той теории, которая описывает класс объектов, спо-
собных совершать простые движения и выполнять неслож-
ный набор команд. Точно так же, когда говорят, что так на-
зываемая нейронная сеть (то есть множество простых
электронных элементов с чётко определённой системой свя-
зей и логикой действий) есть модель мозга, то это надо пони-
мать как модель некоторого очень грубого представления
о том, как может быть устроен мозг.
Иными словами, в кибернетике модель данного реального
объекта есть модель некоторой теории этого объекта. Компь-
ютерное моделирование — это также моделирование теории
изучаемого объекта.
Моделирование и формализация
117
§2.2. Назначение моделей
ПОНЯТЬ
Пример. Книга как объект моделирования.
Возьмём с полки любую книгу. Посмотрим на неё как на
объект моделирования. Что нас может в ней интересо-
вать?
Во-первых, внешний вид, а именно, оформление облож-
ки, формат, качество бумаги, красочность иллюстраций
и т. п. Внешний вид книги интересует в первую очередь
её издателей, а также некоторых читателей («Ну что это
за книжка без картинок и разговоров?» — говорила
Алиса из сказки Л. Кэрролла). Но, если читателей кни-
га вряд ли интересует как объект моделирования, то
для полиграфиста моделирование внешнего вида книги
является одним из видов профессиональной деятельно-
сти.
Во-вторых, ещё не читая эту книгу, мы хотим понять,
как она «устроена». Для этого достаточно, например, по-
смотреть оглавление, которое можно рассматривать как
модель содержания книги. Для той же цели в некоторые
книги включают схемы зависимости глав. Иногда книги
содержат предметные указатели со ссылками на конк-
ретные страницы книги. Статьи в большинстве энцикло-
педий и справочников расположены в алфавитном по-
рядке. Всё это различные способы моделирования
содержания книги, её структуры. Вопросы моделирова-
ния структуры могут интересовать прежде всего читате-
лей книги, а также её авторов.
В-третьих, мы хотим знать, что с этой книгой может
быть через день, год, столетие: останется ли актуальным
её содержание, не пожелтеют ли страницы, сохранится
ли в целостности её переплёт. Эти вопросы интересуют
владельцев книг, библиотечных работников, библиофи-
лов, а также распространителей книг, организующих
рекламные кампании. Примером модели «поведения»
книги может служить следующий рекламный текст:
«Интереснейшая книга, которая послужит вам и вашим
внукам, в твёрдом прошитом переплёте, которому не
страшно время...»
118
Глава 2
Пример. Книга как модель.
Что такое книга с точки зрения её содержания? Её впол-
не можно назвать моделью знаний, опыта, переживаний,
чувств, эмоций автора. При этом необходимо учитывать,
что при написании книги автор ставил перед собой впол-
не конкретные цели: передать свои знания другим, выра-
зить свои переживания, систематизировать известные
факты, спрогнозировать развитие какой-то ситуации. По
словам Б. Пастернака, содержание книги — это мысль,
доведённая до ясности слова.
Написанная книга, являясь моделью, сама становится
информационным объектом и начинает жить самостояте-
льной жизнью. Этот информационный объект может
быть хорошим или плохим «заместителем» исходного
информационного объекта — мыслей и чувств автора.
Пример. В течение столетий люди познавали нашу Землю. В част-
ности, землепроходцев, мореплавателей всегда интересо-
вало расположение материков и океанов, рек и горных
хребтов, господствующие направления ветров и течений,
колебания годовой и суточной температуры и т. п. Зна-
ния добывались трудно, а подчас и с большими жертва-
ми. Полученные знания фиксировались на географиче-
ских картах, которые со временем становились всё
точнее и точнее. Эти карты можно рассматривать как ин-
формационные модели, отражающие процесс познания
нашей планеты.
Пример. «Как сердцу выразить себя?
Другому как понять тебя?»
(Ф. Тютчев)
Действительно, что нужно сделать, какие фразы «скон-
струировать», какие жесты подобрать, чтобы быть точно
и однозначно понятым и при ответе домашнего задания у
доски, и выступая на научном симпозиуме, и рассказы-
вая об интересном случае в компании друзей?
Любое общение — это прежде всего обмен информацией.
Чтобы этот обмен совершился, информация должна быть
как-то «оформлена». При этом оформление зависит от тех
целей, которые вы перед собой ставите, и средств, которые
вы имеете.
Например, сообщить о дате своего приезда друзьям вы мо-
жете очень кратко в телеграмме. Договориться о месте и вре-
мени встречи вы можете по телефону. Написать о том, что вас
волнует, можно в обычном или электронном письме. Но есть
вопросы, которые стоит обсуждать только при личной встрече.
В каждом из этих случаев вы построите ту или иную ин-
формационную модель.
Моделирование и формализация
119
Пример. Предположим, вам надо расставить мебель в комнате.
Первый способ состоит в том, чтобы засучить рукава и
начать её двигать. При этом могут возникнуть ситуации,
когда диван, например, не устанавливается на задуман-
ном месте рядом со шкафом, только что с трудом уста-
новленным, и этот самый шкаф придётся передвигать
опять. Более изящным решением проблемы может быть
информационное моделирование этого процесса. Напри-
мер, зная размеры комнаты и предметов мебели, можно
начертить в масштабе план комнаты и различные спосо-
бы расположения ваших диванов и шкафов и из множе-
ства эскизов выбрать наиболее приемлемый. А если у вас
есть соответствующая компьютерная программа разра-
ботки интерьера, вы легко сможете смоделировать распо-
ложение мебели, увидеть комнату в объёмном виде, по-
добрать освещение, цвет стен и т. д.
Уже из этого примера видно, что эффективно организо-
вать сколько-нибудь сложную практическую деятельность
без планирования практически невозможно.
План работы — это информационная модель деятельно-
сти. Его можно зафиксировать в виде перечисления последо-
вательности действий, сетевого производственного графика,
технологической карты. Всё это — некоторые информацион-
ные модели. Вообще любая производственная деятельность,
управление производством, прогнозирование невозможны
без построения и использования информационных моделей.
Из приведённых примеров видно, что моделирование воз-
никает в таких сферах человеческой деятельности, как:
• познание;
• общение;
• практическая деятельность.
Человека (субъекта моделирования) могут интересовать:
• внешний вид объекта моделирования;
• структура объекта моделирования;
• поведение объекта моделирования.
Цели и задачи моделирования влияют на выбор одного из
этих трёх аспектов.
Каждый аспект моделирования раскрывается через сово-
купность свойств.
Пример. Карандаш может быть зелёным или красным, мягким и
твёрдым, целым или сломанным, закруглённым или
шестигранным. Но существенным признаком каранда-
ша с точки зрения его структуры является то, что он со-
держит графитовый стержень, заключённый в некото-
120
Глава 2
рую оболочку. С точки зрения его «поведения»
существенным признаком будет то, что он является пи-
сьменной принадлежностью.
В моделях отражаются не все свойства объекта, а только
существенные с точки зрения цели моделирования.
Каждый аспект моделирования (вид, структура, поведе-
ние) характеризуется своим набором свойств.
Так, описание внешнего вида объекта сводится к пере-
числению его признаков. В языке эти признаки часто выра-
жаются прилагательными: красивый, жёлтый, круглый,
длинный ит. п.
Моделирование внешнего вида объекта необходимо для:
• идентификации (узнавания) объекта (создание фоторобо-
та преступника);
• долговременного хранения (фотография, портрет).
Структурой объекта называют совокупность его элемен-
тов и существующих между ними связей.
Описание структуры обычно сводится к перечислению со-
ставных элементов объекта и указанию связи между ними.
В языке эти элементы и связи часто выражаются именами
существительными: электрон, протон, нейтрон, сила притя-
жения, энергетический уровень (при описании атома).
Моделирование структуры объекта необходимо для:
• её наглядного представления,
• изучения свойств объекта,
• выявления значимых связей,
• изучения стабильности объекта и прочее.
Далеко не всегда набор элементов и отношений
-.£7^ между ними можно рассматривать как единый объ-
ект. Но если такое рассмотрение возможно, то обя-
зательно найдется термин, который будет «назы-
вать» именно этот сложный объект. Это одно из
проявлений известного в лингвистике закона Сипи-
ра-Уорфа. В частности, совокупность элементов
становится множеством, когда существует некото-
рое свойство, их объединяющее. Создатель теории
множеств Г. Кантор выразил эту мысль так: «Мно-
жество — есть многое, мыслимое нами как единое».
Поведением объекта назовем изменения, происходящие с
ним с течением времени.
Моделирование и формализация
121
Описание поведения объекта сводится к описанию его
внешнего вида и структуры с течением времени в результате
взаимодействия с другими объектами. В языке, как прави-
ло, оно выражается глаголами: сохраняется, развивается,
укрупняется, перестраивается, преломляется, превращается
и так далее.
Моделирование поведения объекта необходимо для:
• прогнозирования,
• установления связей с другими объектами,
• управления,
• конструирования технических устройств и прочего.
Некоторые свойства объекта можно охарактеризовать ве-
личинами, принимающими числовые значения, например,
единицами массы, длины, мощности и пр. В этом случае
свойства называются параметрами.
ЯП
W знать
—-»...........
Потребность в моделировании возникает в таких сферах
человеческой деятельности, как:
• познание;
• общение (в широком смысле слова);
• практическая деятельность.
Аспектами моделирования могут быть внешний вид,
структура, поведение объекта моделирования, а также их
всевозможные комбинации.
Структурой объекта называют совокупность его элемен-
тов и существующих между ними связей.
Поведением объекта назовём изменения его внешнего
вида и структуры с течением времени в результате взаимо-
действия с другими объектами.
Моделирование внешнего вида объекта используется для:
• идентификации (узнавания) объекта;
• долговременного хранения образа.
Моделирование структуры объекта используется для:
• её наглядного представления;
• изучения свойств объекта;
• выявления значимых связей;
• изучения стабильности объекта.
122
Глава 2
Моделирование поведения применяется при:
• планировании, прогнозировании;
• установлении связей с другими объектами;
• выявлении причинно-следственных связей;
• управлении;
• конструировании технических устройств и т. п.
В процессе моделирования каждый аспект моделирова-
ния раскрывается через совокупность свойств.
В моделях отражаются не все свойства объекта, а только
существенные с точки зрения цели моделирования.
Каждый аспект моделирования характеризуется своим
набором свойств:
внешний вид — набором признаков;
структура — перечнем элементов и указанием отношений
между ними;
поведение — изменением внешнего вида и структуры с
течением времени.
Некоторые свойства объекта моделирования могут быть
выражены величинами, принимающими числовые значе-
ния. Такие величины носят название параметров модели.
Информационную модель можно рассматривать как неко-
торый новый информационный объект, который тоже, в
свою очередь, может быть объектом моделирования.
уметь
w — — — — “пммчм — .—imiininra».nri‘-4iinnr-T ——Чиним .iiiiiimih.i it ri_
Задание 1
Определите, какой аспект объекта моделируется в следующих
примерах. Перенесите таблицу в рабочую тетрадь и заполните её:
Деятельность Внешний вид Структура Поведе- ние
Разработка этикетки (фантика) ново- го сорта конфет
Расчет потребительской корзины
Составление плана сочинения
Изучение рынка сбыта продукции
Разработка структуры управления вновь созданной фирмы
Систематизация известных фактов
Ксерокопирование документа
Моделирование и формализация
123
Конструирование кресла водителя в автомобиле
Составление метеорологического про- гноза
Объяснение маршрута движения
Написание сценария кинофильма
Набросок эскиза картины
Задание 2
Приведите примеры информационного моделирования при по-
знании, общении, практической деятельности.
Задание 3
В следующих примерах выделите как можно больше различных
свойств (признаков) объекта моделирования и отметьте, какие
из них являются существенными с точки зрения указанной цели
моделирования (перенесите таблицу в рабочую тетрадь и запол-
ните её):
Объект моделирования Цель моделирования Свойства объекта Существен- ные свойства
Компьютер Объяснить, как различные устройства компьютера взаимо- действуют между собой
Плодовый сад Спрогнозировать урожай
Скворечник Разработать чертежи для изготов- ления скворечника
Текстовый редактор Организовать рекламную кампа- нию по продвижению его на ры- нок
Коллектив класса Выявить, какие педагогические воздействия будут способствовать повышению успеваемости класса
Городской транспорт Определить оптимальные марш- руты движения и необходимое ко- личество транспортных единиц для каждого маршрута
Туристический поход Рассчитать перечень и количество необходимых продуктов питания
вопрос- проблема
1. Можно ли построить информационную модель, передающую та-
кие признаки объекта, как «кислый», «твёрдый», «ароматный»?
124
Глава 2
2. В одном из примеров речь шла о размещении мебели в комнате
с помощью рисования эскизов. Но есть ещё такой способ: выре-
зать из бумаги «масштабные» прямоугольники, каждый из ко-
торых обозначает тот или иной предмет мебели, и размещать их
на плане комнаты. Можно ли такое моделирование назвать ин-
формационным?
w z-u
интересный факт
Цель науки — объяснять явления внешнего мира. Пока-
жем на известных примерах, как это происходит.
Людей с давних пор интересует, по каким законам дви-
жутся планеты Солнечной системы.
Веками накапливались астрономические данные. Нужды
медицины и мореплавания дали толчок развитию науки в
эпоху Возрождения. В XIII веке в школе навигаторов Аль-
фонсо X. Кастильского были составлены таблицы для пред-
сказания движения небесных тел. Эти таблицы были состав-
лены исходя из предположения, что движение Солнца и
планет происходит вокруг Земли. Отпечатаны таблицы
были только через 200 лет. Пользовались ими ещё сотню
лет — до тех пор, пока Николай Коперник не «остановил»
Солнце.
«Поместив» Солнце в центре планетарной системы, Ко-
перник вычислил относительные радиусы орбит всех извест-
ных тогда планет Солнечной системы и определил, сколько
времени требуется каждой планете, чтобы совершить один
оборот вокруг Солнца. Он также составил карту движения
планет и определил их положение в прошлом, настоящем и
будущем. Коперник предполагал, что орбиты не являются
окружностями, и не спешил придать своим открытиям и на-
блюдениям широкую огласку — хотел добиться совпадения
своих расчётов с наблюдениями. Николай Коперник напи-
сал поистине великую книгу. Долго ожидая её выхода в
свет, он (будучи семидесятилетним стариком) тяжело забо-
лел и был частично парализован. Первая отпечатанная кни-
га была прислана ему в мае 1543 года. Он увидел её, прикос-
нулся к ней и в ту же ночь тихо скончался. Более двухсот
лет книга Николая Коперника «Об обращении небесных
сфер» состояла в списках книг, запрещённых церковью (она
была вычеркнута из этих списков лишь в 1830 году).
Моделирование и формализация
125
В то бурное для астрономии время появился Тихо Браге
(1546-1601) — датский астроном, великий наблюдатель
звёздного неба, чьи поразительно точные наблюдения и изме-
рения послужили основой для открытий Кеплера и Ньютона.
Тихо Браге после 40 лет наблюдений создал таблицы дви-
жения всех известных в то время планет. Этими таблицами
пользовались в течение долгого времени, однако и они дава-
ли только приближённое описание, поскольку указывали
положение планеты только в фиксированные моменты вре-
мени. Необходимо было найти более простые и, вместе с
тем, более общие формы закона движения планет. Перед
своей смертью, находясь ещё в сознании, Тихо Браге собрал
вокруг себя близких, просил сохранить его труды и доверил
одному из своих учеников, Иоганну Кеплеру, исправление и
опубликование своих таблиц.
Немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер, анали-
зируя таблицы, составленные Тихо Браге, попытался «свер-
нуть» их в формулы, то есть найти такие математические
выражения, из которых можно было бы подстановкой конк-
ретных значений времени получить координаты планет,
приведённые в таблицах.
Для этого необходимо было прежде всего понять, по ка-
кой траектории движутся планеты. Первоначальные гипо-
тезы Николая Коперника, Тихо Браге и Иоганна Кеплера о
том, что этими траекториями являются окружности, себя
не оправдали. Поэтому Кеплер предположил, что траекто-
риями движения являются эллипсы — фигуры, которые
можно начертить, используя прием, показанный на
рис. 2.2.1.
Рис. 2.2.1
Рисование эллипса с помощью
карандаша, веревки
и двух колышков
Точки А и В называются фокусами эллипса, расстояние
АВ — эксцентриситетом. Понятно, что если точки А и В сов-
падают, эллипс превращается в окружность.
126
Глава 2
Эта гипотеза позволила сформулировать следующие зако-
ны движения:
1. Первый закон Кеплера определяет истинную форму ор-
бит планет: каждая планета движется по эллипсу, в од-
ном из фокусов которого находится Солнце.
2. Второй закон Кеплера устанавливает неравномерность
движения планет по орбите: радиус-вектор, проведённый
от Солнца к планете, описывает одну и ту же площадь за
равные промежутки времени.
3. Третий закон Кеплера устанавливает зависимость между
периодом обращения планеты вокруг Солнца и расстоя-
нием планеты от Солнца: квадрат периода обращения
планеты пропорционален кубу её среднего расстояния от
Солнца, то есть отношение куба радиуса орбиты к квад-
рату периода одинаково для всех планет.
Строго говоря, основное открытие Кеплера и состояло в
том, что он сумел найти такой математический объект (эл-
липс), который определяет все существенные моменты
движения планет. Сам же этот математический объект —
эллипс — раскрывается через понятия: «фокус», «эксцен-
триситет», «полуоси» и др.
Хотя законы Кеплера позволили более точно описывать
движение планет, но всё-таки они не были всеобщими. Это не
было всеобщим законом движения небесных тел, который
как бы «сворачивал» в более простую формулу все законы
Кеплера. Для получения такого закона, очевидно, надо было
ввести какое-то новое понятие или несколько понятий, на
основании которых его можно было бы сформулировать.
Данный материал посвящён не астрономии, поэтому
главный вывод, который нужно сделать, таков: для того,
чтобы более точно описать движение планет, потребова-
лось привлечение новых понятий (в формулировках законов
они выделены), которые в наблюдениях за движением пла-
нет никак не присутствовали.
Приблизительно в то же время великий математик и фи-
зик Галилео Галилей (1564-1642) совершает ряд открытий,
величайшее из которых — введение в качестве основы науч-
ного познания описания наблюдений за различными природ-
ными явлениями на языке математики. Именно Галилей
собрал и систематизировал те факты и идеи, из которых
много лет спустя Исаак Ньютон вывел законы движения.
Галилей разработал новые методы обработки эксперимен-
тов, обратившись к методам Пифагора и Архимеда. Соглас-
Моделирование и формализация
127
но методам Галилея, знания, полученные эксперименталь-
но, должны приводиться в систему с помощью абстрактных
математических выражений, математических моделей, как
сказали бы современные учёные. Галилей четко определил
такие понятия, как длина, объём, скорость, сила, называя
их «первичными» качествами материи, ввёл чёткое разгра-
ничение материи и сознания, а такие понятия, как цвет,
вкус, запах, музыкальный слух, считал ненаучными поня-
тиями, которые как бы исчезают, когда отсутствует наблю-
датель. Но и ему не удалось найти понятия и формулы,
адекватно описывающие траектории движения планет (воз-
можно потому, что он не ставил перед собой такой цели).
В тот год, когда умер Галилей, родился Исаак Ньютон
(1642-1727), который, как известно, решил эту непростую
задачу. Ньютон нашел нужное понятие — «тяготение». Он,
как и Кеплер, выдвинул гипотезу о том, что все небесные
тела притягиваются друг к другу. Используя новые понятия
«сила» и «масса», Ньютон сформулировал свой закон тяго-
тения так: «Все тела притягиваются друг к другу с силой,
прямо пропорциональной их массам и обратно пропорцио-
нальной квадрату расстояния между ними».
Как показывают математические расчёты, законы Кеплера
оказываются простым следствием закона тяготения Ньютона.
Физическая сторона этого закона в данном случае нас ин-
тересует меньше, нам важно обратить внимание на его фор-
мулировку, Как таблицы Тихо Браге, так и законы Кепле-
ра, закон Ньютона описывают движение планет. Но в
законы Кеплера и Ньютона входят различные понятия.
Это необходимо для того, чтобы придать описанию большую
точность и всеобщность.
По сути, Кеплер и Ньютон сделали одно и то же — пред-
ложили более полное и точное, по сравнению с известным до
них, описание движения планет. Однако Кеплер использо-
вал для этого уже известные понятия (эллипса, его фоку-
сов, полуосей), Ньютон же сам ввёл новое понятие тяготе-
ния. Понятия силы и массы были известны до Ньютона, но
он придал им более строгий смысл.
Говоря современным языком, и Кеплер и Ньютон постро-
или модели движения планет Солнечной системы. Но в
силу различных опыта, знаний, интересов они смотрели на
одно и то же явление с разных точек зрения. Исходя из
своего взгляда, каждый из них выделял свои существенные
признаки в движении планет, которые и составили основу
построенных моделей.
128
Глава 2
расширь свой кругозор
#^^ЯНИИЙАЖЛ1йЯЙ^'ЙЖ^^ЙИМ1Мйй,5вАЛЯМЙ®ЯЙАМЙЛвов|5ЯИЙвЙЙЙИЖ11ЙЙ1ЙйЖЧ®№М^^
Изучение объекта моделирования по трём составляющим
(внешнему виду, структуре и поведению) имеет старую фи-
лософскую традицию, восходящую еще к И. Канту. Соглас-
но его учению, наиболее полно изложенному в знаменитом
труде «Kritik der reinen Vernunft» («Критика чистого разу-
ма»), Кант утверждал, что необходимым условием всякого
познания является наличие заранее заданных (априорных)
форм мышления: пространства и времени. Именно благода-
ря им «вещь в себе» (Ding an Sich) может стать объектом по-
знания. Действительно, мы не можем мыслить ни один из
объектов внешнего мира находящимся вне пространства или
времени. Но пространство и время — разные априорные
формы и характеризуются они по-разному.
Для характеристики пространства существенно, что объ-
ект изучения можно представить в нём состоящим из отдель-
ных, связанных между собой частей. Это значит, что про-
странственной характеристикой изучаемого объекта является
прежде всего его структура. Аналогично, временной характе-
ристикой объекта может служить его изменение с течением
времени, то есть поведение.
Очевидно, что изучаемый объект не может находиться то-
лько в пространстве или только во времени. Необходима
еще одна, синтезирующая характеристика объекта и как
пространственного, и как временного, которая позволяла бы
отличить данный объект от других объектов. Такой характе-
ристикой и является его внешний вид.
«Вещь в себе», «пропущенную» через априорные формы
пространства и времени, можно рассматривать как модель,
поскольку вполне определена цель такого представления —
познание вообще.
Если же будем смотреть на объект с информационной
точки зрения (то есть изначально полагать информацию как
«вещь в себе»), то структуру, поведение и внешний вид объ-
екта можно назвать соответственно информационной систе-
мой, информационным процессом и записью. Получившую-
ся при этом модель естественно назвать информационной
моделью.
Моделирование и формализация
129
На информационную модель можно смотреть как на неко-
торый новый объект, который естественно считать информа-
ционным объектом. Чтобы различать эти понятия, будем
считать, что информационный объект получается из инфор-
мационной модели с помощью «отчуждения» от моделируе-
мого объекта. Информационный объект мыслится как само-
стоятельный объект, в то время как информационная модель
подразумевает явное наличие моделируемого объекта.
Насколько широким является множество информацион-
ных объектов? Это зависит от взгляда на само понятие ин-
формации. Поскольку здесь нет твердо сложившихся пред-
ставлений, понятие информационного объекта также может
быть весьма подвижным.
§2.3. Цели моделирования
ПОНЯТЬ
Пример. Проектирование жилых зданий — достаточно распро-
страненный вид информационного моделирования.
Определим, кто в этом случае является субъектом моде-
лирования, какая задача перед ним стоит, что может
быть объектом и целью моделирования.
Субъект моделирования — архитектор.
Задача моделирования — спроектировать комфортабель-
ный дом для семьи заказчика, расходы на проектирование
и строительство которого не превысят заданной суммы.
Объект моделирования — те дома, которые архитектор
видел воочию или представлял в своем воображении.
Задача, стоящая перед архитектором как субъектом мо-
делирования, конкретизируется в цели моделирования:
разработать проект дома, который бы понравился заказ-
чику, отражал бы профессиональные предпочтения само-
го архитектора и смета расходов на реализацию которого
удовлетворяла бы определенным ограничениям.
Примеры целей информационного моделирования:
• описать внешний вид объекта для...;
• разработать техническое задание на ...;
• разработать договор о совместной деятельности по ...;
• нарисовать эскиз ...;
• разработать технические чертежи ...;
5 2793
130
Глава 2
• представить графически структуру ...;
• составить таблицу расписания
• вывести расчетную формулу
• определить план действий
• разработать алгоритм решения задачи ... .
Заметим, что в приведённом примере цель моделирова-
ния сформулирована в самом общем виде, где каждая фраза
требует расшифровки.
Так, необходимо уточнить, что такое «понравиться заказ-
чику». Кому-то нравятся одноэтажные дома, кому-то —
трёхэтажные. Кто-то предпочтёт дом с большими полукруг-
лыми окнами, а для кого-то важно, чтобы была веранда. Что
касается предпочтений архитектора, то для успешной рабо-
ты немаловажно, чтобы его профессиональные знания были
востребованы, чтобы не было препятствий для его самореа-
лизации. Смета расходов на проектирование и строительст-
во должна быть рассчитана и согласована ещё до начала ра-
боты.
Таким образом, реализация цели моделирования (разра-
ботка проекта дома) требует решения ряда подзадач:
• выявить, что является критериями комфортабельности
для заказчика. То есть, необходимо построить модель
«Комфортабельное жилище для конкретной семьи». Это
может быть словесное описание или чётко определённые
и закреплённые в договоре требования;
• наиболее оптимально использовать знания и опыт разра-
ботчика проекта. Для этого необходимо, например, опре-
делить модель взаимоотношений заказчика и исполните-
ля заказа и также отразить её в статьях договора;
• учесть при проектировании все возможные затраты на
проведение проектных работ, строительные материалы,
оплату труда рабочих, привязку к местности и прочее.
Следовательно, надо выбрать метод расчета таких затрат,
обосновать его и так далее.
Решение каждой подзадачи приводит к построению неко-
торой новой модели: текста договора, технического задания,
эскизов, расчётных формул. Часто реализация этих моделей
вновь приводит к необходимости решения задач следующего
уровня. Графически этот процесс можно проиллюстрировать
схемой, представленной на рис. 2.3.1.
Окончательным результатом этого многоступенчатого
процесса моделирования будут разработанные чертежи и
техническое описание проекта, включающее и смету расхо-
дов на его строительство, то есть модель дома. Результатом
Моделирование и формализация
131
реализации полученной модели может быть новый дом, если
его построить.
ЦЕЛЬ 1.1
Определить критерии
комфортабельности,
особые пожелания
заказчика
ЦЕЛЬ 1.2
Отразить новейшие
достижения в архи-
тектуре, воплотить
свои замыслы
ЦЕЛЬ 1.3
Выбрать
оптимальный метод
учета затрат
МОДЕЛЬ 1.1
Описание наличия и
расположения комнат,
вспомога тельных
помещений и других
пожеланий заказчика
МОДЕЛЬ 1.2
Эскизы проекта,
предложения
по материалам
МОДЕЛЬ 1.3 >
Перечень
исходных данных
и расчетные формулы
ПОДЗАДАЧА 2.1
Разработать...
ПОДЗАДАЧА 2.2
Определить ...
Рис. 2.3.1. Схема моделирования при проектировании жилого дома
132
Глава 2
Решение любой сложной задачи, стоящей перед человеком,
а также сложность объекта исследования приводят к тому, что
моделирование этого объекта проходит ряд этапов, на каждом
из которых определяется цель или даже несколько целей мо-
делирования, строится одна или несколько моделей.
В своей учебной деятельности вы, вероятно, не раз стал-
кивались с тем, что практически всегда исходная задача
разбивается на ряд подзадач. Цель моделирования уточняет-
ся, конкретизируется, детализируется при решении каждой
из подзадач. Анализ построенной на каком-либо этапе моде-
ли иногда приводит к уточнению и изменению задач преды-
дущих этапов. Изменение цели моделирования требует из-
менения построенной модели или разработки новой и так
далее. В этом случае говорят о том, что решение задачи и по-
строение модели является итерационным процессом.
Можно ли облегчить и ускорить этот процесс? Что каса-
ется разработки проекта дома, то существуют специальные
программные средства — системы автоматизированного
проектирования, которые позволяют:
• существенно облегчить работу проектировщика, позволяя
конструировать дом из имеющихся «заготовок», собирая
его из отдельных блоков как в детском конструкторе;
• воплотить в проекте самые смелые задумки архитектора;
• повысить точность расчётов по расходам на строительство;
• «привязать» проект к местности и отразить это в
трёхмерном изображении на экране дисплея;
• предложить заказчику не один, а несколько проектов на
выбор.
И если ещё несколько лет назад чертёжные доски были
непременным атрибутом архитектурно-проектной мастер-
ской, то сейчас их место всё чаще и чаще занимают компью-
теры с подключёнными к ним графопостроителями (плотте-
рами). Качество и скорость проектирования значительно
повышаются, а его стоимость снижается. На рис. 2.3.2 пока-
зан проект здания, разработанный с помощью современных
средств проектирования.
В разобранном примере рассмотрен случай, когда есть
только один субъект моделирования и перед ним стоит
одна задача. В этом случае будет построена только одна мо-
дель. А что будет, если к архитектору (один субъект) при-
дут несколько заказчиков, каждый со своими пожелания-
ми (несколько задач)? Вероятно, им будут предложены
разные проекты, то есть будут построены разные модели. А
если один заказчик обратится сразу к нескольким архитек-
Моделирование и формализация
133
Рис. 2.3.2. Проект здания, разработанный с использованием
средств автоматизированного проектирования
торам (несколько субъектов) и его пожелания будут абсо-
лютно одинаковыми для каждого из них (одна задача)? Бу-
дут ли разработанные ими проекты различными или они
тоже будут абсолютно одинаковыми? Поскольку цель моде-
лирования не просто вытекает из задачи, но в значитель-
ной степени определяется субъектом моделирования и за-
висит от его опыта, пристрастий, интересов, то, скорее
всего, заказчик получит разные проекты.
А может ли решение разных задач разными людьми при-
вести к построению одинаковых моделей? Да, конечно. Та-
кое бывает довольно часто, если, например, строится мате-
матическая модель.
Пример. Математические модели следующих двух задач будут
одинаковыми, если ввести соответствующие обозначения
переменных.
1. «Вы положили некоторую сумму (S рублей) в Сбер-
банк. Годовая ставка р%. Какая сумма будет на вашем
счету через п лет?»
(Цель моделирования — расчитать будущую величину
вклада.)
2. «Фирма для закупки оборудования взяла в фонде раз-
вития кредит в S рублей под р% годовых. Какую сумму
денег надлежит вернуть в фонд через п лет?».
(Цель моделирования — определить денежную величи-
ну, подлежащую возврату.)
Обозначив накопленную на банковском счету сумму и
возросшую величину кредита через BS, мы в обоих слу-
чаях получим одну и ту же расчетную формулу:
BS = S (1 + р / 100)".
134
Глава 2
Таким образом, модель объекта определяется самим объ-
ектом моделирования и целью моделирования. Цель моде-
лирования определяется субъектом моделирования в зави-
симости от задачи, которую ему надо решить.
знать
Решение любой практической задачи всегда связано с
исследованием, преобразованием некоторого объекта (ма-
териального или информационного) или управлением им.
Цель моделирования возникает, когда субъект моделиро-
вания решает стоящую перед ним задачу, и зависит как от
решаемой задачи, так и от субъекта моделирования. То есть
цель моделирования имеет двойственную природу: с одной
стороны, она объективна, так как вытекает из задачи иссле-
дования, с другой — субъективна, поскольку исследователь
всегда корректирует её в зависимости от опыта, интересов,
мотивов деятельности (рис. 2.3.3).
Рис. 2.3.3. Схема, демонстрирующая зависимость цели моделиро-
вания от решаемой задачи и субъекта моделирования
Для одного объекта один субъект может построить неско-
лько моделей, если он решает разные задачи, приводящие к
разным целям моделирования (рис. 2.3.4).
Для одного объекта разные субъекты могут построить
разные модели, даже если задача моделирования у них
одна. Выбор вида модели и её построение зависит от зна-
ний, опыта, предпочтений, личных интересов субъекта
(рис. 2.3.5, 2.3.6).
Моделирование и формализация
135
Рис. 2.3.4. Схема, демонстрирующая, что для одного объекта один
субъект может построить несколько моделей
Рис. 2.3.5. Схема, демонстрирующая, что для одного объекта
разные субъекты могут построить разные модели
Рис. 2.3.6. Схема, демонстрирующая, что разные субъекты строят,
как правило, разные модели одного и того же объекта
136
Глава 2
Разные объекты могут иметь одинаковые по виду модели,
даже если их строили разные субъекты исходя из разных
целей моделирования.
уметь
Задание 1
Предположим, что вы человек предусмотрительный и уже сей-
час задумываетесь о фасоне платья (костюма), в котором вы пой-
дете на школьный выпускной бал.
«Переведите» данную ситуацию на язык моделирования и сфор-
мулируйте её в следующих терминах: задача, субъект моделиро-
вания, объект моделирования, цель моделирования, модель.
Задание 2
Если вам доступна компьютерная программа, с помощью кото-
рой можно моделировать одежду и строить выкройки, сконстру-
ируйте с её помощью фасон строгого делового костюма.
Если подобной программы у вас нет, то в периодических компью-
терных изданиях найдите информацию о подобных программных
средствах (название, возможности, особенности пользовательско-
го интерфейса, стоимость и пр.)
Если у вас есть доступ в Интернет, то нужную вам информацию
можно найти и с его помощью.
Задание 3
Вы хотите скопировать файл (например, отсканированную фото-
графию) на дискету. Сначала необходимо убедиться, что свобод-
ного дискового пространства на ней достаточно.
Постройте модель решения задачи в виде описания последовате-
льности действий (алгоритма), которые необходимо выполнить,
чтобы узнать, достаточно ли места на диске для записи вашего
файла.
Определите для данного задания:
а) в чём заключается задача;
б) кто является субъектом моделирования;
в) что является объектом моделирования;
г) какова цель моделирования;
д) что будет являться моделью для данной задачи;
е) на какие подзадачи разбивается решение задачи.
Моделирование и формализация
137
вопрос- проблема
1. В примере с расчётом будущей величины вклада и размером
кредита одинаковые формулы получились потому, что нами
вводились одинаковые наборы имен переменных для обеих за-
дач. Если же обозначить все переменные в обеих задачах разны-
ми буквами, например:
а) «Вы положили S рублей в Сбербанк. Годовая ставка р%. Ка-
кая сумма будет на вашем счету через п лет?»
(Модель — BS = S ( 1+ р / 100)" );
б) «Фирма для закупки оборудования взяла кредит в К рублей
под г% годовых. Какую сумму денег вам надлежить вернуть че-
рез tлет?».
(Модель — ВК = К (1 + г / 100)‘);
Можно ли в этом случае считать модели решения задач одина-
ковыми?
2. В схемах, приведённых в разделе «знать» этого параграфа, от-
ражено, что построение модели зависит от объекта и цели моде-
лирования, а выбор цели моделирования зависит от решаемой
задачи и субъекта моделирования. Можно ли придумать при-
мер, когда выбор цели моделирования зависит и от объекта мо-
делирования тоже?
расширь свой кругозор
Моделирование — ведущий принцип современного науч-
ного познания. Человек не может видеть предмет познания
целиком, во всех его проявлениях. Поэтому он ограничивает
свои притязания и стремится познать какую-либо сторону
этого предмета, в зависимости от стоящей перед человеком
задачи.
Моделирование опирается на следующие основные прин-
ципы научного знания.
• Принцип редукционизма — возможность сведения более
сложного к более простому. Это значит, что изучение бо-
лее простого может что-то сказать и о самом объекте.
• Принцип эволюции — все высшие формы постепенно
развились из низших форм. Это значит, что, анализируя
138
Глава 2
поведение низших форм, можно прогнозировать поведе-
ние высших форм.
• Принцип рациональности, который гласит, что объекты
реального мира можно познавать с помощью логики и ма-
тематики.
Эти основные принципы европейской науки далеко не аб-
солютны. Дело в том, что сама эта наука возникла из жела-
ния не только созерцать окружающий мир, но и преобразо-
вывать его. Для этого необходимо было прежде всего
порвать связь материи и Духа, принять аксиому об автоно-
мии материи. Сделать это было непросто, поскольку мате-
рия и Дух так тесно сплелись в христианском сознании, что
стали неотделимы друг от друга. «Всё во мне и я во
всём», — сказал в прошлом веке гениальный русский поэт
Ф. И. Тютчев, творчеству которого вообще свойственно сое-
динение природных и духовных начал. Другой же великий
поэт и мыслитель — И. В. Гете — немногим раньше так оха-
рактеризовал труд европейского учёного:
«Чтоб изучить предмет, учёный душу изгоняет,
Затем предмет на части расчленяет.
И видит их. Да жаль, духовная их связь
Тем временем исчезла, унеслась.»
На идейной основе автономности материи и прошла весь
свой четырёхсотлетний путь великая европейская наука.
В длительном изучении материи наука достигла таких
рубежей, где автономия материи явно заканчивается и на-
чинает ощущаться присутствие её Творца, создавшего её для
определённых целей и имеющего какие-то планы относите-
льно её будущей судьбы.
Это означает, в частности, что методом моделирования
надо пользоваться с большой осторожностью. Любая модель
отражает только какой-то фрагмент реальности и перенос
закономерностей одной части на всё целое может иметь не-
предвиденные последствия. Например, мы не знаем, чем мо-
гут обернуться «успешные» эксперименты по заморажива-
нию людей или клонированию животных.
Возникает вопрос: является ли моделирование, то есть ме-
тод познания целого через его части, единственным путём по-
знания мира? Можем ли мы видеть вещь целиком, не разби-
вая на части? Современные исследователи часто склоняются
к мысли, что рационально, с помощью только разума и логи-
ческих рассуждений это сделать невозможно. Но целое впол-
не можно видеть духовным зрением. Человек познаёт мир с
помощью «подручных» предметов: рисунков, слов, жестов.
Моделирование и формализация
139
Мы уже привыкли смотреть на них как на модели. Как же с
их помощью познать целое? Только одним способом. И слова,
и рисунки при таком познании являются уже не моделями, а
символами, намёками на неподвластный разуму мир. На-
пример, русская икона никоим образом не является моделью,
а лишь намёком на иной, духовный мир. Отсюда неземное со-
четание красок, ощущение движения в неподвижности фигур
и прочее. «Умозрением в красках» называл икону выдаю-
щийся русский философ князь Е. Н. Трубецкой.
Окружающая нас жизнь полна символов
Например, хорошо известный литературный жанр при-
тчи является символом, в то время как, скажем, басня в бо-
льшей степени является моделью. Вся средневековая куль-
тура была построена на символах. Выдающийся историк,
исследователь средневековья Й. Хейзинга называл символ
«коротким замыканием» между реальным и потусторонним
миром.
Символическое восприятие мира характерно для всех на-
родов. Например, японский театр «Кабуки» весь построен на
символах. Известный в буддизме литературный прием «коа-
на» также служит намёком на неизречимый словами мир.
Таким образом, моделирование есть хотя и самый распро-
странённый, понятный, но далеко не единственный и, мо-
жет быть, и не самый важный метод познания мира.
§2.4. Основные этапы построения
моделей
ПОНЯТЬ
Итак, предположим, что есть объект исследования и
определена цель построения модели этого объекта. Что же
дальше? С чего начать построение модели?
Вероятно, первое, что нужно сделать, это проанализиро-
вать объект с точки зрения цели моделирования.
На этом этапе выделяются все известные субъекту моде-
лирования свойства объекта. Это нужно для того, чтобы сре-
ди многих свойств и признаков объекта выделить сущест-
Моделирование и формализация
140
венные с точки зрения целей моделирования, которые затем
должны быть отражены в модели.
Для одного и того же объекта при разных целях модели-
рования существенными будут считаться разные свойства.
Пример. Вы решили сделать бумажный самолётик, чтобы можно
было его запускать и наблюдать, как он летает.
Наиболее важным для вас в этом случае то, чтобы са-
молётик летал подобно настоящему самолёту (пусть
очень короткое время и на маленькой высоте).
Для этого в модели вы должны отразить корпус с носо-
вой и хвостовой частью и, главное, крылья. Именно эти
элементы конструкции и их взаимное расположение бу-
дут существенными признаками, по которым бумажный
самолётик подобен настоящему.
Итак, существенные признаки этой модели — крылья,
корпус, их взаимное расположение, умение летать.
Пример. Для кассира по продаже авиабилетов моделью самолёта
будет план салона, а существенными признаками — рас-
положение рядов кресел, количество кресел в ряду, стои-
мость билета для каждого места, наличие свободных мест.
Пример. Для авиадиспетчера модель самолёта — это светящаяся
точка на экране радара. Существенные признаки — ско-
рость и высота полёта, направление и вид движения
(взлёт, посадка, разворот и т. п.), взаиморасположение с
другими самолётами, находящимися в контролируемом
районе.
Пример. Для технолога цеха, где происходит сборка самолёта, мо-
делью самолёта будут конструкторские чертежи, техно-
логическая карта сборки, перечень деталей. Существен-
ные признаки — наименование и количество деталей,
порядок и способ их соединения, требования к квалифи-
кации специалистов, необходимое оборудование для
обеспечения заданной надёжности соединений и прочее.
Рис. 2.4.1
Проектирование носовой части
самолёта с помощью системы
автоматизированного
проектирования
Моделирование и формализация
141
Пример. Для конструктора самолёта, строящего компьютерную
имитационную модель для проверки надёжности конст-
рукции в разных полётных условиях (рис. 2.4.2), моде-
лью самолёта будет изменение графического изображе-
ния и расчётных параметров на экране дисплея при
изменении значения входных параметров-переменных.
Существенные признаки — закономерности и характер
зависимости поведения самолёта и его отдельных элемен-
тов от воздействующих на самолёт внешних условий, а
также формулы, позволяющие отразить эти зависимости
на экране дисплея.
Рис. 2.4.2
Компьютерная имитационная
модель самолёта
Вы можете дальше продолжить ряд примеров, если рас-
смотрите самолёт с точки зрения людей разной специально-
сти, обладающих разным опытом «общения» с ними. Но
даже из описания приведённых ситуаций ясно, что первое,
что необходимо сделать при построении модели после опре-
деления (и, желательно, чёткого формулирования) цели мо-
делирования, — это выделить существенные с точки зрения
цели моделирования признаки моделируемого объекта.
Эти признаки могут относиться:
• к внешнему виду объекта;
• к структуре объекта (составляющие объект элементы и
их взаимосвязь);
• к поведению объекта (изменение внешнего вида и струк-
туры объекта с течением времени, способы реагирования
на внешние воздействия, закономерности развития, осо-
бенности взаимоотношений с другими объектами).
Нет единого верного для всех случаев способа (правила,
алгоритма) выделения существенных признаков, свойств,
отношений. Иногда они очевидны, а иногда приходится по-
строить много разных моделей с различными наборами этих
свойств, прежде чем будет достигнута цель моделирования.
142
Глава 2
От того, насколько правильно и полно выделены сущест-
венные признаки, зависит соответствие построенной моде-
ли заданной цели, то есть её адекватность цели моделиро-
вания. А вот адекватность модели объекту моделирова-
ния будет зависеть от того, как эти выделенные существен-
ные признаки мы сможем выразить, в какой форме мы их
отобразим. Понятие адекватности — одно из ключевых по-
нятий моделирования и ему посвящен отдельный параграф
этой главы.
Выбор формы представления выделенных признаков
объекта моделирования — следующий этап процесса моде-
лирования.
Попробуйте в следующем примере определить, все ли су-
щественные (с точки зрения заданной цели) признаки выде-
лены; нет ли среди перечисленных признаков несуществен-
ных; соответствует ли форма их отражения вашим представ-
лениям.
Пример. Объект моделирования — дачный участок ваших друзей
или родственников.
Цель моделиро- вания Существенные признаки Форма представ- ления модели Модель
Определить пло- щадь участка Форма участка - пря- моугольник, размеры — длина (а) и ширина (Ъ) Формула S = ab
Спланировать посадки на сле- дующий год (с учетом требова- ний севооборота и чередования культур) Месторасположение и размеры участков, от- ведённых под каждый из видов растений в этом году; агротехнические реко- мендации по организа- ции севооборота; перечень растений, уро- жай которых хотелось бы иметь в следующем году План-чертеж посадок; таблица чередо- вания растений; список названий растений и их ко- личества ж $ 1 ° □ п
К16 . . Й8 •. •. «2? • • □
тН;:;: О
о о Е
Объяснить, как добраться до участка из бли- жайшего города Направление и рассто- яние от города; доступные виды транс- порта; время в пути; ориентиры движения; Топографическая карта; расписание дви- жения транспор- та; словесное описание Расписание движения автобусов
м к Пункт азначею Вреж я отравлен
131 1 205 С £уханов1 ветпое ка 1020 1210 8зо 18ю 1
Формами представления моделей могут быть: словесное
описание, чертёж, таблица, формула, схема, алгоритм,
компьютерная программа и т. п.
Моделирование и формализация
143
Как только форма представления выделенных существен-
ных свойств и признаков выбрана, можно приступать к фор-
мализации, то есть приведению (сведению, представлению)
информации, связанной с выделенными свойствами, к вы-
бранной форме.
Процесс формализации, например, при построении мате-
матической модели или разработке сборочного чертежа из-
делия, имеет свои правила и этапы. Подчас это длительный
и кропотливый процесс, требующий определённых знаний.
В следующих параграфах вы познакомитесь с ним более по-
дробно.
Результатом этапа формализации и будет информа-
ционная модель.
Но прежде, чем говорить об окончании процесса модели-
рования, построенную модель необходимо проверить на не-
противоречивость и проанализировать, насколько она адек-
ватна объекту и цели моделирования.
Пример. Прочтите следующее шутливое описание ситуации: «Я
ему как дам! Не успел подняться, он мне ещё раз. Я за
ним! Оглядываюсь — догоняет. Ну, я через сугробы, че-
рез сугробы и в рожь...».
Не правда ли, сюжет большинства «крутых» боевиков
построен по этой модели, хотя она полна противоречий.
Пример. Рассмотрите рис. 2.4.5. Опре-
делите, в чём состоит проти-
воречивость этой модели. Что
говорит вам о бессмысленно-
сти этого рисунка? Как мож-
но эту вашу догадку передать
формально?
Рис. 2.4.5
Пример. Вам, вероятно, известны слова песни «Подмосковные ве-
чера» :
Речка движется и не движется,
Вся из лунного серебра.
Песня слышится и не слышится
На первый взгляд это описание природы полно противо-
речий. Почему же тогда песня любима многими вот уже
несколько десятилетий?
На самом деле никаких противоречий здесь нет, посколь-
ку слово «двигаться» используется в двух разных смыс-
лах: физическое перемещение воды и восприятие этой
воды определённым субъектом. То же относится и к слову
«слышать». Поэтому противоречивость этой модели толь-
ко кажущаяся.
144
Глава 2
Если построенная модель противоречива, то после выяв-
ления всех замеченных противоречий их необходимо устра-
нить: исправить чертёж, изменить программу, уточнить
формулу и так далее. И вновь проверить уточнённую модель
на непротиворечивость.
Анализ полученной модели на адекватность отражения
объекта моделирования и достижение цели моделирова-
ния — последний этап моделирования.
знать
Этапы моделирования
1. Постановка цели моделирования.
2. Анализ моделирования объекта и выделение всех его из-
вестных свойств.
3. Анализ выделенных свойств с точки зрения цели модели-
рования и определение, какие из них следует считать су-
щественными.
4. Выбор формы представления модели.
5. Формализация.
6. Анализ полученной модели на непротиворечивость.
7. Анализ адекватности полученной модели объекту и цели
моделирования.
Взаимосвязь этапов моделирования отражена на рис. 2.4.6.
Рис. 2.4.6
Схема взаимосвязи этапов
моделирования
Не существует универсальных правил определения, ка-
кие из известных свойств объекта могут рассматриваться
как существенные в каждом конкретном случае.
Если условия моделирования позволяют, то рекомендует-
ся построить несколько моделей с разными наборами «суще-
ственных» свойств и затем оценить их на адекватность объ-
екту и цели моделирования.
Формализация — приведение (сведение) существенных
свойств и признаков объекта моделирования к выбранной
форме.
Моделирование и формализация
145
Формами представления информационной модели могут
быть: словесное описание, таблица, рисунок, схема, чертёж,
формула, алгоритм, компьютерная программа и т.п.
уметь
Задание 1
В следующих примерах определите все существенные (с точки
зрения заданной цели) свойства объекта моделирования; выбе-
рите форму их представления и постройте модель (перенесите
таблицу в рабочую тетрадь и заполните её):
Объект моделирования Цель моделирования Суще- ствен- ные призна- ки Форма пред- ставле- ния мо- дели Мо- дель
Компьютер Объяснить, какие устройства предназначены для выполнения таких информационных процес- сов, как ввод, хранение, обработ- ка, передача, вывод информации, и как осуществляется их взаимо- действие
Файловая система компьютера Продемонстрировать способы ор- ганизации хранения информации на внешних носителях
Полёт тела, бро- шенного вертика- льно вверх Определить, через какое время те- ло упадет на землю 1 1
Реакция взаимо- действия серной кислоты (H2SO4) и оксида железа (FeO) Расчитать необходимое количест- во веществ для получения 100 г сульфата железа (FeSOJ
Сборная игрушка, ♦спрятанная» в Киндер-сюрпризе Научить ребёнка, не умеющего читать, как собрать игрушку
Звёздное небо Показать взаимное расположение зодиакальных созвездий
Учебный процесс в школе Представить в удобном для уча- щихся виде порядок проведения уроков и место их проведения
Учебный процесс в школе Представить в удобном для учите- лей виде порядок проведения уро- ков и место их проведения
146
Глава 2
Задание 2
Придумайте для следующих объектов двух-трёх субъектов моде-
лирования и возможные цели моделирования (перенесите табли-
цу в рабочую тетрадь и заполните её):
Объект моделирования Субъект моделирования Цель моделирования
Производство школьных тетрадей
Сочинение на заданную тему
Здание школы
Космический корабль
Натуральные числа
Клавиатура компьютера
Промышленный робот или автоматизи- рованная производственная линия
Задание 3
Определите, в чём заключается противоречивость следующих
моделей (если она есть).
1. Модель — словесное описание образа.
«Я живу в высотном доме на последнем — втором — этаже. Наша
квартира большая и светлая, ее единственное окно выходит на се-
верную сторону. Моя домашняя библиотека очень маленькая, в
ней всего 5000 томов...».
2. Модели — описания поведения.
а) «Смотрит, а не видит. Слушает, а не слышит».
б) — «Знаете ли вы, о чём я хочу вас спросить?» — «Нет». — «Не-
ужели вы не знаете, что лгать — нехорошо?» — «Конечно,
знаю...» — «Но именно об этом я и собирался вас спросить, а вы
ответили, что не знаете; выходит вы знаете то, чего не знаете».
3. Модель — описание ситуации.
«Я потерял себя. Меня объял испуг.
Но вот себя в тебе я обнаружил вдруг...
Сколь омрачён мой дух, вселившийся в тебя!..
...Но от себя меня не отдавай мне боле...
И нет меня во мне, когда я не с тобою.»
Немецкий поэт XVII века П. Флеминг
4. Модель — математическая формула.
х + 5
при х<0,
/(%) = < 5 - х при 0 < х < 5,
(% - 5)2 при х > 5.
5. Модель — химическая формула.
Формула молекулы воды — Н2О;
формула молекулы «тяжелой» воды — D2O.
Моделирование и формализация
147
вопрос- проблема
1. Практически у каждого объекта много самых разных
свойств. Если они известны, то можно оценить сущест-
венность-несущественность каждого из них для модели-
рования в каждом конкретном случае. А если объект то-
лько познается, то многие его свойства совсем
неизвестны, неизвестно даже сколько их. Как в этом слу-
чае выделить существенные свойства? Можно ли вообще
моделировать неизученный объект?
Подсказка. Что вам известно о гипотезах как форме раз-
вития знаний?
2. Решая реальные практические (планирование дел на
день, разработка фасона костюма и пр.) или учебные (со-
ставление плана сочинения, заполнение контурной кар-
ты и пр.) задачи, вряд ли вы в явном виде проделываете
второй этап моделирования — анализ объекта и выделе-
ние всех его известных свойств. Даже в процессе научно-
го (отличающегося точностью) познания, процесс анали-
за всех известных свойств изучаемого объекта может
быть очень длительным и малоэффективным.
Так, может быть, этот этап моделирования лишний, то-
лько требующий затрат сил и времени, но не приносящий
никакой реальной пользы?
Попробуйте привести аргументы «за» и «против» необхо-
димости этого этапа в процессе моделирования.
=7 расширь свои кругозор
Всё научное познание базируется на методе моделирова-
ния. Теоретической базой моделирования являются теория
отражения и теория подобия.
148
Глава 2
Подобие — это взаимно однозначное соответствие между
двумя объектами, при котором известны функции перехода
от параметров одного объекта к параметрам другого, а мате-
матические описания этих объектов могут быть преобразо-
ваны в тождественные.
Научное исследование любого объекта всегда сводится к
построению модели или совокупности моделей объекта ис-
следования. Причем, модель при научном моделировании
выступает и как цель, и как средство, и как объект исследо-
ваний.
В основе каждой научной модели лежит более или менее
развитая теория отображаемого объекта, и сама модель
ограничивается рамками этой теории.
В научном моделировании выделяют следующие этапы.
Исходным пунктом для построения модели, как правило,
бывает эмпирическая (наблюдающаяся в опытах) картина
явления, выдвигающая перед исследователем задачу, на ко-
торую надо найти ответ. При уяснениии и постановке зада-
чи происходит процесс схематизации и идеализации явле-
ния, выделения его свойств и влияющих на него факторов.
После выявления существенных свойств и факторов иссле-
дователь приступает к их качественной и количественной
оценке и интерпретации. Это необходимо для того, чтобы
перевести эмпирически полученные данные на язык матема-
тических понятий и величин, поскольку язык математики
считается универсальным языком науки. Математическая
модель, таким образом, является результатом формализа-
ции реального объекта или явления. После построения моде-
ли проводится проверка адекватности модели явлению,
физической и логической непротиворечивости или коррек-
тности. Построенная модель исследуется и на основе её
анализа выдвигаются гипотезы о возможном поведении
изучаемого явления, закономерностях его функционирова-
ния и развития. Далее планируются эксперименты по про-
верке выдвинутых гипотез. Если они подтверждаются, то
разработанная модель становится основой для построения
научной теории изучаемого явления. Таковы основные эта-
пы научного моделирования.
Моделирование и формализация
149
§2.5. Виды моделей
ПОНЯТЬ
В предыдущих параграфах вы познакомились с примера-
ми различных моделей. Надеемся, что даже эти примеры
позволили вам представить многообразие мира моделей. Мо-
дели встречаются буквально везде. Их огромное количество.
Одни из них стареют, забываются, исчезают.
Пример. Вряд ли вы сохранили все ваши детские рисунки или по-
мните модель мира, построенную Птолемеем.
Но на смену одним моделям приходит множество других.
Даже для одного объекта может быть построено много раз-
личных моделей.
Пример. Существуют три различных аксиоматических теории
геометрии: геометрия Евклида (в одной плоскости через
точку вне прямой можно провести только одну прямую,
не пересекающую данную); геометрия Лобачевского (в
одной плоскости через точку вне прямой можно провести
ровно две прямые, не пересекающие данную); геометрия
Римана (в одной плоскости через точку вне прямой нель-
зя провести ни одной прямой, не пересекающей данную).
Пример. Существует много моделей нашей планеты: географиче-
ские карты и описания путешественников, фотографии
из космоса и перечень стран, народностей, языков, тео-
рии о строении Земли и гипотезы об образовании гор и
морей.
Итак, мир моделей многообразен. Для человека же ха-
рактерно стремление систематизировать большой объём дан-
ных, чтобы «навести порядок» в разнообразии, вернее в
своём восприятии этого разнообразия. Наиболее распро-
странённым способом научной систематизации является
классификация, то есть распределение изучаемых объектов
по классам (разрядам, отделам) в зависимости от их общих
признаков. Подходы к выделению классов моделей могут
быть самыми различными. Рассмотрим некоторые из них.
Вы уже знаете, что основой моделирования является
взаимодействие субъекта и объекта при решении субъектом
некоторой задачи и отражение этого взаимодействия в моде-
ли. Поэтому для каждой модели можно попробовать опреде-
150
Глава 2
лить ее место в пространстве «субъект-объект-сущность»
(рис. 2.5.1) (под сущностью здесь понимается одна из основ-
ных сущностей нашего мира — вещества, энергии, инфор-
мации).
Рис. 2.5.1
Пространство
«субъект-объект-
сущность»
ОБЪЕКТ
Пример. Игрушечная машинка — это вещественная модель внеш-
него вида автомобиля, применяемая в процессе общения.
Алгоритм решения квадратного уравнения — это инфор-
мационная модель «поведения» ученика в процессе позна-
ния или «поведения» инженера в практической деятель-
ности. Периодическая система элементов Д. И. Менделее-
ва — это информационная модель, отражающая структу-
ру вещества (как сущности нашего мира), используемая в
процессе познания. Инструментарий программного сред-
ства Norton Commander — это информационная модель
поведения пользователя ЭВМ в процессе практической де-
ятельности.
Пространство «субъект-объект—сущность» явля-
ется не дискретным, а непрерывным. Оно непре-
рывно по измерению «деятельность субъекта»
потому, что познание часто неотъемлемо от об-
щения, а общение сопровождает практическую
деятельность. Оно непрерывно по измерению
«объект», поскольку внешний вид объекта тоже
имеет свою структуру, а поведение объекта со-
провождается изменением во внешнем виде и
структуре. Оно непрерывно и по измерению
«сущность», что можно увидеть из следующего
примера.
Моделирование и формализация
151
Пример. Рассмотрим компьютерную программу, хранящуюся в
оперативной памяти. Это, несомненно информационная
модель деятельности таких устройств компьютера, как
процессор, системная шина, дисплей и так далее. Но в
ячейках оперативной памяти программа представлена в
виде различных уровней электрического напряжения.
Какова же сущность этой модели — информационная,
энергетическая или, может быть, все же вещественная,
ведь в конце концов всё сводится к расположению и пе-
ремещению электронов, ионов, атомов в пространстве?
Вернёмся к рассмотрению информационных моделей.
Каждую из них можно характеризовать тем, насколько фор-
мален выбранный язык представления. То есть каждой ин-
формационной модели можно попробовать поставить в соот-
ветствии точку в пространстве «субъект — объект — степень
формализации» (рис. 2.5.2).
Рис. 2.5.2
Пространство
«субъект-объект-
степень формализации»
СУБЪЕКТ
ОБЪЕКТ
Пример. Кулинарный рецепт — информационная, частично фор-
мализованная модель, предназначенная для практиче-
ской деятельности повара.
Программа для ЭВМ — формализованная информацион-
ная модель деятельности.
Карточка из каталога библиотеки — формализованная
информационная модель хранения и поиска книги.
Описание внешности героя литературного произведе-
ния — неформализованная информационная модель сфе-
ры общения писателя с читателем.
Если отвлечься от субъекта моделирования, но учиты-
вать, включён или нет параметр времени в модель, то про-
странством «размещения» информационных моделей будет
«объект — степень формализации — динамичность»
(рис. 2.5.3)
152
Глава 2
Рис. 2.5.3
Пространство
«субъект-
степень формализации-
динамичность»
ОБЪЕКТ
Пример. Детская фотография — статическая неформализованная
информационная модель внешнего вида ребенка. Гале-
рея фотографий, отражающая взросление этого ребен-
ка — динамическая неформализованная модель.
Компьютерная модель полёта мяча, брошенного вертика-
льно вверх — динамическая формализованная модель
поведения физического объекта.
Бухгалтерский отчет — статическая формализованная
информационная модель деятельности предприятия.
Таблица основных показателей деятельности предприя-
тия за несколько лет — тоже статическая формализован-
ная информационная модель деятельности предприятия,
но анализ этой таблицы может рассматриваться как ди-
намическая модель.
Каждый из перечисленных параметров можно детализи-
ровать и далее. Так, динамические модели могут быть клас-
сифицированы в зависимости от того, насколько учитывает-
ся в них фактор случайности внешних воздействий. В этом
случае можно говорить о вероятностных (стохастических)
или детерминированных моделях.
Информационные модели также целесообразно класси-
фицировать по языку описания модели. И тогда уже следу-
ет выделять, например, математические модели, таблич-
ные модели, алгоритмы как модели деятельности и пр.
Сфера практической деятельности субъекта также может
быть конкретизирована по «участию» модели в процессе
управления объектом моделирования. В этом случае можно
выделить следующие виды моделей: регистрирующие, эта-
лонные, прогностические, оптимизационные, имитацион-
ные.
Моделирование и формализация
153
Пример. Сборочный чертеж — модель внешнего вида и структуры
будущего изделия, предназначенная для практической
деятельности по преобразованию (сырья и материалов в
изделие), описанная на языке представления, формали-
зованная, статическая.
График ожидаемого изменения суточной температуры
(рис. 2.5.4) — динамическая формализованная модель
поведения этого показателя погоды, предназначенная
для краткосрочного прогнозирования.
Рис. 2.5.4. График изменения суточной температуры
Вероятно, можно выбрать и другие основания деления
при классификации моделей, которые позволят раскрыть
дополнительные грани такого явления как моделирова-
ние.
В информатике нас прежде всего интересуют модели, ко-
торые можно создавать и исследовать с помощью компью-
тера. Дает ли это основание выделять такие модели в осо-
бый класс информационных моделей — компьютерные?
С помощью компьютера можно создавать и исследовать
множество объектов: тексты, графики, таблицы, диа-
граммы и пр. Однако все эти объекты можно построить и
исследовать с помощью других средств. Вообще, всё то, что
делается с помощью компьютера, может быть в принципе
сделано и без него. Вопрос только в различии затраченного
времени, ресурсов и используемых технологий. В целом же
«компьютерные модели» качественно не отличаются от
моделей информационных. Однако поскольку компьютер-
ные технологии накладывают всё больший отпечаток на
процесс моделирования, вполне можно вести речь о компь-
ютерном моделировании как особом виде информационного
моделирования.
154
Глава 2
Исторически случилось так, что первые работы по
компьютерному моделированию были связаны с физикой,
где с его помощью решался целый ряд задач гидравлики,
теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела и
так далее. Моделирование представляло собой в основном
численное решение сложных систем уравнений и по суще-
ству было адаптацией математических моделей к принци-
пам работы и возможностям ЭВМ. Успехи компьютерного
моделирования в физике способствовали распространению
его на задачи химии, электроэнергетики, биологии и т. п.,
причем схемы моделирования не слишком отличались друг
от друга. Сложность решаемых на основе компьютерного
моделирования задач всегда ограничивалась лишь мощно-
стью имеющихся ЭВМ.
Подобный вид моделирования распространён и в настоя-
щее время. Накоплены целые библиотеки подпрограмм и
функций по методам численной математики, облегчающих
применение и расширяющих возможности компьютерного
моделирования. И всё же в настоящее время понятие
«компьютерное моделирование» обычно связывают с сис-
темным анализом — направлением кибернетики, впервые
заявившем о себе в начале 50-х годов при исследовании
сложных систем в биологии, макроэкономике, при создании
автоматизированных экономико-организационных систем
управления.
Компьютерное моделирование при анализе сложных сис-
тем — это прежде всего имитационное моделирование, при
котором логико-математическая модель поведения исследу-
емого объекта переводится в алгоритм функционирования
объекта, реализованный в виде программного комплекса
для компьютера.
Имитировать, конечно же, можно поведение любого объ-
екта, но имитационное моделирование предусматривает
прежде всего исследование сложных систем с прогнозирова-
нием их будущих состояний в зависимости от выбираемых
стратегий управления.
Благодаря развитию графического интерфейса и графиче-
ских пакетов прикладных программ, широкое распростра-
нение получило и компьютерное моделирование внешнего
вида и структуры объектов.
Моделирование и формализация
155
В настоящее время под компьютерной моделью понима-
ют:
• условный образ объекта, описанный с помощью взаимо-
связаных компьютерных рисунков, таблиц, схем, диа-
грамм, графиков, анимационных фрагментов, гипертек-
стов и так далее. Компьютерные модели такого вида
иногда называют структурно-функциональными;
• отдельную программу или коплекс программ, позволяю-
щий с помощью последовательности вычислений и гра-
фического отображения их результатов воспроизводить
(имитировать) процессы функционирования объекта при
условии воздействия на объект различных, как правило
случайных, факторов (задаваемых чаще всего пользовате-
лем программы). Такие модели называют имитационны-
ми компьютерными моделями.
Суть имитационного компьютерного моделирования за-
ключена в получении количественных и качественных ре-
зультатов функционирования моделируемой системы по
имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по
результатам анализа модели, позволяют обнаружить неиз-
вестные ранее свойства сложной системы: её структуру, ди-
намику развития, устойчивость, целостность и прочее. Ко-
личественные выводы в основном носят характер прогноза
некоторых будущих или объяснение прошлых значений па-
раметров, характеризующих систему.
Предметом компьютерного моделирования могут быть:
экономическая деятельность фирмы или банка, промыш-
ленное предприятие, информационно-вычислительная
сеть, технологический процесс, процесс инфляции и так
далее.
Цели компьютерного моделирования могут быть разные,
но чаще всего — получение данных, которые могут быть ис-
пользованы для подготовки и принятия решений экономи-
ческого, социального, организационного или технического
характера.
156
Глава 2
знать
Виды моделей приведены на рис. 2.5.5 и 2.5.6.
(вероятностные)
Рис. 2.5.5. Классификация моделей.
Моделирование и формализация
157
ВИДЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
Дескриптивные
(выраженные
на языке
описания)
— на естественном языке
I_словесное
описание
— на специальном языке
— научные
— математические
формулы
— алгоритмы
— технические
— техкарты
— программы
Смешанные
Наглядные
(выраженные
на языке
представления)
— таблицы
— графы
— деревья
— сети
— блок-схемы
— схемы
— карты
— видеофильмы
— рисунки
— чертежи
— графики
— фотографии
Рис. 2.5.6. Виды информационных моделей
уметь
Задание 1
Определите вид модели, представленной на рисунке 2.5.5, по
всем известным вам основаниям деления.
Задание 2
Определите виды моделей, данных в качестве примеров в преды-
дущих параграфах, по всем известным вам основаниям деления.
Задание 3
Если вам известны основные операторы какого-либо языка про-
граммирования, то какие из них, на ваш взгляд, позволяют по-
строить динамическую компьютерную модель? Ответ обоснуйте.
158
Глава 2
Задание 4
Алгоритм — это модель деятельности исполнителя алгоритма.
Но алгоритмы бывают самые разнообразные. Определите, можно
ли следующие алгоритмы отнести к моделям одного и того же
вида:
• алгоритм перехода через улицу;
• алгоритм сложения многозначных чисел;
• алгоритм копирования файла с винчестера на дискету на ва-
шем компьютере;
• алгоритм преобразования нажатой клавиши в двоичный код
и отображения соответствующего символа на экране дисп-
лея.
Задание 5
Приведите примеры:
а) динамической вероятностной модели;
б) прогностической неформализованной модели;
в) табличной статической формализованной модели;
г) математической частично формализованной модели, описыва-
ющей структуру объекта;
д) статической вероятностной модели;
е) воображаемой статической модели.
Задание 6
Правильно ли определен вид следующих моделей?
а) математическая точка — статическая воображаемая модель;
б) идеальный газ в физике — динамическая воображаемая мо-
дель;
в) график функции — наглядная информационная формализо-
ванная статическая модель;
г) план выпуска продукции — прогностическая табличная час-
тично формализованная статическая модель.
Задание 7
Может ли быть фотография человека частично формализованной
моделью?
вопрос-проблема
1. Имеет ли смысл классифицировать модели по возрасту
или профессии построившего их субъекта (например, мо-
дели подросткового возраста — модели зрелого возраста;
врачебные модели — писательские модели)?
Моделирование и формализация
1Г>9
2. Можно ли неформализованную модель преобразовать в
формализованную, выраженную на том же самом языке
моделирования (например, набросок изделия перевести в
его чертёж)? Если нет, то почему? Если да, то какие про
цедуры придется выполнить при этом?
3. Поскольку воображаемые модели — именно воображае-
мые, как бы не существующие в реальности, то может
быть их рассмотрение как одного из видов информацион-
ных моделей совершенно необоснованно?
расширь свой кругозор
Следующие определения, возможно, помогут вам уточ-
нить свои представления о моделях различного вида и их от-
личительных особенностях.
Натурное (физическое, вещественно-энергетическое) мо-
делирование — моделирование, при котором модель и моде-
лируемый объект представляют собой реальные объекты
или процессы единой или различной физической природы,
причём между процессами в объекте-оригинале и в модели
выполняются некоторые соотношения подобия, вытекаю-
щие из схожести физических явлений.
Информационная (абстрактная) модель — это описание
объекта на каком-либо языке. Абстрактность модели про-
является в том, что её компонентами являются сигналы и
знаки (вернее, заложенный в них смысл), а не физические
тела.
Дескриптивная (от англ, descriptive — описательная) мо-
дель — это словесное описание объекта, выраженное средст-
вами того или иного языка.
Математическая модель — это:
• совокупность записанных на языке математики соотно-
шений (формул, неравенств, уравнений, логических соот-
ношений), определяющих характеристики состояния
объекта в зависимости от его элементов, свойств, пара-
метров, внешних воздействий;
• приближённое описание объекта, выраженное с помощью
математической символики.
160
Глава 2
Статические модели отображают объект в какой-то мо-
мент времени без учёта происходящих с ним изменений, как
находящийся в состоянии покоя и равновесия. В этих моде-
лях отсутствует временной параметр.
Динамические модели описывают поведение объекта во
времени. Эти модели отображают процессы, происходящие с
объектом во времени. В частности, таковыми являются мо-
дели функционирования и развития.
Детерминированные модели отображают процессы, в ко-
торых отсутствуют случайные воздействия.
Вероятностные (стохастические от греч. stochasis — до-
гадка) модели — описания объектов, поведение которых
определяется случайными воздействиями (внешними и
внутренними); описания вероятностных процессов и собы-
тий, характер изменения которых во времени точно пред-
сказать невозможно.
Имитационная компьютерная модель — отдельная про-
грамма, совокупность программ, программный комплекс,
позволяющий с помощью последовательности вычислений и
графического отображения их результатов воспроизводить
(имитировать) процессы функционирования объекта, систе-
мы объектов при условии воздействия на объект различных,
как правило случайных, факторов.
Имитационная алгоритмическая модель — содержатель-
ное описание объекта в форме алгоритма, отражающее
структуру и процессы функционирования объекта во време-
ни, учитывающее воздействие случайных факторов.
Гносеологические модели направлены на изучение объек-
тивных законов природы (модели солнечной системы, раз-
вития биосферы, шаровой молнии).
Концептуальная модель описывает выявленные причин-
но-следственные связи и закономерности, присущие иссле-
дуемому объекту и существенные в рамках определённого
исследования.
Сенсуальные модели (лат. sensualis — основанный на
чувствах, ощущениях) — модели каких-то чувств, эмоций,
либо модели, оказывающие воздействие на чувства человека
(музыка, поэзия, живопись).
Аналоговая модель — аналог объекта, который ведёт
себя как реальный объект, но не выглядит как таковой.
Моделирование и формализация
161
§2.6. Основной тезис формализации
ПОНЯТЬ
В процессе познания и общения мы сталкиваемся с фор-
мализацией практически на каждом шагу: формулируем
мысли, оформляем отчёты, заполняем всевозможные
формуляры, преобразуем формулы.
В общем виде формализация понимается как сведение не-
которого содержания (содержания текста, смысла научной
теории, воспринимаемых сигналов и пр.) к выбранной форме.
Пример. Оглавление книги — это формализация её содержатель-
ных частей, а сам текст книги можно рассматривать как
формализацию посредством языковых конструкций мыс-
лей, идей, размышлений автора. Итогом формализации
научной теории является, как правило, совокупность
формул, графиков, схем, таблиц и пр. План действий
в результате формализации переводится в алгоритм.
Возможность формализации опирается на фундаменталь-
ное положение, которое мы будем называть основным тези-
сом формализации. Суть его состоит в принципиальной воз-
можности разделения объекта и его обозначения (имени
объекта).
Суть объекта не меняется от того, как мы его назовём.
Это значит, что мы можем назвать его как угодно, придать
его имени любую форму, которая, по нашему мнению, луч-
ше соответствует данному объекту.
Пример. Устройство для автоматической обработки информации
можно назвать компьютером, электронно-вычислитель-
ной машиной, цифровой вычислительной машиной,
ЭВМ, ПК, а можно дать ему какое-нибудь ласковое уме-
ньшительное имя.
Отрицание основного тезиса формализации означает, что
имя объекта выражает его суть. В этом случае у каждого
объекта может быть только одно имя. Такой взгляд сущест-
вовал в древности.
Пример. Ветхозаветный запрет на произнесение имени Бога свя-
зан с тем, что оно отождествлялось с самим Богом и про-
изнесение имени расценивалось как прикосновение к
6 2793
162
Глава 2
Богу, что было допустимо только для избранных. С этим
же связан обычай американских индейцев давать имя
только взрослому человеку, когда он сумеет как-то проя-
вить себя. В настоящее время этот взгляд находит отра-
жение в распространённом мнении, что имя, даваемое
ребёнку, влияет на его характер и судьбу.
Из основного тезиса формализации следует сама идея
моделирования. Поскольку объект нужно как-то обозна-
чать, то необходимо ввести некоторый набор знаков для обо-
значения. Знак — это элемент конечного множества отлич-
ных друг от друга элементов. Так как обозначение мы
можем выбрать достаточно произвольно, то возможные на-
боры знаков могут быть самыми разнообразными.
Пример. А, Б, В, Г — знаки для обозначения звуков русского язы-
ка;
+, -, *, : — знаки для обозначения арифметических опе-
раций;
^>, — знаки для обозначения направления дви-
жения;
О® — знаки для обозначения магнитных носителей ин-
формации;
е, о, с, о, п — знаки для обозначения операций над мно-
жествами;
— знаки для обозначения сигнала опасности.
Понятие знака является одним из базисных понятий нау-
ки (также как и понятия «информация», «подобие», «мно-
жество», «объект»), а потому дать его точное определение не
представляется возможным. Но можно указать некоторые
основные черты знака:
1) способность знака выступать заместителем обозначаемо-
го. В семиотике — науке о знаках — обозначаемое назы-
вают денотатом (когда есть пара «денотат — знак»);
2) нетождественность знака и денотата — знак никогда не
может полностью заменить обозначаемое;
3) многозначность соответствия «знак — денотат».
Первые две особенности вполне понятны, последнюю по-
ясним на следующем примере.
Пример. Зрительному образу рис. 2.6.1 может быть придан
смысл: буквы «эр» русского языка, буквы «pi» англий-
ского языка, химического элемента фосфор, знака стоян-
ки в правилах дорожного движения. То есть один и тот
же знак можно использовать для обозначения разных
объектов.
Моделирование и формализация
163
Рис. 2.6.1
Пример зрительного образа
С другой стороны, один и тот же объект может обозна-
чаться разными знаками. Например, день, предшеству-
ющий сегодняшнему, можно назвать: «вчера», «накану-
не», «вторник» (если сегодня среда), «второй день после
последнего выходного», «день радости» (например, по-
тому, что в этот день у вас есть урок информатики) и
так далее.
Свобода выбора обозначений и многозначность соответст-
вия «знак — денотат» создают проблему понимания, какой
объект обозначается данным знаком в конкретной ситуации.
Причём это понимание должно быть более или менее одина-
ковым для разных людей. В противном случае общение не-
возможно. Следовательно, чтобы обеспечить нормальное об-
щение, нужно договориться о правилах использования
знаков, то есть разработать язык.
Язык — это знаковая система, используемая для целей
коммуникации и познания.
Все языки можно разделить на естественные и искусст-
венные. Естественными называются «обычные», «разговор-
ные» языки, которые складываются стихийно и в течение
долгого времени. История каждого такого языка неотдели-
ма от истории народа, владеющего им. Искусственные язы-
ки создаются людьми для специальных целей или для опре-
делённых групп людей. Примеры искусственных языков:
язык математики, морской семафор, язык программирова-
ния. Характерной особенностью искусственных языков яв-
ляется однозначная определённость их словаря, правил
образования выражений и правил придания им значений.
Строго говоря, любой язык — естественный и искусствен-
ный — обладает набором определённых правил. Они могут
быть явно и строго сформулированными (формализованными),
а могут допускать различные варианты их использования.
Итак, язык характеризуется:
• набором используемых знаков;
• правилами образования из этих знаков таких языковых
конструкций, как слова, фразы и тексты (в широком тол-
ковании этих понятий);
• набором синтаксических, семантических и прагматиче-
ских правил использования этих языковых конструкций.
Упорядоченный набор знаков, используемый в языке, на-
зывается алфавитом.
164
Глава 2
Пример. Сравним два описания вечера:
1) «Стемнело. Затопили печку. Сели пить чай».
2) «Печка жарко полыхает,
По стене смола бежит,
Вечер в чашке чая тает,
Тень ложится, звук дрожит».
Пожалуй, второй отрывок можно считать менее форма-
лизованным и более информативным, поскольку он не
только констатирует факт наступления вечера, но и ри-
сует некоторую картину, затрагивая наши чувства и эмо-
ции. Хотя и то, и другое описание выполнено в соответ-
ствии с правилами русского языка.
Язык выступает инструментом, с помощью которого
можно создавать различные конструкции для описания объ-
ектов, их внешнего вида, свойств, структуры, поведения, от-
ношений между ними и пр. Такие конструкции и являются
информационными моделями.
Любое общение невозможно без того или иного уровня
формализации информации. Любой язык, будь то естествен-
ный или искусственный, является одним из способов форма-
лизации. Разница в том, что специальные языки (языки
формул, программирования и т. п.) — это строго формализо-
ванные системы, а естественные языки (разговорные, языки
искусства, мимики и жестов и т. п.) — частично формализо-
ванные системы.
Многие проблемы представления и передачи знаний связа-
ны с проблемами их формализации. Знания — это восприня-
тая, осознанная и ставшая личностно значимой информа-
ция. В процессе познания в результате непосредственных
наблюдений, проведения экспериментов мы получаем инфор-
мацию. Формализация полученной информации есть один из
компонентов процесса её осознания.
Языковая система, в рамках которой производится фор-
мализация, имеет свои выразительные возможности и тем
самым накладывает ограничения на выбор формы.
Так, словесное описание можно успешно применять при
моделировании внешнего вида, менее эффективно оно при
моделировании структуры. Моделирование же поведения
посредством словесного описания хоть и привычно для нас,
но менее наглядно по сравнению, скажем, с видеофильмом.
Пример. Краткое изложение сюжета романа является моделью
той же ситуации, что и сам роман. Но роман раскрывает
эту ситуацию полнее, глубже и образнее. Фильм, снятый
по роману, — модель той же ситуации. Но если образы,
Моделирование и формализация
165
возникающие у вас при чтении романа — это созданная
вами модель, то фильм отражает моделирование ситуа-
ции режиссером.
Язык рисунков используется в основном для моделирова-
ния внешнего вида объекта. Смоделировать поведение объ-
екта в одном рисунке практически невозможно, для этого
потребуется серия рисунков. Языки чертежей, схем, таблиц
лучше всего подходят для моделирования структуры объек-
та.
Наибольшую сложность для информационного моделиро-
вания представляет поведение объекта, поскольку оно обя-
зательно включает такой параметр, как время, но анализ та-
ких моделей даёт наибольшую информацию об объекте.
Именно поэтому моделирование динамических процессов и
имитационное моделирование сложных биологических, тех-
нических, социальных систем представляет большой прак-
тический интерес.
знать
Формализация понимается как сведение некоторого со-
держания к выбранной форме.
Основной тезис формализации: существует принципиаль-
ная возможность разделения объекта и его обозначения.
Суть объекта не меняется от того, как мы его назовём.
Это значит, что мы можем назвать его как угодно, придать
его имени любую форму, которая, по нашему мнению, луч-
ше соответствует данному объекту.
Знак — это элемент конечного множества отличных друг
от друга элементов.
Знаковая ситуация возникает, когда есть пара обозначае-
мого объекта (денотата) и знака.
Основные черты знака, проявляющиеся в знаковых ситу-
ациях:
1. способность знака выступать в качестве заместителя де-
нотата;
2. нетождественность знака и денотата — знак никогда не
может полностью заменить обозначаемое;
3. многозначность соответствия «знак-денотат».
166
Глава 2
Язык — это знаковая система, используемая для целей
коммуникации и познания.
Языки бывают естественные и искусственные.
Каждый язык имеет алфавит, словарь и обладает набором
определённых правил образования выражений, правил при-
дания значений (смысла) этим выражениям и правил их ис-
пользования.
Язык характеризуется:
• набором используемых знаков;
• правилами образования из этих знаков таких языковых
конструкций, как слова, фразы и тексты (в широком тол-
ковании этих понятий);
• набором синтаксических, семантических и прагматиче-
ских правил использования языковых конструкций.
Алфавит — это упорядоченный набор знаков, используе-
мых в языке.
Правила искусственного языка являются строго и одно-
значно определёнными, а потому такой язык называется
формализованным.
уметь
Задание 1
В известной сказке «Али-баба и 40 разбойников» пещера откры-
валась с помощью волшебных слов «Сезам, откройся». Выполня-
ется ли в этом случае основной тезис формализации?
Задание 2
Приведите примеры, в которых не выполняется основной тезис
формализации, то есть когда обозначение является выразителем
существенного свойства объекта.
Задание 3
Предложите несколько различных значений знаков, изоб-
ражённых на рис. 2.6.2.
Е> ®®® © ®О
Рис. 2.6.2. Знаки различных языков
Моделирование и формализация
167
Задание 4
Предложите несколько различных знаков — словесных (верба-
льных) и графических — для обозначения или выражения сле-
дующих объектов:
а) сигнала, смысл которого в правилах дорожного движения —
запрещение движения в данном направлении;
б) манипулятора мышь;
в) чувства радости;
г) вашего учебного заведения;
д) набора компьютерных программ для обработки текстовой ин-
формации.
Задание 5
Придумайте простейший алфавит для записи натуральных чи-
сел.
Примечание: Цифры любой позиционной системы счисления не
являются простейшим алфавитом.
Задание 6
На некотором языке ситуация описана следующей фразой: «Гло-
кая куздра штеко бодланула бокра и кудрячит бокрёнка».
Придумайте несколько ситуаций, описание которых на русском
языке соответствовало бы структуре только что приведённой
фразы, придуманной известным русским лингвистом Л. Щер-
бой.
Задание 7
Поставьте в соответствие каждому знаку из левой колонки таб-
лицы его возможный денотат:
Знак Денотат
1. Слово «дерево» а) Операция удаления, выполняемая ЭВМ
2. Этикетка к товару б) Пальто и шляпа
3. Номер в гардеробе в) Определение пройденного пути
4. Чертёж болта г) Товар ценой в 1 рубль
5. Клавиша «Delete» на клавиатуре д) Растение, имеющее ствол, корень, ветви
6. Формула S = vt е) Ожидание опасности
7. Рублёвая ассигнация ж) Товар
8. Красный сигнал светофора з) Запрещение движения
9. Звук набата и) Болт
168
Глава 2
чИк интересный факт
Многие формы стали для нас настолько привычными, что
мы пользуемся ими автоматически, почти неосознанно.
Если попросить кого-то написать формулы площади пря-
моугольника и первого закона Ньютона, то почти мгновен-
ным результатом будут записи S = а • b и F = т - а. Но если
условие задачи сформулировать иначе, а именно: «длина
стороны прямоугольного участка равна g, другой — г; опре-
делить, чему будет равна площадь этого участка Л», то
пройдёт гораздо больше времени, прежде чем появится фор-
мула k = g- 2.
Ещё один пример. Игра «буриме» заключается в том, что
предлагается несколько рифмующихся между собой слов,
используя которые следует сочинить стихотворение. Если
же вместе со словами привести пример такого стихотворе-
ния, то велика вероятность того, что подавляющее большин-
ство творений играющих будут иметь тот же ритм, что и у
образца, — ту же стихотворную форму.
Стоит обратить внимание на то, что слова «формализа-
ция» (formalisation) и «информация» (information) имеют
одну и ту же часть корня «форма». И это, разумеется, не
случайно. Понятие «информация» носит совершенно опре-
делённый исторический характер и генетически связано с
категорией «форма». Еще Платон отчётливо разделял поня-
тия «форма» и «материя», говорил об иерархии форм и пе-
реходе форм друг в друга. Аристотель развил учение Плато-
на о форме и ввёл понятие «универсальная форма» или
«форма форм».
В Новое время И. Кант склоняется к мысли о том, что
категория формы становится соединительным звеном эм-
пирического (опытного) и теоретического познания, а
Г. Ф. Гегель делает попытку полного синтеза материально-
го и формального и выделяет две диалектически взаимо-
связанные категории: «форма» и «содержание». В фило-
софском словаре сказано: «категория формы выражает
внутреннюю связь и способ организации взаимодействия
элементов и процессов как между собой, так и с внешними
условиями».
Моделирование и формализация
169
Интерес к понятиям «форма», «содержание», «структу-
ра» приводит к развитию формального подхода к явлениям
окружающей действительности, который определяет веду-
щую тенденцию в формировании современной картины
мира и новых методов познания — формализации и модели-
рования.
Чтобы лучше разобраться с проблемой формализации, по-
думайте над следующим утверждением: не бывает бессодер-
жательной формы и неоформленного содержания.
расширь свой кругозор
Разделение объекта и его имени приводит к тому, что
имена начинают жить самостоятельной жизнью, иногда бо-
лее «реальной», чем «жизнь» самих объектов.
Например, вы хорошо знаете, что такое бумажные день-
ги. Зададимся вопросом, почему мы можем обменивать
«бумагу» на материальные предметы, ценность которых
несоизмерима с ценой «бумаги». Дело в том, что бумажная
купюра — это всего лишь знак, замещающий по договорен-
ности (которая в настоящее время уже не соблюдается)
определённое количество золота. Ценность бумажных де-
нег условна. Это, в частности, подчёркивается в более точ-
ном названии «бумажных денег» — «денежные знаки».
Если изначально денежные знаки служили просто заме-
стителем товара, то со временем они сами стали восприни-
маться как товар, имеющий свою стоимость.
Отсюда возникла необходимость сравнивать различные
деньги между собой. При этом привязка денежного знака к
золоту становилась всё менее жёсткой. Появились валютные
биржи, которые определяют относительную стоимость де-
нежных единиц разных стран — возникло понятие «коти-
ровка валют».
В экономике есть закон, что для нормального функцио-
нирования рынка товарная и денежная массы должны соот-
ветствовать друг другу. Самостоятельность денежного знака
по отношению к его товарному обеспечению может привести
к инфляции, то есть к такой ситуации, когда денежных зна-
ков окажется больше, нежели товаров на рынке.
170
Глава 2
Составной частью денежного рынка является рынок цен-
ных бумаг, называемый также фондовым рынком. Ценную
бумагу также можно считать знаком, замещающим ка-
кой-либо реальный объект или его часть. Например,
заёмщики финансовых ресурсов (эмитенты) — юридические
лица, государственные органы и пр. — могут оценить ка-
кую-либо недвижимость, например, завод и выпустить цен-
ные бумаги на сумму, эквивалентную его стоимости для по-
лучения дополнительных источников финансирования. При
этом эмитент несёт от своего имени обязательства по цен-
ным бумагам перед их владельцами.
Первичный рынок ценных бумаг обслуживает выпуск
(эмиссию) и начальное размещение ценных бумаг среди ин-
весторов. На первичном рынке протекают два разнонаправ-
ленных процесса: первый — поступление ценных бумаг от
эмитентов, второй — поступление финансовых ресурсов от
инвесторов к эмитентам за вычетом стоимости услуг посред-
ников, организующих первичное размещение. Для этой час-
ти рынка ценных бумаг характерно привлечение средств ин-
весторов для проектов эмитента путем размещения ценных
бумаг последнего.
Вторичный рынок обслуживает обращение ранее выпу-
щенных и размещённых на первичном рынке ценных бумаг.
На вторичном рынке инвестор получает возможность пере-
продать купленные ранее ценные бумаги с целью получения
дополнительного дохода или размещения полученных от про-
дажи средств в более привлекательные активы.
Эта деятельность является, по сути, иллюстрацией основ-
ного тезиса формализации: разделив объект и его обозначе-
ние, в данном случае — недвижимость и ценную бумагу, мы
получаем возможность свободно оперировать обозначения-
ми — ценными бумагами, не обращаясь непосредственно к
самим объектам.
вопрос- проблема
1. Географическая, топографическая, политическая карты
мира — это модели «внешнего вида» земного шара или его
структуры?
Можно ли сказать, что денотатом здесь является планета Зем-
ля?
Моделирование и формализация
171
2. Можно ли следующую схему рассматривать в качестве демонст-
рации основного тезиса формализации?
Рис. 2.6.3
Схема основного
тезиса
формализации
3. Как вы думаете, почему клятвопреступление, то есть невыпол-
нение обещаний, выраженных словами, считалось в древности
одним из величайших преступлений? Почему в настоящее вре-
мя отношение к клятвопреступникам и лжецам вообще более
терпимо?
§2.7. Формализация текстовой
информации
Наиболее привычный для нас вид информационного мо-
делирования — словесное описание, то есть описание на ес-
тественном (разговорном) языке. Чаще всего такое описание
называют текстом (в узком смысле слова).
Текст книги, текст выступления, пояснительный текст,
текст задачи — это некоторые языковые конструкции, со-
стоящие из элементарных знаков языка (к элементарным
знакам языка относятся его алфавит и словарь). Но не вся-
кий набор знаков можно назвать текстом. В семиотике и
лингвистике существуют строгие определения понятия тек-
ста. Для нас важно, что текст передаёт некоторое содержа-
ние (осмыслен) и имеет определённую структуру.
Чаще всего мы встречаемся с неформализованными тек-
стами, структура которых не является жёстко заданной.
Когда вы пишете личное письмо, вы соблюдаете минима-
льные требования формализации — правила орфографии и
синтаксиса. В деловом письме вы уже позаботитесь о приня-
172
Глава 2
той форме обращения, соблюдении стиля, выделении крас-
ных строк и так далее.
В делопроизводстве приняты достаточно строгие правила
оформления документов, хотя содержание документов мо-
жет быть самым разным. Есть и ещё более формализован-
ные тексты, в которых определённые требования предъяв-
ляются и к содержанию.
Пример. Вам, вероятно, приходилось заполнять различные блан-
ки, в каждую графу которых вы вносили соответствую-
щие этой графе сведения о себе.
Раасмотрим бланк:
СВЕДЕНИЯ ОБ УЧАСТНИКЕ КОНФЕРЕНЦИИ
Фамилия Имя
Отчество ________________
Дата рождения «» 19 г.
Образование _______________
Год окончания учебного заведения
Это пример формализации текстовой информации. Дан-
ный бланк можно расссматривать как информационную мо-
дель участника конференции. Конечно, можно было бы по-
просить участника самому написать основные сведения о
себе в произвольной форме. Но, во-первых, ему бы при-
шлось затратить на это гораздо больше времени, а во-вто-
рых, обработка этих сведений для получения общих стати-
стистических данных стала бы более трудоёмкой для
организаторов конференции.
Формализованную информацию обрабатывать намного
легче и быстрее.
Пример. Ответьте на вопросы теста «Познай самого себя»
(подчеркните подходящий вариант ответа).
1. Часто ли вы задумываетесь над тем, какое влияние
оказывают ваши поступки на окружающих?
а) очень редко (1 балл)
б) редко (2 балла)
в) достаточно часто (3 балла)
г) часто (4 балла)
2. Какие из перечисленных качеств вы больше всего це-
ните в людях?
а) настойчивость (2 балла)
б) широта мышления (3 балла)
в) умение «показать себя» (1 балл)
Моделирование и формализация
173
3. Имеете ли вы склонность к педантизму?
а) да (1 балл)
б) отчасти (2 балла)
в) нет (3 балла)
Заполненный бланк ответа можно рассматривать как
формализованную информационную модель вашего отноше-
ния к себе и окружающим. Представление информации в та-
кой форме необходимо для анализа и получения количест-
венных оценок, характеристик, параметров личности.
Затем эти оценки используются для определения направле-
ния личностного роста человека или коллектива. В частно-
сти, знаменитый IQ (intelligence quotient — коэффициент
умственного развития) определяется в результате обработки
ответов на вопросы подобного рода психологических анкет.
Не забывайте, что любое тестирование — это всего
лишь построение модели. Ваша личность гораздо
богаче и многограннее, чем любая самая «точная»
модель. Но модель, построенная, в частности, в
результате психологического тестирования, может
помочь вам получить информацию, необходимую
для разрешения стоящих перед вами проблем.
Пример. Задумывались ли вы когда-нибудь о том, почему сведе-
ния о пропавших людях, о разыскиваемых преступниках
и т. п. перечисляются в определённом порядке, напри-
мер: рост, комплекция (вес), цвет волос, форма и цвет
глаз, форма лица и так далее?
Знаете ли вы рациональные приемы запоминания внеш-
ности вашего собеседника?
Ответы на оба этих вопроса касаются психологических
особенностей нашего восприятия и памяти. Данные, ор-
ганизованные определённым образом, запоминаются бы-
стрее и прочнее. То есть формализация способствует луч-
шему запоминанию самых разнообразных сведений.
Большинство документов, встречающихся в сфере дело-
производства, имеют стандартную форму. Эта форма назы-
вается шаблоном документа. Обязательные данные, которые
необходимо отразить в документе (в соответствии с требова-
ниями делопроизводства) называются реквизитами. Отсут-
ствие в документе установленных законодательством рекви-
зитов лишает его так называемой «юридической силы», то
есть возможности использовать документ для той цели, для
которой он предназначен.
174
Глава 2
Пример. Шаблон бланка предприятия должен иметь следующие
реквизиты (рис. 2.7.1):
• наименование предприятия;
• эмблема предприятия;
• почтовый адрес, телефон, факс;
• дата;
• индекс (№);
• ссылка на индекс и дату входящего документа;
• фамилия и инициалы руководителя предприятия.
Рис. 2.7.1
Шаблон
бланка
предприятия
Ток Р
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
КОНДИТЕРСКАЯ ФИРМА ‘ТАКФ”
392000
Россия, Тамбов.
ул. Октябрьская. 22
тел. (O7S2) 22-22-22.
47-26-47
факс (0752) 47-64-24
наЬЛ
Гек ф альньш дир еггор
И.И.Иванов
I АК Тамбовсжж4бахжСБ РФ г.Тамвов ОСБГО77/8Ш ?/с 123 45 67 »»0 0123 4567»* в/cJ 17 65 432 10 «7654321»
Большинство современных текстовых редакторов имеют
обширную базу самых разнообразных шаблонов, с помощью
которой пользователи ПК могут быстро создать необходи-
мый документ (рис. 2.7.2).
С мамоном:_______
| Letter (мастер)
|Report2---------
ReportS
Resume (мастер)
Resumel
Resume2
Resume4
T able (мастер)
Teziss
Them
Weektime
-Создать----
О Документ
@ ^Шаблон!
---Описание
Создает стандартные деловые или личные письма
В Мастер таблиц
flwitrt мастер создает таблицы. Выберите сттиь таблицы:
Отмена | < Назад | Вперед» 1 Готово
Рис. 2.7.2. Диалоговые окна Мастера шаблонов и Мастера таблиц
редактора Word 6.0
Моделирование и формализация
175
Предыдущие примеры больше относятся к оформлению
текста, но иногда необходимо формализовать содержание.
Например, определения понятий и терминов в науке дол-
жны быть точными и однозначно понимаемыми, в юридиче-
ской практике тоже очень важно однозначное понимание и
толкование содержания документа. Пример — строго выве-
ренный «сухой» язык конституции, законов, указов, догово-
ров и пр.
Определения понятий строятся чаще всего по опре-
делённой форме: определяемое понятие раскрывается через
ближайшее родовое понятие (чтобы очертить множество
объектов, к которому относится данное понятие) и видовые
отличия (чтобы отделить его от других объектов этого мно-
жества). Такая форма используется в большинстве научных
определений.
Пример. Сравните различные определения чрезвычайной ситуа-
ции, используемые в юридической практике.
а) «Чрезвычайная ситуация — это обстановка на опре-
делённой территории, сложившаяся в результате аварии,
опасного природного явления, катастрофы, стихийного
или иного бедствия, которые могут повлечь или повлек-
ли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей
или окружающей природной среде, значительные мате-
риальные потери и нарушение жизнедеятельности лю-
дей» (Федеральный закон «О защите населения и терри-
тории от чрезвычайных ситуаций природного и
техногенного характера», статья 1).
б) «Чрезвычайная ситуация — это нарушение нормаль-
ных условий жизни и деятельности людей на объекте
или определённой территории (акватории), вызванные
аварией, катастрофой, стихийными или экологическими
бедствиями, эпидемией, эпизоотией, эпифитотией, при-
менением возможным противником современных средств
поражения и приведшие или могущие привести к люд-
ским и материальным потерям» (С. В. Степашин,
В. Л. Шульц «Вопросы безопасности в системе государ-
ственного и муниципального управления Российской Фе-
дерации». СпБ., 1994. С. 212).
Очевидно, что формализация достаточно широкого «со-
держания» реальной чрезвычайной ситуации может быть
проведена различным образом, но такая формализация не-
обходима, чтобы для каждой конкретной ситуации можно
было сказать, является ли она чрезвычайной или нет, и вы-
брать верный план действий.
176
Глава 2
Следовательно, формализация содержания помогает срав-
нить по выделенным (формальным) признакам реальный
объект с описанным в модели, и если они совпадают по этим
признакам, то появляется основа для принятия необходимо-
го в данной ситуации решения.
знать
Формализация текстовой информации:
• облегчает и ускоряет процесс её обработки;
• позволяет получить количественные оценки;
• обеспечивает однозначность понимания текста;
• способствует лучшему восприятию сведений, содержа-
щихся в тексте;
• помогает сравнить по формальным критериям ситуацию,
описанную в тексте, с реальной и принять правильное ре-
шение.
Формализовать можно как оформление текста, так и его
содержание.
Формализация оформления сводится к использованию
бланков, формуляров, шаблонов заранее определённой и ча-
сто законодательно утверждённой стандартной формы.
Шаблон документа — стандартная форма документа,
встречающегося в сфере делопроизводства.
Реквизитами документа называются обязательные дан-
ные, которые необходимо отразить в документе.
Целью формализации содержания текста является его од-
нозначное понимание. Это очень важно в юридической
практике, в научной и управленческой деятельности, напри-
мер, при формулировании определений, составлении зако-
нов, договоров, приказов, распоряжений и т.п.
Классическое определение понятия строится по следую-
щей форме:
определяемое понятие = родовое понятие 4- видовые
отличия
Моделирование и формализация
177
Задание 1
Вспомните самую первую информационную модель, в которой
отражены основные сведения о вас как члене общества. Являет-
ся ли она формализованной? Объясните, с какой целью строится
эта модель.
Подсказка. Надеемся, вы поняли, что речь идет о вашем свиде-
тельстве о рождении.
Задание 2
Если вы уже умеете работать в текстовом редакторе, то определи-
те, предоставляет ли он возможность использовать шаблоны до-
кументов. Если да, то выберите наиболее интересный для вас
шаблон и заполните его.
Задание 3
Разработайте формуляр для видеотеки, подобный библиотечно-
му формуляру на поиск и выдачу книг.
Задание 4
Даны определения нескольких понятий. Все они построены по
одному принципу: есть определяемое и определяющее (родовое)
понятия и перечислены присущие только определяемому поня-
тию видовые отличия. Выделите все эти элементы и сведите все
определения к одинаковой форме (в таблицу), как это сделано в
примере.
Определение Определяемое понятие Родовое понятие Видовые отличия
Дробь, числитель которой меньше знаменателя, на- зывается правильной Правильная дробь Дробь Числитель меньше знаменателя
Правильная дробь — это дробь, числитель которой меньше знаменателя.
а) Безличным называют предложение, сказуемое которого не до-
пускает при себе подлежащего.
б) Файл — хранящаяся на внешнем носителе целостная поиме-
нованная совокупность данных.
в) Знаком является элемент конечного множества отличных
друг от друга элементов.
г) Облако — скопление сгустившихся водяных паров в атмосфе-
ре.
178
Глава 2
д) Термометр — это прибор для измерения температуры.
е) Футуризмом называют одно из декадентских художественных
течений XX века.
ж) Способ общения пользователя с программой называют поль-
зовательским интерфейсом.
Задание 5
Вам, очевидно, известно понятие «стихотворная форма». Приве-
дите примеры стихотворений, форма которых различна. Выде-
лите основные элементы этих форм.
Задание 6
Можно моделировать внешний вид, структуру и поведение объ-
екта. Назовите, что можно считать моделью внешнего вида тек-
ста, моделью структуры текста, моделью «поведения» текста. В
каких формах эти модели проявляются? Что такое формализа-
ция в каждом из этих случаев.
расширь свой кругозор
В искусстве содержание и форма — неразрывно связан-
ные друг с другом понятия. Содержание — это то, что сказа-
но в художественном произведении, форма — как это сказа-
но. Чем сложнее содержание, тем богаче, разностороннее
должна быть форма, его выражающая. И наоборот, по фор-
ме мы судим о многообразии содержания.
Содержание литературного произведения выражается че-
рез все стороны произведения (характеры, сюжет, язык, по-
строение диалогов), оно как бы переходит в форму. И наобо-
рот, воспринимая речь персонажей, наблюдая их поступки,
мы начинаем глубже представлять себе тему и идею произ-
ведения, здесь форма переходит в содержание.
Изучение текста с точки зрения его структуры может
дать интересную информацию о его содержании. Например,
знаменитый роман М. А. Булгакова «Мастер и Маргарита»,
особенно его «московские главы» может произвести впечат-
ление «свободного полёта» авторской фантазии. Однако бо-
лее внимательный анализ говорит о том, что структура этих
глав тщательно спланирована.
Например, Воланд появляется в Москве в пятницу, в
шесть часов вечера, то есть тогда, когда кончилась земная
жизнь Иисуса Христа, Михаилу Александровичу Берлиозу
Моделирование и формализация
179
отрезают голову как и Иоанну Крестителю, и она появляет-
ся на балу у Воланда, он же собирался придти на собрание
МАССОЛИТа, на котором должно было присутствовать две-
надцать человек и т. д. В целом же это создает эффект па-
раллельности «христологическим главам» романа.
Разумеется, это не столько формализация текста, сколько
его внутренняя организация. Но именно в ней многие лите-
раторы, особенно в начале XX века, увидели новый и перс-
пективный литературный приём, когда форма произведения
выступает не менее важным компонентом, чем его содержа-
ние, а в иных случаях начинает превалировать над содержа-
нием. Достаточно вспомнить кубистское течение в живопи-
си, авангардистское в литературе. Например, знаменитая
«лестница Маяковского» (кстати, изобретенная впервые
В. Хлебниковым).
Лапы елок,
лапки,
лапушки...
Все в снегу,
а теплые какие!
Будто в гости
к старой,
старой бабушке
я
вчера
приехал в Киев.
Формализацией как литературным приемом успешно по-
льзовались очень многие писатели и поэты XX века:
Д. Джойс в романе «Улисс», В. Вулф и другие.
интересный факт
Текст, который невозможно прочитать, является бессмыс-
ленной информационной моделью. Чтение и понимание тек-
ста само по себе является сложной проблемой, изучением ко-
торой занимаются психологи, лингвисты, специалисты по
искусственному интеллекту.
Большинство текстов написано на естественных языках и
после изобретения книгопечатания набрано с применением
различных шрифтов. Шрифт задает настроение. В письме он
сразу намекает на цель, в романе — на место и время дейст-
180
Глава 2
вия. Как и все исторически образовавшиеся формы, шрифт
соответствует своему времени (троян, готика, ренессансная
антиква, световая реклама, телевидение). В рисунке шрифта
всегда сказывается инструмент: в рукописном — перо, в вы-
сеченном в камне — резец, в гравированном на камне —
штихель. А теперь компьютерная техника подталкивает к
новому мышлению, порождая невозможные доселе формы.
Возможности компьютера делают шрифты более «живыми»;
шрифты с эффектами помогут вызвать у читателя дополни-
тельное эмоциональное впечатление, с их помощью можно
выделить слово или фразу, передать неформальный харак-
тер информации, сделать текст более занимательным для де-
тей.
Считается, что различных гарнитур только латинского
алфавита около 10 000: есть шрифты для текста и заголов-
ков, букварей и Священного писания, фантастических рома-
нов и уличных вывесок; есть шрифты узкие и широкие, с
засечками и без, светлые и жирные и т. д. Шрифты гарниту-
ры Таймс (Times) в большинстве случаев не годятся для из-
дания классики — Шекспира или Пушкина. Аналогично,
газетные статьи нецелесообразно набирать в гарнитуре Ка-
зино (Casino) (рис. 2.7.3).
Шрифт гарнитуры Таймс (Times)
Шрифт гарнитуры Ариал (Arial)
Шрифт гарнитуры Гарамонд (Garamond)
Шрифт гарнитуры Курьер (Courier)
Шрифт гарнитуры Ижица (Izhitsa)
Рис. 2.7.3. Разные оформительские шрифты
Требования к шрифтам бывают самые разнообразные:
экономические, эстетические, информационные и пр. Преж-
де всего шрифт должен быть ясным и читаемым, он «не име-
ет права» мешать восприятию текста.
Для получения необходимой информации из текста необ-
ходимо, как минимум, его осмысление. Это привело к тому,
что множество шрифтов являются так называемыми «мед-
ленно читаемыми». Это значит, что сам шрифт и организа-
ция текста ощутимо препятствуют беглости чтения. В совре-
менном же мире, где газета и ей подобные издания имеет
тенденцию к вытеснению книги, можно отчётливо наблю-
дать динамику изменения шрифтов и организации текста в
сторону «скорочтения», направленного не на осмысление, а
на получение сиюминутной информации.
Моделирование и формализация
181
Таким образом, шрифт можно рассматривать как инфор-
мационную модель внешнего вида информационого объек-
та — текста. Причём, здесь наглядно проявляется принцип
отчуждения: текст, являясь информационной моделью, в
данном случае сам выступает как информационный объект
моделирования.
§2.8. Представление данных в табличной
форме
ПОНЯТЬ
Расписание движения поездов, сведения о сотрудниках
предприятия, статистические данные о демографической си-
туации в стране — данные подобного рода чаще всего пред-
ставляются в табличной форме. Процесс обучения в школе
тоже часто отображается в табличных моделях. Это и распи-
сание уроков, и классный журнал, и аттестат о среднем об-
разовании.
Пример. Посмотрите на страничку классного журнала
(табл. 2.8.1).
Таблица 2.8.1. Страница классного журнала (фрагмент)
ИНФОРМАТИКА
№ ФИО Апрель Май
5 12 19 26 3 10
1 Альтов Г. 4 5 4
2 Беседова Ф. 4 3
J Веселов А. 5 4 5 5
Информационной моделью какого объекта (процесса) яв-
ляется эта таблица? Какие сведения можно из неё извлечь?
О чём, например, говорит цифра «5» в правой нижней ячей-
ке таблицы?
В таблице отражаются результаты контроля знаний уча-
щихся и успешность процесса обучения. Цифра «5» в пра-
вой нижней ячейке имеет отношение к ученику по фамилии
Веселов, предмету информатике, месяцу маю, 10 дню этого
месяца и году, который указан на обложке журнала. Таким
182
Глава 2
образом, оценка в классном журнале устанавливает отноше-
ние между тремя объектами: учеником, учебным предме-
том, датой.
Анализ таблицы позволит узнать успешность обучения
каждого ученика, определить, сколько в классе отличников
и неуспевающих, оценить сложность предложенной уча-
щимся контрольной работы; поможет учителю выработать
меры педагогического воздействия.
Классный журнал можно рассматривать как формализо-
ванную, динамическую, вероятностную информационную
модель «поведения» процесса обучения в данном классе.
Таблицы, в которых отражается одно свойство, характе-
ризующее два или более объектов, называются таблицами
типа «объект - объект». Причём объекты принадлежат, как
правило, к разным классам (множествам).
В примере таким свойством является успеваемость, объ-
ектами — конкретные ученики (принадлежат множеству
учеников), учебный предмет (принадлежат множеству шко-
льных дисциплин), даты (множество дат).
Есть таблицы другого вида, в которых отражаются неско-
лько свойств объекта, а все объекты принадлежат к одному
множеству. Такие таблицы называются таблицами вида
«объект - свойство».
Пример.
Таблиица 2.8.2. Результаты медицинского наблюдения
класса (фрагмент)
№ ФИО ученика Дата рождения Рост , см Вес, кг Жизненная ёмкость 3 легких, см Острота зрения
1 Альтов Г. 12.12.1988 165 62 3300 1
2 Беседова Ф. 01.03.1989 168 55 3200 0,9
[3 Веселов А. 10.10.1988 172 59 3400 1
Данную таблицу можно рассматривать как информацион-
ную модель состояния физического развития учащихся
класса.
Объектами, информация о которых отражена в таблице,
являются ученики, каждый из которых характеризуется
конкретными значениями перечисленных в верхней строке
таблицы свойств — параметров физического развития.
Подумайте, для чего необходимо составление таких таб-
лиц и какую информацию можно получить, анализируя
приведённые в них данные.
Моделирование и формализация
183
Комбинирование нескольких таблиц вида «объект - объ-
ект» и «объект - свойство» в одной таблице позволяет по-
строить таблицы более сложного вида.
Существуют определенные правила оформления таблиц, в
соответствии с которыми каждая таблица характеризуется:
• названием (а если таблиц несколько, то ещё и номером),
• количеством столбцов и их названиями (заголовками
столбцов),
• количеством строк и их названиями (заголовками строк),
• содержимым ячеек, находящихся на пересечении строк и
столбцов.
В соответствии с этим основными элементами таблицы
являются:
• записи — строки таблицы, которые могут содержать дан-
ные разного типа, но относящиеся чаще всего к одному
объекту;
• поля — столбцы таблицы, содержащие, как правило,
данные одного типа;
• реквизиты — конкретные значения, находящиеся в ячей-
ках таблицы на пересечении строк и столбцов.
Иногда заголовки строк и столбцов могут оказаться мно-
гоуровневыми. В этом случае уровни заголовков столбцов
называются ярусами, уровни заголовков строк — ступеня-
ми.
Пример.
Таблица 2.8.3. Выпуск продукции на кондитерской фабрике
(тонн)
Наименование изделия Год <—
1997 1998 1999 2000
Шоколад План
Фактически
Карамель План
Фактически
Заголовки
1-го яруса
Заголовки
2-го яруса
Заголовки Заголовки
1-й ступени 2-й ступени
Таблицы — удобная для анализа и обработки, наглядная
и привычная форма представления информации. Поэтому
большинство автоматизированных баз данных имеет таб-
личный или реляционный (от англ, relation — отношение)
тип.
Этапы построения таблицы (приведения информации к
табличной форме) разберём на следующем примере.
184
Глава 2
Пример. Переведём словесное описание характеристик несколь-
ких регионов Российской Федерации, взятое из геогра-
фического энциклопедического словаря, в табличную
форму. 2
Ростовская область. Пл. 100,8 т.км . Нас. 4290 т.ч.
(1987; в Ростове-на-Дону 1004 т.ч.), гор. 72%. 42 адм.
р-на, 22 города, 37 пгт (1987). Центр — Ростов-на-Дону.
Ср. темп-ры января от -9 °C до -5 °C, июля 22-24 °C.
Осадков 400-650 мм в год.
Московская область. Пл. 47 т.км2. Нас. 6581 т.ч. (1987;
с Москвой 15396 т.ч.); гор. 79% (с учетом нас. Москвы
91%). 39 адм. р-нов, 71 город, 109 пгт (1987). Центр —
Москва. Ср. темп-ры января -10 °C, июля 17 °C. Осадков
450-650 мм в год.
Тамбовская область. Пл. 34,3 т.км2. Нас. 1309 т.ч.
(1987; в Тамбове 305 т.ч.), гор. 56%. 23 адм. р-на, 8 горо-
дов, 13 пгт (1987). Центр — Тамбов. Ср. темп-ры января
-11 °C, июля 20 °C. Осадков 500 мм в год.
Воронежская область. Пл. 52,4 т.км2. Нас. 2459 т.ч.
(1987; в Воронеже 872 т.ч.), гор. 60%. 32 адм. р-на, 14
городов, 23 пгт (1987). Центр — Воронеж. Ср. темп-ры
января -9 °C, июля 20 °C. Осадков 500 мм в год.
Ленинградская область. Пл. 85,9 т.км2. Нас. 1655 т.ч.
(1987; с Санкт-Петербургом 6603 т.ч.), гор. 66%. 17 адм.
р-нов, 26 городов, 41 пгт (1987). Центр — Санкт-Петер-
бург. Ср. темп-ры января -7 °C, июля 15 °C. Осадков 850
мм в год.
Хабаровский край. Пл. 824,6 т.км2. Нас. 1794 т.ч.
(1987; в Хабаровске 591 т.ч.), гор. 79%. 22 адм. р-на, 9
городов, 43 пгт (1987). Центр — Хабаровск. Ср. темп-ры
января от -16 °C до -40 °C, июля 11-21 °C. Осадков
500-900 мм в год.
Приведённые данные являются характеристиками регио-
нов Российской Федерации, такими как: название, пло-
щадь, численность населения, административное деление,
климатические условия. Эти характеристики сделаем назва-
ниями столбцов первого яруса. В свою очередь, численность
населения раскрывается через такие параметры, как чис-
ленность общего населения, численность населения центра-
льного города, процент городского населения; «администра-
тивное деление» включает в себя количество администра-
тивных районов, количество городов и посёлков городского
типа, название областного (краевого) центра; «климатиче-
ские условия» описываются такими свойствами, как сред-
ние температуры января и июля и среднегодовое количество
осадков. Перечисленные характеристики сделаем заголовка-
Моделирование и формализация
185
ми столбцов второго яруса. Всего столбцов в таблице будет
12. Кроме строк заголовка таблица будет содержать еще 6
строк для описания 6 субъектов федерации. В качестве заго-
ловков строк лучше всего использовать названия регионов.
Разместить записи можно в разном порядке, например, в по-
рядке убывания общего количества жителей (первой будет
Московская область, последней — Тамбовская) или занимае-
мой площади (первым будет Хабаровский край, последней
Тамбовская область), но лучше использовать алфавитный
порядок.
Таблица 2.8.4. Характеристики регионов Российской
Федерации
Название субъекта федерации Пло- щадь, тыс. км2 Население (1987 год) Администр. деление (1987 год) Климат
Всего, тыс. чел. В обл. цент- ре, т.ч. % гор. нас. Центр Рай- онов Го- ро- дов Пгт Темп, янв. Темп, июль Осадки (мм в год)
Воронеж- ская обл. 52,4 2459 872 60% Воронеж 32 14 23 -9° +20° 500
Ленинград- ская область 85,9 6603 4948 66% Санкт-Пе- тербург 17 26 41 -7° +15° 850
Московская область 47 15396 8815 79% (91%) Москва 39 71 109 -10° +17° 450-650
Ростовская область 100,8 4290 1004 72% Ростов- на-Дону 42 22 37 t 1 сл с© о о +22 +24° 400-650
Тамбовская область 34,3 1309 305 56% Тамбов 23 8 13 -11° +20° 500
Хабаровский край 824,6 1794 591 79% Хабаровск 22 9 43 -16° -40° +11° +21° 500-900
Если объектов в таблице много, то размещать их
можно, конечно, как угодно, но чтобы содержащи-
еся в ней данные было удобно анализировать и
обрабатывать, располагать объекты лучше в неко-
тором порядке, например, в алфавитном или по
возрастанию даты и т. п.
Таблицы, рассмотренные в предыдущих примерах, было
несложно построить и заполнить. Но иногда их разработка
требует не только времени, но и определённых навыков и
даже некоторого искусства.
Пример. Рассмотрим основные подходы к составлению школьного
расписания. Заметим, что расписание занятий, предназ-
наченное для учеников, будет отличаться от расписания
186
Глава 2
тех же занятий, предназначенного для учителей. Так и
должно быть, ведь цели моделирования различны. Как
же строится таблица ученического расписания?
Итак, задача — организовать учебный процесс так, что-
бы выполнить учебный план и не нарушить законов о
труде учителя; объектом моделирования является орга-
низация учебного процесса; субъектом моделирования —
завуч; цель моделирования — определить для каждого
класса порядок проведения занятий на каждый день не-
дели и представить его в наглядной форме.
Существенные свойства:
• перечень классов в школе и список учителей;
• для каждого класса — перечень учебных дисциплин,
фамилии ведущих их учителей и количество отводи-
мых на них часов в неделю (таблица 2.8.5);
• для каждого учителя — перечень классов, название
учебной дисциплины, количество часов в неделю (таб-
лица 2.8.6);
• перечень учебных кабинетов и их назначение;
• количество и время проведения уроков и перемен в
течение дня.
Таблица 2.8.5 (фрагмент)
Кл. Предмет Час. Учитель
11а Литература Алгебра 4 Иванов В.В.
6 Деева Г.П.
Информатика 2 Летова А.Р.
Физика 3 Петров С.А.
Таблица 2.8.6 (фрагмент)
Учитель Предмет Кл. Час.
Летова А.Р. Информ. 11а 2
Информ. 116 2
Логика 9к 1
Информ. 9к 2
Заметим, что все эти списки и перечни надо предваритель-
но составить, и они тоже являются информационными моде-
лями табличной формы.
Задайте вопрос завучу, как он составляет школьное рас-
писание, и вы узнаете интересные методы формализации
при построении моделей табличной формы. Вероятнее всего
вы услышите, что составить расписание — дело очень слож-
ное, потому что следует учесть много дополнительных фак-
торов: пожелания учителей и учеников, требования гигиены
умственного труда, санитарные требования и пр. Расписа-
ние в процессе составления неоднократно изменяется, уточ-
няется, проверяется на непротиворечивость. Например, не-
обходимо постоянно следить, чтобы у одного учителя не
было занятий одновременно в двух классах, чтобы у разных
классов не было занятий в одном и том же кабинете на од-
ном и том же уроке, чтобы у учащихся не было «окон» и пр.
Моделирование и формализация
187
То есть привычное вам расписание — результат довольно
сложного процесса информационного моделирования. Поэ-
тому компьютерные программы составления расписания,
позволяющие автоматизировать этот процесс, могут значи-
тельно облегчить труд завуча.
Расписание занятий относится к таблицам сложного вида,
где объектами выступают: день недели, номер смены, номер
урока, школьная параллель (первые классы, вторые классы и
т. д.); номер класса (1а, 16 и т. д.); свойствами являются: на-
звание предмета, фамилия учителя, номер кабинета.
знать
Таблицы — удобная для анализа и обработки и нагляд-
ная форма представления информации.
Таблицы, в которых отражается одно свойство, характе-
ризующее два или более объектов, называются таблицами
типа «объект-объект».
Таблицы, в которых отражаются несколько свойств объ-
екта, а все объекты принадлежат одному множеству, назы-
ваются таблицами вида «объект-свойство».
Комбинирование в одной таблице нескольких таблиц
вида «объект-объект» и «объект-свойство» позволяет по-
строить таблицы более сложного вида, например, «объек-
ты-свойства-объекты».
Таблица характеризуется:
• названием (а если таблиц несколько, то ещё и номером),
• количеством столбцов и их названиями (заголовками
столбцов),
• количеством строк и их названиями (заголовками строк),
• содержимым ячеек, находящихся на пересечении строк и
столбцов.
В случае многоуровневых заголовков строк и столбцов
уровни заголовков столбцов называются ярусами, уровни
заголовков строк — ступенями.
Основными элементами таблицы являются:
• записи — строки таблицы, которые могут содержать дан-
ные разного типа, но относящиеся чаще всего к одному
объекту;
• поля — столбцы таблицы, содержащие, как правило,
данные одного типа;
188
Глава 2
• реквизиты — конкретные значения, находящиеся в ячей-
ках таблицы на пересечении строк и столбцов.
Этапы приведения к табличному виду:
1. анализ информации и выделение объектов, о которых
идет речь;
2. выделение свойств объктов и/или отношений между
ними;
3. определение того, можно ли объекты объединить в неко-
торые подмножества, и в зависимости от этого определе-
ние количества уровней и ступеней в заголовках;
4. определение общего количества столбцов и порядка их
расположения;
5. определение наименований столбцов и типа данных, ко-
торые там будут располагаться;
6. выбор порядка размещения строк и определение назва-
ния каждой строки таблицы;
7. занесение в ячейки таблицы реквизитов-данных (по-
строчно или по столбцам).
уметь
Задание 1
Если вы знакомы с каким-либо текстовым редактором, опреде-
лите, какие возможности по созданию и редактированию таблиц
он предоставляет пользователю. Для этого ответьте на следую-
щие вопросы.
1) Можно ли создать таблицу и если да, то каким образом: с по-
мощью псевдографики, с помощью самостоятельной прорисовки
линий, автоматически с помощью соответствующих разделов
меню редактора?
2) Как можно задать вид таблицы, число столбцов и строк в ней?
3) Можно ли добавить (удалить) строки и столбцы в таблицу?
Как это сделать?
4) Можно ли изменить ширину столбцов и строк таблицы и как
это сделать?
5) Можно ли объединить несколько ячеек в одну или разбить
ячейку на две и более ячеек? Как это сделать?
6) Можно ли создать таблицы с многоуровневыми заголовками
строк и столбцов? Как это сделать?
7) Есть ли в вашем текстовом редакторе мастер шаблонов табли-
цы?
Моделирование и формализация
189
8) Есть ли в меню режим автоформатирования таблицы? Что он в
себя включает?
9) Возможна ли автоматическая сортировка данных таблицы?
10) Возможно ли автоматическое вычисление суммы элементов
таблицы, их среднего значения, подсчёт процентов и пр.?
Задание 2
Если вы работаете с текстовым процессором или редакцион-
но-издательской системой, то определите, какие пункты ниспа-
дающего меню для работы с таблицами включает в себя пользо-
вательский интерфейс, какие пиктограмы и «горячие клавиши»
им соответствуют.
Рекомендация: все остальные задания параграфа можно выпол-
нять в текстовом редакторе, если он имеет развитые средства ра-
боты с таблицами.
Задание 3
С какой целью строится информационная модель «Расписание
движения поездов»? (см. табл. 2.8.7). По какому принципу упо-
рядочены записи в таблице? Попробуйте придумать другую фор-
му представления той же информации, более наглядную и удоб-
ную для пассажиров железнодорожного транспорта.
Таблица 2.8.7. Расписание движения поездов
по станции Тамбов
№ Маршрут движения Бремя прибытия Бремя отправления Дни следо- ваниия
51 Брест — Саратов 0 ч 50 мин 1 ч 10 мин ежедневно
134 С.-Петербург — Берлин 2 ч 10 мин 2 ч 20 мин пн., чт.
32 Москва — Тамбов 8 ч 05 мин ежедневно
171 Новосибирск — Москва 23 ч 30 мин 23 ч 45 мин по чётным числам
Задание 4
Чем таблица расписания занятий, предназначенная для препода-
вателей, будет отличаться от привычного вам расписания учебных
занятий? Попробуйте определить структуру этой таблицы (количе-
ство столбцов и их наименование, возможные реквизиты и т. п.).
Задание 5
Как вы знаете, в результате смешивания красок можно получить
разные оттенки цветов. Информация о результатах смешивания
красного, жёлтого и синего цветов приведена в табл. 2.8.8. Как
ту же информацию отобразить в табл. 2.8.9? К какому виду мож-
но отнести эти таблицы — «объект - свойство» или «объ-
ект - объект»?
190
Глава 2
Таблица 2.8.8. Результаты смешивания красок
Красный Жёлтый Синий
Красный -I-
Оранжевый + +
Жёлтый +
Зелёный 4- +
Синий +
Фиолетовый -I- +
Таблица 2.8.9. Результаты смешивания красок
Красный Жёлтый Синий
Красный
Жёлтый
Синий
Задание 6
Для пассажиров пригородного автобуса разработана следующая
таблица:
Таблица 2.8.10. Стоимость проезда
Станция Станция
Муха- новка Борщёв- ка Фёдоров- ка Липови- ца Конопли- новка Серебря- ки
Мухановка — 5р 20к 7р 50к Эр 12р 50к 15р
Борщёвка — 2р 80к 4р ЗОк 7р 80к Юр ЗОк
Фёдоровка — 2р 5р 50к 8р
Липовица — 4р 6р 50к
Коноплиновка — Зр
Серебряки —
а) Какова стоимость проезда от Фёдоровки до Коноплиновки?
б) Какое расстояние больше: от Борщёвки до Коноплиновки или
от Серебряков до Фёдоровки?
в) Что дешевле: доехать от Липовицы до Мухановки или от Фёдо-
ровки до Серебряков?
г) Какова стоимость посадки в автобус?
Задание 7
Представьте в табличном виде информацию о всех остановках,
которые есть на пути от вашего населённого пункта до того, где
проживают ваши друзья или родственники: расстояние, время в
пути, стоимость проезда до каждой остановки. Проанализируйте
Моделирование и формализация
191
таблицу. Какую дополнительную информацию вы можете из неё
извлечь?
Задание 8
Представьте в табличном виде такие сведения о ваших друзях,
как:
• фамилия, имя, отчество;
• дата рождения (чтобы не забыть поздравить);
• хобби (чтобы выбрать лучший подарок ко дню рождения);
• отношение к музыке:
на каком музыкальном инструменте играет;
любимое классическое произведение;
любимая эстрадная группа;
любимая певица (певец);
• отношение к художественной литературе:
любимый жанр;
любимый писатель (поэт);
сочиняет ли сам стихи (пишет ли прозу).
Какого вида будет эта таблица: «объект - свойства» или «объ-
ект - объект»; с заголовками простого типа или сложного?
Задание 9
Дана таблица стоимости перевозки единицы продукции и коли-
чества перевезенной продукции (хлебо-булочных изделий) от
хлебзаводов к магазинам. Определите с её помощью общую (сум-
марную) стоимость перевозки.
Таблица 2.8.10. Объём и стоимость перевозки
хлебо-булочных изделий
Номер Номер магазина
хлебо- завода 1 2 3 4
1 5 руб/кг 5 руб/кг 2 руб/кг 8 руб/кг
40 кг 150 кг 280 кг 100 кг
2 4 руб/кг 6 руб/кг 7 руб/кг 5 руб/кг
80 кг 100 кг 0 кг 150 кг
3 3 руб/кг 4 руб/кг 6 руб/кг 4 руб/кг
160 кг 220 кг 130 кг 200 кг
Можно ли эту информацию представить в более компактном, на-
глядном и удобном для расчётов виде?
Попробуйте создать такую таблицу в текстовом редакторе или в
электронной таблице.
192
Глава 2
§2.9. Представление информации
в форме графа
ПОНЯТЬ
Вы, вероятно, имеете представление о компьютерных се-
тях. Возможно, компьютеры в школьном кабинете инфор-
матики объединены в локальную сеть или вы работали в Ин-
тернете, или пользовались услугами электронной почты.
Понятно, что сеть образуется только тогда, когда компьюте-
ры каким-либо образом соединены между собой каналами
передачи данных.
Размещение абонентов сети (подключённых к ней компь-
ютеров или других систем автоматической обработки дан-
ных) и способ их соединения друг с другом называется кон-
фигурацией сети. Продемонстрировать различные типы
конфигураций вычислительных сетей можно, например, с
помощью таких информационных моделей, как графы.
Граф — совокупность точек, соединённых между собой
линиями. Точки называют вершинами графа. Они могут
изображаться точками, кружочками, прямоугольниками и
пр. Линии, соединяющие вершины, называются дугами
(если задано направление от одной вершины к другой) или
рёбрами (если направленность двусторонняя, то есть на-
правления равноправны).
Две вершины, соединенные ребром (дугой) называются
смежными.
Вершины и рёбра графа могут характеризоваться некото-
рыми числовыми величинами. Например, может быть изве-
стна длина ребра или «стоимость прохождения» по нему.
Такие характеристики называют весом, а граф называется
взвешенным.
Граф однозначно задан, если заданы множество его вер-
шин, множество рёбер (дуг) и указано, какие вершины ка-
кими рёбрами (дугами) соединены и, возможно, указаны
веса вершин и рёбер (дуг). Определение всех этих элемен-
тов и составляет суть формализации в этом случае.
Моделирование и формализация
193
Пример. На рис. 2.9.1 представлены различные типы конфигура-
ций локальных вычислительных сетей (ЛВС), являющи-
еся информационными моделями структур ЛВС, пред-
ставленными в виде графов:
• шинная конфигурация, когда к незамкнутому каналу
с некоторыми интервалами подключаются отдельные
абоненты (К), информация от абонента-источника
распространяется по каналу в обе стороны;
• кольцевая конфигурация, когда каждый абонент не-
посредственно связан с двумя соседними абонентами,
а информация передаётся по замкнутому кольцу,
чаще всего в одну сторону;
• звездообразная конфигурация, в центре которой нахо-
дится центральный коммутатор (ЦК), который после-
довательно опрашивает абонентов и предоставляет им
право на обмен данными;
• древовидная конфигурация образуется подсоединени-
ем нескольких простых каналов связи к одному маги-
стральному;
• полносвязная конфигурация обеспечивает выбор наи-
более быстрого маршрута связи между абонентами и
удобна там, где управление оказывается достаточно
сложным.
Рис. 2.9.1
Различные типы
конфигураций
локальных
вычислительных
сетей
Звездообразная
Древовидная Полносвязная
7-2793
194
Глава 2
Наиболее наглядно граф задаётся рисунком. Однако не
все детали рисунка одинаково важны. В частности, несуще-
ственны геометические свойства рёбер (длина, кривизна и
так далее), форма вершин (точка, кружок, квадрат, овал и
пр.) и взаимное расположение вершин на плоскости. Так, на
рис. 2.9.2 представлены два изображения одного и того же
графа.
Вес вершины и ребра часто задаётся в виде сопровождаю-
щей надписи на вершине или линии, но, введя условные
обозначения, их можно задать формой или цветом верши-
ны, толщиной, типом или цветом линии и т. п.
Рис. 2.9.2
Различные изображения
одного и того же графа
Информационную модель в форме графа можно использо-
вать для наглядного представления взаимосвязей, существу-
ющих между элементами объекта моделирования. Таким об-
разом, граф — наиболее удобная форма для моделирования
структуры объекта, хотя в такой форме можно моделиро-
вать и внешний вид, и поведение объекта.
Пример. На рис. 2.9.3 представлены модели молекул бутана и
изобутана, каждая из которых имеет формулу С4Н10, то
есть состоит из 4 атомов углерода и 10 атомов водорода.
Имея одну и ту же формулу, бутан и изобутан имеют раз-
личные химические свойства, так как способы соедине-
ния атомов (структура молекул) различны. Расположе-
ние атомов в молекуле при различных способах их
соединения хорошо представимо графом.
Рис. 2.9.3
Модели молекул
бутана и изобутана
БУТАН
СН3-СН2-СН2-СН3
ИЗОБУТАН
сн3-сн-сн3
сн3
Моделирование и формализация
195
Заметим, что в химии для обозначения таких веществ ча-
сто используются и структурные формулы. Порядок соеди-
нения атомов изображается в структурной формуле чёрточ-
ками (связь между водородом и остальными атомами
обычно не указывается). Подумайте сами, можно ли считать
структурную формулу одной из разновидностей графа.
В форме графа удобно отображать взаимосвязи понятий,
относящихся к одной области деятельности или познания.
Например, логическая схема понятия * Модель» (стр.
422-423) — не что иное, как граф. А если снабдить такую
схему сопроводительными надписями, то можно сделать
удобную для себя памятку.
Пример. Рассмотрите граф понятий темы «Четырёхугольники» из
курса геометрии (рис. 2.9.4). Не правда ли, хорошая
«шпаргалка»?
Рис. 2.9.4
Граф понятий темы
« Ч еты рёху гол ьн и ки »
нет
параллельных
сторон >
^«Неправильный»^
^четырёхугольник
две пары \
параллельных
сторон
Параллелограмм
пара
параллельных
Ч. сторон
Трапеция
равенство
углов У
Прямоугольник
равенство
которой
Ромб
равенство
сторон
равенство
углов
Квадрат
В практической деятельности модели в форме графов час-
то используются для представления видов и порядка выпол-
нения работ. Возможно, вам знакомы такие термины, как
«сетевой график работ», «сетевой график строительства».
Часто наряду со словесным или табличным описанием сете-
вые графики сопровождаются и изображением в виде графа,
вершинами которого являются конкретные виды работ, а
дугами задаётся возможный порядок их выполнения.
Пример. Сетевые графики строительства хорошо демонстрируют,
какие работы могут выполняться одновременно, а какие
требуют обязательного завершения предыдущих этапов.
Анализируя такие графы, можно рассчитать время, не-
обходимое для завершения всей работы, спланировать,
сколько, когда и на какие работы направить специали-
стов и технику, определить наиболее «узкие» участки и
уделить им особое внимание.
196
Глава 2
Для машинной обработки более удобным является симво-
лическое представление графов в виде списка рёбер с указа-
нием, какие вершины это ребро соединяет, а также таблич-
ное представление, где строки и столбцы — названия
вершин, а значения ячеек указывают на то, соединены дан-
ные вершины или нет.
Пример. Графы, представленные на рис. 2.9.5 могут быть описа-
ны, например, следующими способами.
Символическая запись:
а(1,2) Ь(1,4) с(2,4) d(3,5) е(4,5) /(3,4)
Табличная запись:
1 2 3 4 5
1 а Ь
2 а с
3 f d
4 b с f е
5 d е
Рис. 2.9.5
Графы, имеющие одинаковые
описания в виде таблицы
и символической записи
Представление данных в форме дерева
Особым видом графа является дерево. Данная форма мо-
дели применяется тогда, когда элементы моделируемого
объекта находятся в состоянии какого-либо подчинения и
соподчинения, когда есть отношение иерархичности.
Пример. Модель управления предприятием (школой, театраль-
ным коллективом и т. д.) очень удобно представлять в
виде дерева.
Пример. Вам хорошо известно понятие «родословное дерево» и вы
можете изобразить в такой форме ваши родственные от-
ношения.
Пример. Каталог файлов на диске, также как и библиотечный ка-
талог — примеры информационных моделей в форме де-
рева.
Формализация в случае построения дерева (иерархиче-
ского графа) сводится к выявлению основного (главного,
центрального) элемента рассматриваемого объекта (вершина
Моделирование и формализация
197
нулевого уровня, которую часто называют корнем, элемен-
тов, которые находятся в непосредственном подчинении от
основного (вершины 1-го уровня). Затем определяются вер-
шины, находящиеся в непосредственном «подчинении» от
вершин 1-го уровня (вершины 2-го уровня) и так далее.
Изображать построенное дерево отношений можно в лю-
бом направлении — это уже дело эстетического вкуса разра-
ботчика модели.
В научной и учебной деятельности с помощью деревьев
часто представляют классификацию изучаемых объектов.
Классифицирование — распределение объектов по клас-
сам в зависимости от их общих признаков, фиксирующее за-
кономерные связи между классами объектов в единой систе-
ме данной отрасли знания.
Классификация (от лат. classis — разряд 4- facere — де-
лать) — система соподчиненных понятий (классов объектов,
явлений) в какой-либо отрасли знания, составленная на
основе учёта общих признаков объектов и закономерных
связей между ними.
Классификация позволяет ориентироваться в многообра-
зии объектов и является источником знания о них. Очень ва-
жен выбор основания классификации — то есть признака,
на основании которого объекты разбиваются на классы. Вы-
бор разных оснований приводит к разным классификациям.
Пример. На рис. 2.9.6 вы видите классификацию, предложенную
Григорием Великим, которая призвана была показать,
что человек имеет что-то общее со всеми видами сущест-
вующих в мире вещей, и поэтому его справедливо назы-
вают «вселенной в миниатюре». Обратите внимание, что
объекты здесь разбиваются всегда на два класса. Такая
классификация носит название дихотомической.
Рис. 2.9.6. Классификация «того, что есть» Григория Великого
198
Глава 2
Пример. Представленная на рис. 2.9.7 классификация принтеров
построена с использованием различных оснований деле-
ния.
Рис. 2.9.7
Классификация принтеров
Пример. Важным видом исторических классификаций является
построение родословных или генеалогических деревьев.
Они бывают самого разного вида: с указанием только
прямых потомков (рис. 2.9.8); с включением жён (му-
жей) и их родственников и др.
Рис. 2.9.8. Родословное дерево великих и удельных князей
Владимирских и Московских, XIII-XIV века (фрагмент)
В скобках приведены известные даты жизни; крест ука-
зывает на год смерти; двойным контуром обведены имена
князей, занимавших московский престол.
Моделирование и формализация
199
Рассмотренные выше реляционная (табличная),
сетевая (графовая) и иерархическая (древовид-
ная) модели являются основными для представ-
ления данных в базах данных, а программные ком-
плексы, которые поволяют создавать, обновлять,
сохранять базы данных и обслуживать запросы
пользователей к ним, называются соответственно
реляционной, сетевой, иерархической системами
управления базами данных (СУБД). При описании
сложных объектов, как правило, используется
комбинация различных моделей данных.
W знать
................................................
Граф — совокупность точек, соединённых между собой
линиями.
Эти точки называют вершинами графа.
Линии, соединяющие вершины, называются дугами,
если задано направление от одной вершины к другой, или
рёбрами, если направленность двусторонняя.
Граф называется взвешенным, если вершины или рёбра
(дуги) характеризуются некоторой дополнительной инфор-
мацией — весом вершины или ребра (дуги).
Граф однозначно задан, если заданы множество его вер-
шин, множество рёбер (дуг) и указано, какие вершины ка-
кими рёбрами соединены.
Формализация при построении графа включает в себя
следующие этапы:
• выявление всех элементов объекта;
• определение характеристик элементов (названий, номе-
ров, весов и т. п.);
• установление наличия и вида связей (односторонняя или
двухсторонняя) между элементами;
• определение характеристик связей — весов рёбер и дуг;
• выбор формы изображения вершин и рёбер, ввод услов-
ных обозначений в случае необходимости;
• представление выделенных элементов и связей в графиче-
ском виде.
Для компьютерного моделирования более удобным явля-
ется символическое и/или табличное задание графа.
200
Глава 2
Символическое задание графа — перечисление всех его
рёбер с указанием вершин, которые они соединяют, либо пе-
речисление всех вершин с указанием исходящих из них
рёбер.
Дерево — особый вид графа, применяемый при модели-
ровании объекта, элементы которого находятся в отношении
иерархии (подчинения и соподчинения).
Корнем дерева называется вершина, соответствующая
основному (центральному, главному, родовому) элементу
моделируемого объекта. Листьями дерева называют верши-
ны графа, у которых нет «подчинённых» вершин.
Формализация при построении дерева сводится к выяв-
лению основного элемента рассматриваемого объекта (вер-
шина нулевого уровня — корень дерева), элементов, кото-
рые находятся в непосредственном подчинении у основного
элемента (вершины 1-го уровня), элементов, находящихся в
непосредственном подчинении у вершин 1-го уровня (вер-
шины 2-го уровня) и т. д.
Классификация — система соподчинённых понятий
(классов объектов, явлений) в какой-либо отрасли знания,
составленная на основе учёта общих признаков объектов и
закономерных связей между ними. Представляется чаще
всего в виде иерархического графа (дерева) или таблицы.
Реляционная (табличная), сетевая (графовая) и иерархи-
ческая (древовидная) модели являются основными для
представления данных в базах данных.
Программные комплексы, которые поволяют создавать,
обновлять, сохранять базы данных и обслуживать запросы
пользователей к ним, называются соответственно реляцион-
ной, сетевой, иерархической системой управления базами
данных (СУБД).
Большинство существующих автоматизированных баз
данных являются базами данных реляционного типа.
Задание 1
Модели молекул химических веществ даны в форме графов. За-
пишите их химические и структурные формулы (перенесите таб-
лицу в рабочую тетрадь и заполните её):
Моделирование и формализация
201
Название вещества Химическая формула Структурная формула Модель в форме графа
Циклопропан (н) 6j) УЧ (ВЬЧУ-у® ©
Циклогексан
Задание 2
В первом примере параграфа рассматриваются различные струк-
туры локальных сетей. Найдите литературу, посвящённую гло-
бальной сети Интернет, и попробуйте изобразить структуру этой
сети в форме графа. Можете воспользоваться для создания ри-
сунка известным вам графическим редактором.
Задание 3
Возьмите топографическую карту вашей местности. Выберите
несколько населённых пунктов, находящихся в одном районе.
Смоделируйте их расположение в форме графа. Отразите нали-
чие дорог, соединяющих эти населённые пункты и расстояние
между ними. Какую ещё дополнительную информацию можно
представить на графе? Воспользуйтесь для создания рисунка
графическим редактором.
Задание 4
Постройте граф по следующему словесному описанию.
Для ввода в память компьютера текстовой, числовой, графиче-
ской, звуковой и управляющей информации используются са-
мые разнообразные устройства ввода информации. К ним отно-
сятся: клавиатура; самые разнообразные манипуляторы —
мышь, трэкбол, световое перо, джойстик; сканер; дигитайзер;
системы речевого ввода и пр.
Клавиатура предназначена для ввода текстовой и управляющей
информации. Она бывает мембранного, механического и полуме-
ханического типа. Мышь предназначена для ввода управляю-
щей информации. Графический редактор позволяет вводить с
помощью мыши и графическую информацию. Световое перо так-
же предназначено для ввода графической и управляющей ин-
формации, а джойстик — для ввода только управляющей инфор-
мации. Сканер — это устройство для ввода графической
информации, также как и дигитайзер. При наличии специаль-
202
Глава 2
ных программ оптического распознавания символов сканер
можно использовать и для ввода текстовой информации. Скане-
ры бывают ручные, портативно-страничные и планшетные. В си-
стему речевого ввода, предназначенного для ввода звуковой ин-
формации, входит микрофон, подключённый к устройствам
оцифровки звука.
Задание 5
Нарисуйте свое генеалогическое дерево (можно перед этим рас-
смотреть родословное дерево А. С. Пушкина или царского дома
Романовых). Не забудьте включить в модель бабушек и дедушек,
братьев и сестёр не только ваших, но и ваших родителей.
Попробуйте эту иерархическую структуру перевести (преобразо-
вать, свести) в таблицу.
Задание 6
Модель объекта задана символическим описанием графа:
а(1,3) Ь(1,4) с(2,3) d(2,5) е(3,4) Д4,5) g(l,5)
Представьте её в виде графического изображения и в табличном
виде.
Задание 7
Схему московского метрополитена можно рассматривать как
граф. Выделите элементы этого графа и ответьте на вопросы: Что
является вершинами и рёбрами графа? Есть ли на этом графе
дуги? Является ли он взвешенным?
Задание 8
Один из методов сортировки (упорядочивания) числовых масси-
вов данных называется методом дерева. На первом этапе этого
метода строится двоичное дерево исходного неупорядоченного
массива следующим образом. Первый элемент массива рассмат-
ривается как корень дерева. Место вершины для каждого следу-
ющего элемента определяется так: спускаемся от корня (и далее
от каждой промежуточной вершины) по левой ветке, если значе-
ние элемента меньше, чем вес этой вершины (в данном случае ве-
сом является значение элемента, которому соответствует эта
вершина), и по правой ветке, если значение элемента больше.
Проверьте, правильно ли построены деревья для двух неупоря-
доченных массивов, состоящих из одинаковых элементов, но
расположенных в разном порядке, изображённых на рис. 2.9.9.
Определите, какие вершины являются корнем и листьями для
каждого дерева.
Придумайте метод обхода такого дерева, чтобы получить в резуль-
тате упорядоченный массив тех же данных.
Моделирование и формализация
203
Задание 9
На рис. 2.9.10 представлен фрагмент каталога диска. Для каж-
дого файла выпишите полный путь к нему.
Путь к файлу — это имя устройства, на котором находится файл,
и последовательный перечень подкаталогов, которые надо от-
крыть, чтобы достичь заданный файл. Например: С:\ DOS \ UTI-
LIT \ ndd.exe .
Имена подкаталогов указаны прописными буквами, имена фай-
лов — строчными.
Рис. 2.9.10
Каталог диска (фрагмент)
С:
-----DOC
----UTILIT
---- ndd.exe
---- fformat.com
---- SYSTEM
---- readme.txt
---- proba.exe
---- mif.sys
----- MYDOC
TEXT
---- PROZA
---- proza1.doc
---- proza2.doc
---- pismo1.doc
----RISUNKI
I--- emblema.bmp
204
Глава 2
§2.10. Адекватность модели объекту
ПОНЯТЬ
Модель строится, в частности, для того, чтобы получить
дополнительную информацию об объекте моделирования.
При этом подразумевается, что информация, полученная
при исследовании модели, может быть с той или иной сте-
пенью достоверности перенесена на объект. Необходимое
условие для перехода от исследования объекта к исследова-
нию модели и дальнейшего перенесения результатов на объ-
ект исследования — адекватность модели объекту.
Адекватность предполагает воспроизведение моделью с
необходимой полнотой всех характеристик объекта, сущест-
венных для цели моделирования.
Так как всякая модель имеет характер проекции, нельзя
говорить об абсолютной адекватности, при которой модель
по всем параметрам соответствует оригиналу, тем более ког-
да строятся модели природных или социальных явлений и
процессов (неконструктивных объектов). В этом случае
оценка степени сходства может опираться в основном на
оценку отличия от оригинала. При этом оценивание отли-
чия наталкивается естественным образом на большие труд-
ности, так как обычно невозможно использовать для сравне-
ния объект во всей его действительной целостности.
Поэтому говорить об адекватности в позитивном смысле
слова можно только по отношению к конструктивным объ-
ектам.
Адекватность достаточно просто установить в случае кон-
структивных (в частности, информационных) объектов. Для
этого необходимо сформулировать цель моделирования и
уточнить, какой из аспектов изучаемого объекта (внешний
вид, структура или поведение) представляет в данном слу-
чае интерес.
Пример. Рассмотрим маятник, состоящий из тяжелого груза, под-
вешенного на конце нити. Известно, что моделью колеба-
ний этого маятника может служить уравнение
х = Asin(aH)>
где х — отклонение от положения равновесия.
Адекватна ли эта модель поведению маятника?
Моделирование и формализация
205
Если посмотреть на колебания реального маятника, то
можно заметить, что со временем размах колебаний стано-
вится все меньше и в конце концов маятник останавливает-
ся. Уравнение х = Asin(co i) не предсказывает такого поведе-
ния.
Тем не менее, если ввести следующие ограничения:
• отклонение х от положения равновесия мало (малые ко-
лебания);
• время t наблюдения за маятником мало,
то приведённое уравнение достаточно хорошо будет описы-
вать поведение маятника, в чём можно убедиться с помо-
щью непосредственного эксперимента.
Можно сказать, что при соблюдении вышеназванных
условий уравнение х = A sin(co t) адекватно описывает дви-
жение реального маятника.
Задача становится существенно сложнее, если наблюдате-
лю доступны только модели изучаемого объекта, на основе
которых нужно сделать вывод о недоступном ему объекте.
Первая мысль состоит в том, чтобы сравнить имеющиеся
модели и попытаться выделить некоторые инвариантные
(одинаковые для всех моделей) моменты, которые, как мож-
но предположить, относятся и к самому объекту.
Пример. Хорошо известная серия картин Клода Моне представля-
ет собор в г. Руане в различные времена года и различное
время суток («Руанский собор в полдень», «Руанский со-
бор в сумерках» и др.). Несмотря на существенное разли-
чие этих образов (моделей) можно сделать определённые
достоверные выводы и о самом руанском соборе.
Пример. Как известно, ни одна разведслужба мира не пользуется
данными только одного источника. Каждый разведчик
даёт свое видение ситуации (свою модель). На основе
анализа многих таких моделей Центр делает заключение
о самом объекте (в данном случае строит гипотезу, кото-
рую надо ещё и проверить). Как известно, высадка анг-
ло-американских войск в Нормандии в 1944 г. опиралась
на тщательное изучение береговой линии, предпринятое
на основе анализа нескольких тысяч любительских фото-
графий.
Возможно обратное действие, когда дезинформирующее
сообщение помещалось в два независимых источника с
тем, чтобы потом его расценили как правдоподобное
(«дыма без огня не бывает»).
206
Глава 2
Пример. В качестве моделируемого объекта возьмем известное
стихотворение Д. Г. Байрона «Му soul is dark»:
Му soul is dark — Oh! quickly string
The harp I yet can brook to hear;
And let thy gentle fingers fling
Its melting murmurs o’er mine ear.
If in this heart a hope be dear,
That sound shall charm it forth again:
If in these eyes there lurk a tear,
’Twill flow, and cease to burn my brain.
В переводе M. Ю. Лермонтова он выгядит так:
Душа моя мрачна. Скорей, певец, скорей!
Вот арфа золотая:
Пускай персты твои, промчавшися по ней,
Пробудят в струнах звуки рая.
И если не навек надежды рок унёс, —
Они в груди моей проснутся,
И если есть в очах застывших капля слёз, —
Они растают и прольются.
Н. И. Гнедич перевел стихотворение по-другому:
Душе моей грустно. Спой песню, певец!
Любезен глас арфы душе и унылой...
Мой слух очаруй ты волшебством сердец,
Гармонии сладкой всемощною силой.
Можно вообразить и такой перевод:
Душа моя во тьме блуждает...
Давай споем, мой друг, скорей,
Пусть скрипка жалостно рыдает,
И сердцу будет веселей.
Если вы знаете английский язык, вам нетрудно устано-
вить, какой из переводов (моделей) адекватен оригиналу
(объекту моделирования), хотя вы, конечно, заметите,
что все предложенные переводы отличаются от оригина-
ла. Например, у Байрона не говорится, что арфа «золо-
тая», зато у Байрона царь Саул «сап brook to hear», чего,
например, у Лермонтова нет и т. д.
Если вы английского языка не знаете, то, сравнивая моде-
ли (переводы), можно многое узнать о стихотворении, но
сказать, какой из переводов ему адекватен, невозможно.
Рассуждения здесь могут быть примерно такие.
Очевидно, последний перевод заведомо не адекватен
стихотворению, поскольку он так неуклюж, что вряд ли
может соответствовать оригиналу, автором которого был
такой одарённый человек, как Джордж Гордон Байрон.
Таких вопросов не возникает по отношению к переводам
Лермонтова и Гнедича.
Моделирование и формализация
207
С другой стороны, мы знаем, что поэзия Байрона была од-
ним из ярчайших проявлений романтизма, а Гнедич был
представителем школы классицистов. В то же время Лер-
монтов, не будучи в литературе романтиком, всё же испы-
тал на себе влияние этого течения. На основании всего
вышесказанного можно предположить, что перевод Лер-
монтова, по-видимому, наиболее адекватен оригиналу.
Проблема оценки объекта по его моделям возникает по-
стоянно: при просмотре телевизионных программ, при чте-
нии книг, при выборах представителей власти и т. д. Но мо-
жет случиться так, что наблюдатель не имеет желания
(возможности для этого у него всегда есть) оценивать модели
или искать за ними какой-то объект. Здесь могут быть сле-
дующие ситуации:
а) наблюдателю доступна только одна модель;
б) наблюдателю доступны несколько моделей одного объ-
екта.
В случае а) наблюдатель, имея в распоряжении только
одну модель и не желая подвергать ее осмыслению, вольно
или невольно отождествит её с самим объектом.
В случае б) у наблюдателя есть возможность свободно пе-
реходить от одной модели к другой, как правило, не задава-
ясь вопросом о корректности такого перехода. При этом на-
блюдателю не важна ни степень адекватности этих моделей
реальному положению дел, ни даже то, что одна модель мо-
жет противоречить другой. Таким субъектом-наблюдателем
реальность подменяется некоторым набором моделей.
Пример. Различие пунктов а) и б) лежит в основе конструирова-
ния идеологий «тоталитарного» и «демократического»
образца (эти названия в значительной мере условны и не
отражают общепринятого смысла этих слов). Объектом
моделирования являются в этом случае общественные
отношения, а объектом воздействия — общественное со-
знание и мировоззрение отдельного человека.
«Тоталитарная» идеология стремится сформировать в об-
ществе единую модель мировоззрения и поведения, в ко-
торую заложены необходимые для этой идеологии пара-
метры. Претендуя при этом на роль не только модели, но
и объекта, она неизбежно должна включать элементы,
относящиеся к самому объекту.
«Демократическая» идеология, оперируя с несколькими
моделями, в принципе, способна дать более адекватный
взгляд на моделируемый объект. Однако эта же идеоло-
гия не поощряет человека к анализу моделей, призывая
его оставаться в рамках необременительного «плюрализ-
ма». В результате возникает хорошо известный феномен
208
Глава 2
«расщеплённого сознания», когда человек «живёт» сразу
в нескольких, несовместимых, а порой и прямо противо-
речащих друг другу моделях. В этом случае объект моде-
лирования, а вместе с ним и сама реальность полностью
«уплывает» из поля зрения человека. Сформированный в
такой идеологии человек хорошо чувствует себя в искус-
ственном мире Интернета, супермаркетов и биржевых
котировок. Однако он совершенно беспомощен перед ли-
цом реального мира и его законов, что хорошо видно на
примере действия всевозможных сект. К сожалению, в
сознании многих людей именно этот искусственный мир
ассоциируется с цивилизацией вообще.
В последнее время в «демократической» идеологии наби-
рают силу «тоталитарные» тенденции. Это делается на
основе выстраивания системы моделей, которые при ви-
димом разнообразии задают одну и ту же идеологическую
линию. Например, вполне определённые стереотипы пове-
дения, задаваемые мультсериалами Диснея, через одних
и тех же героев, переходя в комиксы, школьные тетради,
детские игрушки и т. д., целенаправленно прививаются
детям.
Несмотря на влияние той или иной идеологической сис-
темы, познание реальности есть неотъемлемое свойство че-
ловеческого духа. Даже имея в распоряжении только одну
модель, думающий человек может по многим косвенным
признакам успешно соотносить её с объектом моделирова-
ния, оценивать степень её адекватности и принимать реше-
ние о своих действиях, соответствующее собственным инте-
ресам, а не интересам «создателей» модели.
Какие же принципы и приёмы могут лежать в основе оце-
нивания степени адекватности модели объекту?
Пример. Вернёмся к первому примеру. Верно ли то, что уравне-
ние х = A sin(co t) будет по-прежнему адекватно описы-
вать малые колебания маятника, если он находится на
Луне? Прямое сравнение объекта и модели в данном слу-
чае исключено. Тем не менее, мы можем с некоторой по-
правкой — заменой значения константы g, входящей в
формулу подсчета частоты со, считать, что это уравнение
будет адекватно описывать малые колебания маятника и
на Луне. Заметим, что в соответствии с приведённым
выше уравнением при движении маятника выполняется
закон сохранения энергии, в чём можно убедиться пря-
мым подсчетом.
Устанавливая адекватность модели в новых условиях,
мы руководствовались общенаучным принципом соответ-
ствия, впервые отчётливо сформулированным великим
Моделирование и формализация
209
датским физиком Н. Бором — если корректно уточнить
адекватную модель (в данном случае с соблюдением зако-
на сохранения энергии) или область действия адекватной
модели, то в результате получится адекватная модель.
Пример. Построим модель схемы голосования, впервые рассмот-
ренную известным французским философом и математи-
ком М. Ж. Кондорсе (1743-1794).
Для того чтобы знать «волю большинства», достаточно
проранжировать кандидатов А, В, С в порядке их пред-
почтения: А лучше В, В лучше С, А лучше С. Эти утвер-
ждения будем обозначать А>В, В>С, А>С.
Вообразим выборный орган из шестидесяти голосующих,
разделившихся таким образом:
23 дали упорядочение А : > С ; > В;
19 дали упорядочение В > С > А;
16 дали упорядочение С > > В > > А;
2 дали упорядочение С > > А ; > В.
При сравнении А и В имеем: 23+2=25 голосов за то, что
А>В и 19+16=35 голосов, за то, что В>А. Можно предпо-
ложить, что это означает, что «В лучше чем А».
Аналогично, сравнивая А и С; В и С, приходим к выра-
жению «воли большинства»: С>В, В>А, С>А, то есть к
упорядочиванию С>В>А.
Если необходимо выбрать одного кандидата, то выбира-
ется С.
Несколько изменим соотношение голосов:
23 дали упорядочение А > В > С;
17 дали упорядочение В > С > А;
2 дали упорядочение В > А > С;
8 дали упорядочение С > В > А;
10 дали упорядочение С > А > В.
Тогда, за В>С поданы 23+17+2=42 голоса,
за С>А — 17+8+10=35 голосов,
за А>В — 23+10=33 голоса,
за С>В — 8+10=18 голосов,
за А>С — 23+2=25 голосов,
за В>А — 17+2+8=27 голосов.
В соответствии с законом большинства получаются три
утверждения:
В>С, С>А, А>В, но они противоречивы!
Таким образом, предложенную модель выбора «лучшего»
кандидата сложно рассматривать как адекватную воле боль-
шинства, поскольку на её основе нельзя сделать однозначно-
го вывода, а мы неявно предполагаем истинность логическо-
го принципа tertium non datur (третьего не дано).
Противоречие в данной модели говорит о том, что поня-
тие «воля большинства», которое является краеугольным
210
Глава 2
камнем демократических институтов, является далеко не
таким простым и очевидным.
Пример. Как известно, в классической физике понятие массы яв-
ляется мерой инертности тела, а также мерой его грави-
тационного взаимодействия.
Можно рассмотреть две теории, в первой из которых по-
нятия инертной и гравитационной массы в принципе мо-
гут численно различаться, поскольку это разные поня-
тия; во второй выполняется принцип эквивалентности
этих масс, предложенный А. Эйнштейном в 1910 г.
Какая из этих теорий более адекватна?
Разумеется, у Эйнштейна были различные аргументы
для введения этого принципа. Но один из них подразуме-
вает, что в реальности всё должно быть устроено как
можно проще. При этом простота вовсе не подразумевает
упрощённости. Принцип простоты лежит в основе пер-
вичной проверки адекватности научной теории объекту
исследования.
Пример. Аналогичная ситуация имела место в физике XVII века.
Тогда знали много различных видов электричества: ат-
мосферное электричество; электричество, образующееся
в янтаре, потёртом шерстью или сукном; электричество,
возникающее при химическом взаимодействии веществ
и так далее. Постепенно, однако, возникла мысль, что
всё должно быть устроено проще и в действительности
природа всех этих видов электричества одна и та же. Это
был первый шаг к построению современной теории элек-
тричетва.
Важным этапом развития этой теории были опыты дат-
ского физика Эрстеда, открывшего влияние электриче-
ского тока на магнитную стрелку. Из соображений сим-
метрии возникло предположение, что в природе должна
существовать и обратная зависимость: магнетизм дол-
жен «порождать» электричество. Руководствуясь этим
принципом, М. Фарадей после десяти лет эксперимен-
тов открыл явление электромагнитной индукции.
Принцип симметрии явился ещё одним научным прин-
ципом, позволяющим произвести первичную проверку
адекватности научных моделей.
Адекватность — весьма тонкое и многогранное понятие,
что видно из следующего примера.
Пример. Рассмотрим две ситуации.
Первая: вам описали внешность человека и вы узнали
его по этому описанию при встрече.
Вторая: вам описали внешность человека и вы не узнали
его при встрече по этому описанию.
Моделирование и формализация
211
Можно ли говорить, что первая модель адекватна моде-
лируемому объекту, а вторая — неадекватна? Вряд ли.
Скорее, можно говорить о том, что первая модель более
адекватна, чем вторая, то есть ввести сравнительную
оценку адекватности.
Заметим, что причина того, что вы не узнали человека по
описанию, может заключаться не в том, что описание
было несоответствующим (неадекватным) объекту, а в
особенностях вашего восприятия. И определённую роль
здесь играет выбранный способ формализации.
Словесное описание чаще всего бывает лишь частично
формализованным. Вспомните, насколько по-разному
можно понимать (трактовать) такие широко распро-
странённые в нашей обыденной речи выражения, как
«светло-карие глаза», «соль на кончике ножа», «лёгкая
походка».
Общение — это процесс передачи информации. Оно проте-
кает по той же схеме, что и любая передача информации:
есть источник, кодирующее устройство, канет связи со
своей пропускной способностью и помехозащищённостью,
декодирующее устройство, приёмник информации; каж-
дый из перечисленных элементов подвергается воздейст-
вию помех. В нашем случае «помехами» могут выступать
многозначность, неточность слов, используемых при опи-
сании внешности человека, и различные модели восприя-
тия информации у собеседников.
Если словесное описание строго формализовано, и прави-
ла этой формализации известны обоим собеседникам, то
только в этом случае, когда возможность различного тол-
кования одних и тех же слов-знаков сведена к миниму-
му, можно говорить об адекватности или неадекватности
описания объекту.
Понятие адекватности вырастает из нашего желания ви-
деть модель «равной», «тождественной» изучаемому объек-
ту. Разумеется, этот идеал недостижим, и мы познаём толь-
ко какую-то сторону объекта в зависимости от цели
моделирования и имеющихся у нас инструментов познания.
Оказывается, проще установить неадекватность модели,
то есть её несоответствие некоторым общим научным прици-
пам. Например, если в модели одновременно допустимы
утверждения А и не А, то эта модель заведомо неадекватна
(специальные случаи многозначных логик мы не рассматри-
ваем). Эти общие принципы не абсолютны, речь об этом
пойдёт в следующем параграфе.
Сам же принцип познания через отрицание называется
апофатическим принципом, который восходит к апофатиче-
212
Глава 2
ской теологии, теологии «умолчания», которая говорит о
Боге в отрицательной терминологии ( «Ты есть Бог невиди-
мый, неведомый, неизъяснимый, непостижимый»), помога-
ющей уяснить, чем Бог не является.
Апофатический принцип позволяет строго фиксировать
границы нашего познания и некоторые философы предска-
зывают, что этот принцип будет ведущим принципом позна-
ния в XXI веке.
Описание объектов через отрицание часто встреча-
ется в литературе. Им, например, часто пользовал-
ся замечательный русский поэт Е. А. Боратынский
(1800, Тамб. губ. - 1844, Спб.): «Мой неискусный
карандаш», «Лица необщим выраженьем» и т. д.
Если наблюдателю доступна только одна модель, вопрос о
её адекватности объекту принимается на основе фундамен-
тальных научных положений.
К фундаментальным положениям относятся следующие:
• непротиворечивость: невозможна одновременная истин-
ность высказывания (А) и противоречащего ему высказы-
вания (не А);
• закон достаточного основания: «...ни одно явление не мо-
жет оказаться истинным или действительным, ни одно
утверждение — справедливым без достаточного основа-
ния, почему дело обстоит именно так, а не иначе...»
(Г. В. Лейбниц);
• закон сохранения энергии: энергия поля + энергия объ-
екта = constant;
• закон сохранения вещества: вещество никуда не исчезает
и ниоткуда не возникает, оно только переходит из одного
состояния в другое;
• свойство симметрии: если какое-либо состояние (или про-
цесс) встречается в природе, то для него существует об-
ращённое во времени состояние (или процесс), который
также может реализоваться в природе.
Кроме того, адекватность модели оценивается на основе
общих эвристических принципов:
• принципа простоты: «не следут создавать сущности сверх
необходимости» (У. Оккам);
• принципа «лени» (в коммуникации): каждый говорящий
стремится сообщить как можно меньше информации, а
каждый слушающий, напротив, стремится получить её
Моделирование и формализация
213
как можно больше, чтобы самому меньше вдумываться в
смысл высказывания;
• принципа эстетики: «Физический закон должен быть ма-
тематически изящным» (Physical law would have mathe-
matical beauty) — такую надпись оставил на стене каби-
нета кафедры теоретической физики МГУ выдающийся
физик П. А. М. Дирак в 1956 году. Эта надпись может
служить иллюстрацией общего принципа эстетики.
• принципа соответствия: если корректно уточнить адек-
ватную модель или область действия адекватной модели,
то в результате получится адекватная модель.
Во всех случаях в основе этих принципов лежат осознан-
ные или не осознанные основные постулаты нашего миро-
воззрения.
W знать
.......................................
Адекватность предполагает воспроизведение моделью с
необходимой полнотой всех характеристик объекта, сущест-
венных для цели моделирования.
Для установления адекватности в случае конструктив-
ных, в том числе информационных моделей, необходимо
сформулировать цель моделирования и уточнить, какой из
аспектов изучаемого объекта (внешний вид, структура или
поведение) представляет в данном случае интерес. В этом
случае проблема адекватности сводится к установлению со-
ответствующего изоморфизма или гомоморфизма.
Если наблюдателю доступны разные модели объекта, но
недоступен сам объект, он может сравнить имеющиеся моде-
ли и выделить некоторые инвариантные (присутствующие
во всех моделях) моменты, которые с большой степенью до-
стоверности можно отнести к самому объекту.
Если наблюдателю доступна только одна модель, вопрос о
её адекватности объекту принимается на основе следующих
фундаментальных научных положений:
• непротиворечивость: невозможна одновременная истин-
ность высказывания (А) и противоречащего ему высказы-
вания (не А);
• закон достаточного основания: «...ни одно явление не мо-
жет оказаться истинным или действительным, ни одно
утверждение — справедливым без достаточного основа-
214
Глава 2
ния, почему дело обстоит именно так, а не иначе...»
(Г. В. Лейбниц);
• закон сохранения энергии: энергия поля + энергия объ-
екта = constant.
• закон сохранения вещества: вещество никуда не исчезает
и ниоткуда не "возникает, оно только переходит из одного
состояния в другое;
• свойство симметрии: если какое-либо состояние или про-
цесс встречается в природе, то для него существует об-
ращённое во времени состояние или процесс, который
также может реализоваться в природе.
Кроме того, адекватность модели оценивается на основе
общих эвристических принципов:
• принципа простоты;
• принципа «лени» в коммуникации;
• принципа эстетики;
• принципа соответствия: если корректно уточнить адек-
ватную модель или область действия адекватной модели,
то в результате получится адекватная модель.
уметь
& " -..................|<мммМ—И|-М|ГмМм1|ММЫ*.Мш>_мМ|||Мм<| II—^Г.!ДММ
Задание 1
Расмотрим следующие диалоги:
а) А. Когда родился Исаак Ньютон?
В. В 42 году.
А. Можно ли поточнее?
В. В 1642 г.
б) А. Когда родился Исаак Ньютон?
В. В 1642 году нашей эры.
в) А. Когда родился Исаак Ньютон?
В. В 1642 г.
Какой из диалогов построен в соответствии с «принципом лени»
и почему? Адекватно ли в данном случае этот принцип выражает
реальный диалог?
Задание 2
Рассмотрим упругое столкновение двух частиц с импульсами р±
и р2, которые после столкновения приобрели импульсы р3 и р4.
Для этих частиц справедлив закон сохранения импульса:
Р1+Р2=Рз+Р4-
Моделирование и формализация
215
Принцип симметрии говорит, что существует процесс с об-
ращённым временем (предположим, что мы засняли процесс
столкновения на плёнку и перемотали её в обратном наравлении).
Выполняется ли для этого процесса закон сохранения импульса?
Задание 3
Часто можно услышать, что некоторая теория (модель) противо-
речит фактам.
Предположим, что у нас только одна теория какого-нибудь явле-
ния. Можно ли эту теорию в принципе опровергнуть какими-ли-
бо фактами?
Задание 4
Предположим, что в государстве N нет математиков, а есть только
одни вычислители, придерживающиеся трёх научных направле-
ний. Последователи первого округляют результат по недостатку,
второго — по избытку. Третьи говорят, что можно округлять и по
недостатку, и по избытку в зависимости от задачи.
а) Есть ли надежда, что в N будет открыта арифметика;
б) Есть ли у N перспектива просуществовать хотя бы пятьдесят
лет.
вопрос-проблема
Являются ли физические законы симметричными по от-
ношению к пространственному отражению?
интересный факт
Существует замечательная связь между свойствами сим-
метрии физических объектов и законами сохранения, уста-
новленная немецким математиком Э. Нетер (1883-1935).
Теорема Нетер утверждает, что, если на действие любого
поля (то есть на величину, равную сумме величин
(£кин “ ^пот) ‘ п0 всемУ интервалу времени движения) на-
ложить требование неизменности при непрерывном преобра-
зовании симметрии, то существует характерная для этого
преобразования сохраняющаяся полевая величина. Непре-
рывным преобразованием является всякое преобразование,
216
Глава 2
которое можно получить, последовательно производя преоб-
разования, очень мало отличающиеся от тождественного.
Примерами непрерывных преобразований являются: дви-
жение (трансляция) во времени, перемещения и повороты в
пространстве.
В частности, для физики принципиально важно, чтобы её
законы были инвариантными по отношению к трансляции
во времени. Это значит, что результаты физических экспе-
риментов в будущем не должны меняться. Теорема Нетер
утверждает, что указанная инвариантность связана с зако-
ном сохранения энергии, который является следствием сим-
метрии законов физики по отношению к трансляции во вре-
мени. Аналогично, инвариатность относительно поворотов в
пространстве приводит к законом сохранения импульса.
Всякой симметрии присуща определённая эстетическая
ценность. Таким образом, мы видим, как в современной фи-
зике сочетаются принципы сохранения, симметрии и эсте-
тики.
Принцип простоты был известен еще в древние века.
Его в явном виде сформулировал философ XVI века Оккам в
виде наставления, получившего название «бритва Оккама»:
«Не плоди рассуждений больше сущности».
Иногда стремление к упрощению формулировки теории
бывает сильнее стремления к точности. Так, периодический
закон Менделеева в своей первой формулировке утверждал,
что свойства химических элементов являются периодически-
ми функциями их атомных весов. Ради такой простой форму-
лировки Д. И. Менделеев пренебрёг некоторыми противоре-
чащими ей фактами: тем, что аргон с атомным весом 39,94
стоит в таблице раньше калия, атомный вес которого 39,09,
так же как и аналогичными нарушениями закона между эле-
ментами 27 и 28, 52 и 53 и ещё в четырех местах таблицы.
Формулировка, которая содержала бы все эти оговорки, была
бы неприемлемо сложной. Это противоречие между точно-
стью и сложностью формулировки было устранено после
того, как удалось установить, что свойства элементов явля-
ются периодическими функциями не атомного веса, а вели-
чины заряда ядра. Исключений из этого простого закона в
таблице Менделеева нет.
Еще одним принципом проверки теории на адекватность
является «правило красоты», утверждающее, что из двух
во всём остальном одинаковых моделей надо выбирать более
красивую.
Моделирование и формализация
217
Примером, подтверждающим верность данного принципа,
может служить история открытия структуры молекулы
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), описанная в книге
Д. Д. Уотсона «Двойная спираль». На завершающей стадии
исследования была предпринята попытка сделать объёмную
модель молекулы ДНК. Для этого изготовили металические
шарики для всех атомов этой молекулы (химическая форму-
ла ДНК была известна). «Атомы» с положительной валентно-
стью имели штырьки, а с отрицательной — соответствующее
количество отверстий. Из этих элементов исследователям
удалось собрать модель, в которой были задействованы все
атомы и не было ни одного лишнего штырька или отверстия.
Всё в точности соответствовало составу молекулы. Однако
конструкторы модели после некоторого разглядывания её
единодушно решили: нет, эта модель не соответствует дейст-
вительности. Слишком уж она некрасива!
Модель разобрали и после нескольких попыток собрали
новую. Она, так же как и первая, соответствовала химиче-
ской формуле, но в отличие от неё была красива, изящна,
гармонична. Более поздние рентгеновские исследования
подтвердили, что натуральная молекула устроена именно
так, как вторая, более красивая модель.
«Красивая теория», «изящное доказательство» — такие
эпитеты часто употребляются при оценке научных результа-
тов. По И. Ефремову (см. его книгу «Лезвие бритвы») красо-
та прямо связана с целесообразностью: красиво то, что спо-
собствует выполнению основного целевого назначения
объекта. Исследователи в области промышленной эстетики
также подтверждают, что красивый станок более долговечен
и производителен, на нём легче и безопаснее работать.
расширь свой кругозор
Современный мир устроен таким образом, что сама реаль-
ность становится моделью, а модель — реальностью.
Это стало возможным благодаря развитию семиотики —
науки о знаках, и на основе тонких психологических наблю-
дений об особенностях восприятия разнообразной информа-
ции человеком. Например, известный кинорежиссёр
С. Эйзенштейн однажды сформулировал очень важную
218
Глава 2
мысль о монтаже кинокартины, заключающуюся в том, что
два произвольных куска отснятой плёнки, поставленные ря-
дом, соединяются в новое качество. Он выразил это следую-
щими словами: «Почему мы вообще монтируем? Даже са-
мые ярые противники монтажа согласятся: не потому, что
мы не располагаем плёнкой бесконечной длины и вынужде-
ны время от времени склеивать один ее кусок с другим...
Играя с кусками плёнки, мы обнаружили одно качество...
два каких-либо куска, поставленные рядом, неминуемо сое-
диняются в новое представление».
Используя эту закономерность, известный кинорежиссёр
С. Эйзенштейн сформулировал свои принципы киноискусст-
ва: «Разбить «в себе» заданное, аморфное нейтральное безот-
ностительное «бытие» события или явления — с тем, чтобы
вновь собрать его воедино, согласно тому взгляду на него,
который диктует мне моё к нему отношение, растущее из
моей идеологии, моего мировоззрения, являющегося нашим
мировоззрением, нашей идеологией. И собственно с этого
момента и начинается отличие от пассивного отражения яв-
лений действительности, истории, природы, событий, по-
ступков и действий; и складывается творимый живой дина-
мический образ, отличный от пассивного воспроизведения».
Одна из причин такого воздействия произведений кино-
искусства и искусства вообще заключается в том, что они
воспринимаются целиком (нельзя воспринимать, например,
картину по частям или слушать оперу до второго акта). В
искусстве же XX века особую силу приобрела тенденция со-
здания произведений искусства по методу науки: разъедине-
ние явления на части — моделирование под различными уг-
лами зрения (например звук, цвет, движение), а затем
соединение их в новый объект. Этот объект правильнее было
бы назвать моделью, но в силу специфики художественного
восприятия он видится не как модель, а как новый объект
реальности или даже как сама «новая реальность».
Ярким примером создания такой реальности могут слу-
жить произведения авангардистского искусства, например,
картины Эшера. В них, в определенной степени, решается
задача, обратная моделированию: на основе нескольких объ-
ектов, которые мы будем называть «моделями», строится
новый объект, иногда с весьма экзотическими свойствами.
Например, в рамках христианства, да и любой другой рели-
гии трудно представить объект, в котором на равных соеди-
нялись бы и «ангелы» и «бесы». Но посмотрим на картину
Эшера (рис. 2.10.1) — там это оказалось вполне возможным.
Моделирование и формализация
219
РИС. 2.10.1
Картина М. Эшера
«Рай и Ад»
Целенаправленное использование в искусстве, особенно в
так называемой «массовой культуре», современных инфор-
мационных технологий в значительной мере превратило ре-
альный мир в «виртуальный», функционирующий даже не
по законам природы, а по желанию влиятельных идеологи-
ческих течений.
§2.11. Модели мировоззрения
ПОНЯТЬ
Проверка адекватности модели моделируемому объекту и
целям моделирования опирается на законы и принципы, от-
носящиеся к нашему взгляду на мир в целом. Но эти прин-
ципы, как и наше мировоззрение, не являются абсолютны-
ми. Дело в том, что мир, который окружает нас, очень
велик. Мы можем непосредственно видеть только его малую
часть. Человеческое же сознание хочет иметь представление
обо всём мире в целом. Здесь и возникают модели особого
рода — модели мировоззрения, которые по большей части
называют не моделями, а философскими или богословскими
системами, научными теориями, парадигмами и пр.
Таким образом, проблема адекватности построенных
нами моделей сводится к проверке их соответствия модели
более высокого уровня - мировоззренческой модели мира (см.
рис. 2.11.1).
220
Глава 2
РИС. 2.11.1
Влияние
мировоззрения
на оценку адекватности
модели
Пример. Колыбелью европейской цивилизации была Греция, поэ-
тому мировосприятие древних греков оказало существен-
ное влияние и на наше мировоззрение.
По их представлению, вначале был Хаос — царство неор-
ганизованного и случайного. Ему противостоял создан-
ный богом Кроносом (Kpovog, Xpovog — время) упорядо-
ченный Космос. «Хаос, организуемый временем, есть
Космос», — говорил Платон. В переводе с греческого
Космос и означает «порядок», «украшение». (Интересно
отметить, что первоначально греки называли словом
«космос» убранную (украшенную) женщину, отсюда —
«косметика».)
Желание видеть мир в симметрии и гармонии — отличи-
тельная черта греческого мировоззрения. Даже само вре-
мя трактовалось как идеальное круговое движение не-
бесного свода. Поэтому вся человеческая жизнь и
человеческая история, хотя и находились в постоянном
движении, но всегда возвращались к исходной точке.
Чтобы познать такой упорядоченный мир, достаточно
найти его исходные аксиомы. «Мудрость есть знание на-
чал и причин» — говорил Аристотель. В таком случае и
сам инструмент познания — человеческая мысль — тоже
должна быть сведена к своим началам. Отсюда возникает
логика как наука о формах правильного мышления.
Аристотель первым предложил систему правильных, на
его взгляд, умозаключений, то есть построил модель
мышления. В итоге процесс познания всего мира свёлся
к поиску его немногочисленных начал (аксиом), из кото-
рых по правильным умозаключениям можно получить
истинное знание об исследуемом объекте.
Эта схема настолько хорошо известна, что кажется оче-
видной и применимой во всех ситуациях. Однако не сле-
дует забывать, что сама эта схема появилась внутри впол-
не определённой модели мира и только по отношению к
ней служит эффективным инструментом познания.
Пример. Примечательная модель мира существовала в древней
Индии. В древнеиндийской книге X века «Ригведа», что
Моделирование и формализация
221
в переводе означает «Книга гимнов», можно найти опи-
сание Вселенной как единого целого. Она представляется
безграничной плоской поверхностью — «обширным про-
странством». Эта поверхность накрыта сверху небом. А.
небо — это голубой, усеянный звёздами свод. Между не-
бом и землёй — «светящийся воздух».
Схожие модели мира существовали у многих народов. У
Пушкина в «Подражании корану» читаем:
«Земля недвижна — неба своды,
Творец, поддержаны тобой,
Да не падут на сушь и воды
И не подавят нас собой.»
И его же примечание: «Плохая физика; но зато какая
смелая поэзия».
Пример. Другим определяющим фактором нашего мировоззре-
ния является христианская, точнее, библейская тради-
ция.
Важнейшим моментом, отличающим её от греческого
миропонимания, является линейность, необратимость
времени. Мир был сотворён Богом из ничего, развертыва-
ется во времени и идёт к своему концу — Второму при-
шествию.
Это принципиально меняет миропонимание человека.
Круговорот времени лишал человека мысли о будущем.
«Лови день, менее всего доверяя следующему», — учил
Гораций. С появлением христианства в мир вошёл смысл
развития, у истории появилась цель.
Однако в мире, основанном на библейских началах, боль-
шинство современных научных принципов, на которые
мы привычно ориентируемся, проверяя модель на адек-
ватность, не выполняются. Например, принципы сохра-
нения массы, энергии, симметричности и др. Является
ли такой мир ущербным? Скорее всего, нет. Просто в нём
существуют другие ориентиры, труднопонимаемые чело-
веком, находящимся вне этого мировоззрения.
Пример. Человек издавна стремился построить модель своих рас-
суждений. Наиболее близкими нам являются построения
Аристотеля, заложившего основы формальной логики.
Суть его модели сводилась к 19 схемам силлогистическо-
го вывода, отражающим правильные, с его точки зрения,
умозаключения. Например:
Все люди смертны.
Сократ — человек,
Следовательно, Сократ смертен.
Модель Аристотеля не является единственно возможной.
Например, в средневековой Европе наряду с аристотелевой
развивалась и несколько иная логическая традиция, иду-
222
Глава 2
щая от Ветхого Завета. Умозаключения в ней делались, в
частности, по такой схеме:
За кражу полагается тюремное заключение до 5 лет.
Убийство — преступление, более опасное чем кража.
Следовательно, за убийство полагается тюремное"нака-
зание не менее 5 лет.
Необычны для нас логики Востока. Например, приёмы
рассуждений, культивировавшиеся в Китае, звучат так:
Солнце уходит — Луна приходит.
Луна уходит — Солнце приходит.
Следовательно, Солнце и Луна занимают место друг
друга — появляется понятие «свет».
Таким образом, при установлении адекватности модели
объекту мы прежде всего опираемся на наше мировоззре-
ние, хотя очень часто этого не замечаем. Мировоззрение,
также как язык, неотделимо от истории и культуры народа,
который является его носителем.
Пример. Современная картина (модель) мира удивительным, ино-
гда даже противоречивым образом соединяет черты ан-
тичной и библейской моделей.
Например, мы не утверждаем, что весь мир упорядочен и
организован, как это делали греки, но мы твердо убежде-
ны, что всё в нашем мире можно познать с помощью ло-
гики и математики. «Книга природы написана языком
математики», — утверждал еще Г. Галилей. Это положе-
ние, хотя и не упорядочивает мир в смысле древних гре-
ков, но дает вполне ясное его «упорядочивание» с точки
зрения познания.
В целом, современная научная картина мира опирается
на следующие основные положения:
* принцип редукционизма (лат. reductio — возвращение, ото- двигание назад) Возможность сведения более сложного к более простому. Это значит, что изучение более простого (например, модели) может что-то сказать и о самом объекте.
* принцип эволюции (лат. evolutio — развёртывание) Все высшие формы постепенно развились из низших форм. Это значит, что, анали- зируя поведение низших форм, можно прогнозировать поведение высших.
* принцип рациональности (лат. rationalis — разумный) Объекты реального мира можно познать с помощью логики и математики.
Эти принципы не являются абсолютными и составляют
основу только западноевропейского мировоззрения Нового
времени.
Моделирование и формализация
223
Мысль о том, что европейская модель (европейское миро-
воззрение) является наилучшей из всех возможных, состав-
ляет основу евроцентризма.
Однако существуют и другие мировоззренческие систе-
мы, отличные от западноевропейской, не менее целостные и
оригинальные, которые имеют полное право на существова-
ние. Выравнивание мировоззрений по одному «шаблону»
ведёт к обеднённому взгляду на мир и противоречит всем
этическим нормам.
Отличительной чертой современного научного мировоз-
зрения является системность.
В наибольшей степени системность свойственна филосо-
фии. Очень хорошо эту мысль выразил известный русский
философ и филолог конца прошлого века Н. Я. Гродт: «Фи-
лософия в отличие от науки и искусства стремится дать лю-
дям цельное мировоззрение и руководство к жизни, то есть
возможно полный итог знаний данного времени и руковод-
ство к их дальнейшему расширению и углублению, возмож-
но полное и гармоничное представление о мире, его внутрен-
нем механизме и значении, вместе с тем установлении начал
человеческого творчества, продолжающего творческую рабо-
ту природы, наконец, ясное и по возможности достоверное
определение конечного смысла мирового процесса и целей
человеческой деятельности».
С точки зрения становления научного мировоззрения в ис-
тории человечества можно выделить три основных периода.
1. Приблизительно до XVI века.
Характерные черты периода: здравый смысл, теоретизи-
рование, метод проб и ошибок, дедуктивные рассуждения и
опора на традицию.
2. Начало XVII века — середина XX века.
Характерные черты периода: особое внимание к экспе-
рименту, которое привело к возникновению очень сложной
иерархии специализированных дисциплин. На место древ-
него ученого-философа, такого как Аристотель, который
мог охватить практически всю совокупность доступных в
его время знаний, пришли поколения ученых, обладающих
всё большей глубиной знаний и всё большей узостью инте-
ресов. Каждая наука изучает объект (единый по сути) с
присущей ей точки зрения, всё полнее и подробнее раскры-
вая его отдельные свойства: механические, химические,
термодинамические, эволюционные и пр.
3. Примерно с середины XX века.
Характерные черты периода: возникновение системного
подхода и науки о системах, занимающейся свойствами от-
224
Глава 2
ношений, а не экспериментальными свойствами исследуемо-
го объекта.
Объект изучения рассматривается как система, то есть
как совокупность элементов, находящихся в определённых
отношениях или взаимосвязях друг с другом, образующих
целостность или органическое единство. Причём термин
«отношение» трактуется в самом широком смысле, включая
в себя такие понятия, как ограничение, структура, инфор-
мация, организация, соединение, сцепление, зависимость,
образец, причина и т. п.
Одной из главных особенностей современного этапа разви-
тия науки является появление и усиление влияния таких на-
учных направлений, как кибернетика, системный анализ, те-
ория информации, теория управления, математическая
теория систем, теория принятия решений, исследование опе-
раций и искусственный интеллект. Все эти области, появле-
ние и развитие которых тесно связано с возникновением и
прогрессом компьютерной техники и технологий, обладают
одним общим свойством — они имеют дело с такими систем-
ными задачами, в которых главенствующими являются ин-
формационные, реляционные и структурные аспекты, в то
время как тип сущностей, образующих систему, имеет значи-
тельно меньшее значение. Основным методом исследования в
этих областях является информационное моделирование.
Одной из задач курса информатики выступает формиро-
вание у учащихся системно-информационной картины
мира, то есть мировоззрения, основанного на системном и
информационном подходах к изучению окружающего мира.
Важность мировоззрения человека в жизни настолько ве-
лика, что с развитием информационной индустрии возникло
искушение конструировать его по вполне определённому
плану, имея в виду вполне определённые цели, используя
вполне определённые средства.
Пример. По-видимому, впервые искусственная информационная
конструкция в масштабах мировоззрения была создана в
фашистской Германии.
Технология создания «нужного» мировоззрения подроб-
на описана у лидеров Третьего Рейха. Так, например,
Гитлер в «Майн Кампф» называл ряд правил, которые
должны соблюдаться при создании искусственных ин-
формационных конструкций:
• избегать абстрактных идей, апеллировать к эмоциям;
• постоянно повторять несколько идей, используя сте-
реотипные фразы;
Моделирование и формализация
225
• останавливаться только на одной стороне аргумента-
ции;
• постоянно критиковать своих врагов;
• выбрать одного врага для отдельного поношения.
Геббельс также сформулировал правила упрощения, ко-
торые активно использовались (и используются) при со-
здании необходимых образов в массовом сознании.
«...Народные массы обычно гораздо примитивнее, чем
мы их себе представляем. Исходя из этого, пропаганда
всегда должна оставаться простой и однообразной. В
этой изнуряющей гонке лишь тот способен достичь
основных результатов в деле оказания воздействия на об-
щественное мнение, кто в состоянии свести все проблемы
к простейшей терминологии и у кого достанет мужества
постоянно повторять её в этой простейшей форме, не-
смотря на возражения интеллектуалов».
Знание этих приемов манипулирования общественным
сознанием, основанных на создании удобных для подобного
рода «идеологов» моделей мировоззрения и внедрении их в
повседневную жизнь, позволяет защитить себя, своё созна-
ние от воздействия ложных теорий. Умение же смотреть на
все явления окружающей жизни с разных точек зрения, не
замыкаясь в рамках одной модели мировоззрения, позволя-
ет адекватно оценивать ситуацию и принимать решения, по-
лезные и оптимальные для вас, а не для кого-то другого.
Jw знать
..........-.—..»»..
Адекватность модели моделируемому объекту определя-
ется:
• общими мировоззренческими установками;
• степенью подобия объекту моделирования;
• уровнем соответствия целям моделирования.
Мировоззрение, также как язык, неотделимо от истории
и культуры народа, который является его носителем.
Среди моделей мировоззрения, созданных разными циви-
лизациями в разное время, нет наилучшей и наихудшей —
их вообще нельзя упорядочивать. Каждая из них уникальна
и неповторима. Их можно принимать или не принимать, но
уважение к иным взглядам является неотъемлемой чертой
человеческой этики и культуры.
8 2793
226
Глава 2
Современная научная картина мира, составляющая осно-
ву западноевропейского мировоззрения Нового времени,
опирается на следующие основные положения:
• принцип редукционизма — возможность сведения более
сложного к более простому;
• принцип эволюции — анализируя поведение низших
форм, можно прогнозировать поведение высших;
• принцип рациональности — объекты реального мира
можно познать с помощью логики и математики.
Отличительной чертой современного научного мировоз-
зрения является системность, когда объект изучения (и сам
процесс исследования) рассматривается как система, то есть
как совокупность элементов, находящихся в определённых
отношениях или взаимосвязях друг с другом, образующих
целостность или органическое единство.
Одной из главных особенностей современного этапа раз-
вития науки стало усиление влияния таких научных на-
правлений, как кибернетика, системный анализ, теория ин-
формации, теория принятия решений, исследование
операций и искусственный интеллект, которые тесно связа-
ны с возникновением и прогрессом компьютерных техноло-
гий. Основным методом исследования в этих областях явля-
ется информационное моделирование.
уметь
Задание 1
Приведите примеры известных вам моделей мировоззрения от
древности до наших дней.
Задание 2
Сформулируйте в рамках терминологии моделирования и фор-
мализации (объект, цель, способ формализации и пр.), в чём
общность и в чём отличие научных, религиозных и обыденных
моделей мировоззрения.
Задание 3
Проблемы создания систем искусственного интеллекта (искус-
ственного разума) на базе компьютерных технологий требуют
разработки моделей человеческого интеллекта: способности
воспринимать информацию, оценивать её, делать выводы на
Моделирование и формализация
227
базе имеющейся неполной и неточной информации, распозна-
вать объекты (зрительные, звуковые и др. образы), проводить
семантический анализ текстов, оценивать возможные дальней-
шие шаги и обосновывать выбор тактики и стратегии поведения
и пр.
Как вы думаете, может ли создание систем искусственного ин-
теллекта не базироваться ни на какой мировоззренческой моде-
ли? А если нет, то какую мировоззренческую модель разработчи-
кам подобных систем целесообразно взять за основу? Ответ
обоснуйте.
Задание 4
Прежде чем сформулировать свои знаменитые законы движения
небесных тел (см. параграф 2.2) И. Кеплер предложил несколько
моделей, описывающих соотношение радиусов орбит планет
Солнечной системы. Одна из них заключалась в том, что эти ор-
биты соотносятся как вписанные друг в друга многогранники.
Подумайте, каким мировоззрением был продиктован такой под-
ход и в чём состоял научный подвиг Кеплера.
Задание 5
Подумайте, выполнялся ли в библейской картине мира прин-
цип непрерывности, который в формулировке его автора
Г. В. Лейбница звучал так: «Принцип этот состоит в том, что
свойства вещей всегда и повсюду являются такими же, каковы
они здесь и сейчас». Ответ обоснуйте.
Задание 6
Ранее вы познакомились с некоторыми фундаментальными на-
учными положениями (законами и принципами), на которых
следует основываться при установлении адекватности модели
объекту. Перенесите следующую таблицу в рабочую тетрадь и
отметьте в ней те законы и принципы, которые допустимы для
оценки адекватности моделей в рамках различных систем миро-
воззрения (в последнюю колонку впишите еще одну модель, наи-
более известную вам):
Законы и принципы Модели мировоззрения
Древне- греческая Библей- ская Естественно- научная ?
Закон непротиворечия
Закон достаточного основания
Закон сохранения энергии
Закон сохранения вещества
Принцип симметрии
Принцип простоты
228
Глава 2
Принцип эстетики
Принцип «лени» в коммуникации
Принцип соответствия
Принцип редукционизма
Принцип эволюции
Принцип рациональности
Принцип системности
(\jJH вопрос-проблема
1. Если наше мировоззрение является моделью, можем ли
мы говорить о его адекватности? Что в этом случае явля-
ется объектом моделирования? Какова цель моделирова-
ния? Какие критерии (оценки) адекватности можно при-
менять в этом случае?
2. В настоящее время очень много людей верят в реинкарна-
цию, то есть возможность переселения души человека по-
сле его смерти в другое живое существо. В какой из упо-
мянутых выше фундаментальных систем мировоззрения
допустим такой взгляд и на какую основную идею он опи-
рается?
интересным факт
Примеры моделей можно увидеть в негласных правилах
мыслей, чувств, поведения, которые приняты в данной куль-
туре.
Рассмотрим отношение китайцев и англо-американцев к
проявлению положительных и отрицательных чувств.
Возьмём фрагмент текста китайского трактата:
Чувства радости и гнева губительны для духа;
холод и жара губительны для тела,
при несдержании в радости и гневе
холод и жара превосходят всякую меру
и жизнь перестаёт быть безопасной.
Уделять внимание Инь и Янь следует в равной сте-
пени.
Моделирование и формализация
229
Этот отрывок даёт следующую модель:
«Если кто-то часто чувствует что-то очень плохое,
это плохо для данного лица.
Если кто-то часто чувствует что-то очень хорошее,
это плохо для данного лица».
Для англо-американцев модель той же ситуации другая:
«Для данного лица хорошо чувствовать что-то хорошее
все время».
Далее, англо-американская культура поощряет своих но-
сителей говорить о том, что ты сам хочешь, и давать другим
людям право выбора. Это может быть сформулировано в
виде следующей модели:
«Каждый может говорить другим людям: Я хочу это-
го, я не хочу этого. Хорошо говорить другим людям: Я
хочу знать, что ты хочешь».
Японская культура, напротив, настаивает на почти про-
тивоположной модели:
«Я не могу говорить людям: Я хочу этого, я не хочу
этого».
Не поощряются в японской культуре и вопросы к другим
людям о том, чего они хотят. Скорее всего, вам приходится
угадывать потребности других и стараться удовлетворить
их, не заставляя других людей говорить что бы то ни было
по этому поводу.
расширь свой кругозор
Современный мир часто видится находящимся в движе-
нии к некой единой универсальной цивилизации, «мировой
деревне», которая мыслится наилучшей моделью общества,
выработанной человечеством.
Такой взгляд, как мы уже говорили, вызывает сомнения,
поскольку среди моделей, в том числе и моделей общества,
нет «наилучших» и «наихудших». С этим мнением соглас-
ны и многие ведущие западные социологи. Например, в
1993 году появилась известная статья С. Ханингтона
«Схватка цивилизаций», в которой он сформулировал наи-
более реалистичную концепцию современного мира.
Согласно Ханингтону «в ближайшие десятилетия на ми-
ровой арене произойдёт схватка цивилизаций, которая ста-
нет последней фазой в развитии процесса конфликтов в со-
230
Глава 2
временном мире». С этой точкой зрения можно соглашаться
или не соглашаться. Главное же для нас в исследовании
Ханнингтона заключается в том, что весь современный мир
он мыслит как совокупность несводимых друг к другу пре-
дельно общих моделей — цивилизаций.
В настоящее время, по Ханингтону, в мире существуют
следующие цивилизации: западная, славянско-православ-
ная, конфуцианская (китайская), японская, исламская, ин-
дуистская, латиноамериканская и африканская. Наиболее
мощными представляются: Запад (Западная Европа и
США), Россия, Китай, исламский мир. Каждая из этих ци-
вилизаций является внутренне самодостаточным в культур-
ном, экономическом, демографическом и военном отноше-
нии суперэтносом (термин русского историка и этнографа
Л. Н. Гумилева).
При этом Ханингтон подчёркивает, что западная цивили-
зация претендует на гегемонию в мировом масштабе, что, по
его мнению, ведет к её неизбежному столкновению с другими
цивилизациями. «В настоящее время, — пишет он, — Запад
находится в высшей точке своего развития. Его оппонент по
статусу сверхдержавы (СССР) ушел со сцены. Он доминирует
в международных политических и экономических организа-
циях. Вопросы мировой политики эффективно решаются ди-
ректоратом в составе США, Британии и Франции, а мировые
экономические вопросы — директоратом в составе США, Гер-
мании и Японии. Решения, принимаемые в Совете Безопас-
ности ООН или в Международном валютном фонде и отража-
ющие интересы Запада, представляются миру как
отражающие чаяния всего мирового сообщества...»
Примечательны мысли Ханнигтона об «универсальной
модели общества»: «Сама идея о том, что возможна «все-
мирная цивилизация» — это выдумка Запада. Концепции
западного мира самым радикальным образом отличаются от
концепций других цивилизаций. Западные идеи индивидуа-
лизма, либерализма, конституционализма, прав человека,
равенства, свободы, главенства закона, демократии, свобод-
ной экономики, отделения церкви от государства имеют
очень малый резонанс в культурах православия, ислама,
конфуцианства, буддизма и индуизма...»
Приведённый пример показывает, что, опираясь на поня-
тие модели и пользуясь простейшими соображениями о мо-
делировании (в данном случае о несравнимости моделей),
можно гораздо лучше понять проблемы современного обще-
ства.
Глава 3
Компьютер как средство
обработки информации
§3.1. Является ли компьютер
информационной моделью человека?
В предыдущих главах мы рассмотрели основные вопросы,
связанные с принципиальными для информатики понятия-
ми информационных процессов, моделирования и формали-
зации.
Однако современная информатика не мыслится без
компьютера. Что такое компьютер как техническое устрой-
ство вы отчасти уже знаете и узнаете больше из следующих
параграфов данной главы.
В этом же параграфе мы попытаемся взглянуть на компь-
ютер как на информационную модель и, более того, как на
феномен человеческой культуры.
Обработка информации человеком
и компьютером
Вам уже известно, что в компьютере есть процессор, ко-
торый перерабатывает информацию, память, состоящая из
отдельных ячеек, где эта информация хранится, устройств
ввода/вывода, где информация преобразуется в удобный для
компьютера/пользователя вид.
Оказывается, человек хранит и преобразует информацию
совсем не так, как компьютер.
232
Глава 3
Информация приходит к человеку по нескольким основ-
ным каналам. Наиболее очевидный и общепризнанный —
органы чувств. Кроме того, мы получаем информацию с по-
мощью воображения (абстрактного мышления) и генетиче-
ским путем. Поступая в сознание разными путями, инфор-
мация хранится в упакованном одним и тем же способом
виде и воздействует на нашу жизнь с помощью одного и того
же механизма. Раскрыть его действие стараются специали-
сты разных отраслей знания.
Например, гипотеза нейрофизиолога К. Прибрама состо-
ит в том, что вне зависимости от способа получения инфор-
мация распределяется в сознании равномерно, как на голог-
рафической пластинке. Как известно, одним из замечатель-
ных свойств голограммы является возможность воспроизве-
дения всей записанной информации по ее фрагменту, что
важно, например, тогда, когда голографическая пластинка
оказывается разбитой. При освещении осколка пластинки
мы видим то же, что видели бы при работе с оригиналом (це-
лой пластинкой), хотя менее четко.
«Голографичность» памяти означает, что в ней не сущест-
вует особых «ячеек» для каждого вида информации, в одних
из которых хранятся, например, воспоминания о детстве
или друзьях, в других — математические теоремы, доказан-
ные в VIII классе и т. п.
Как видим, такая модель принципиально отлична от спо-
соба представления информации в компьютере и она позво-
ляет объяснить высокое быстродействие памяти, несмотря
на наличие огромного числа нервных связей и соединений в
мозге и на большой объём хранимой памятью информации.
Поэтому голографическая теория организации информации
в памяти человека является одним из наиболее достоверных
ответов на основные для современной науки вопросы:
• Как связываются и сохраняются в памяти следы воспри-
нимаемых и переживаемых событий?
• Как удаётся человеку найти и извлечь из памяти необхо-
димую информацию, в том числе объединяющую различ-
ные сигналы?
• Какова, наконец, организация самой системы памяти?
Голографическая теория организации памяти была вос-
принята в научных кругах неоднозначно. Так, например,
известные психологи П. Линдсей и Д. Норман отмечают,
что эта теория (по сути — модель) не объясняет множество
фактов, относящихся к памяти. Тем не менее, голографиче-
ская теория адекватно описывает целостную связанность
Компьютер как средство обработки информации
233
мозга, объясняет быстроту выполнения мыслительных опе-
раций, показывает богатство потенциальных возможностей
памяти. В настоящее время эта модель имеет большое число
авторитетных сторонников в научных кругах.
Обмен информацией между людьми и между
компьютерами
Соединив несколько компьютеров локальной сетью или
подключившись к Интернету, мы имеем возможность орга-
низовывать информационный обмен данными между ними.
В процессе общения люди обмениваются информацией
совершенно не так, как это происходит в компьютерных се-
тях.
Дело в том, что в процессе жизни человеческий организм
применяет способы преобразования информации, направ-
ленные на выделение при приёме той её части, которая
адекватна его жизненным задачам. Как правило, эти меха-
низмы неосознаваемы самим человеком, эта их особенность
помогает минимизировать энергетические затраты организ-
ма.
Большую роль в процессе фильтрования существенной
информации от информационного шума играют так называ-
емые резонансные информационные барьеры, которые уже
на самом раннем этапе способны отличать, резонирует ли
(сочетается ли) информация с потребностями человека. По-
нятие информационного резонанса с психологической точки
зрения является основным понятием для установления меж-
личностных отношений, делового сотрудничества и пр.
Пример. В качестве примера информационного резонанса можно
привести эпизод объяснения в любви Кити и Левина —
героев романа Л. Н. Толстого «Анна Каренина» (угады-
вание фразы по началу слова). Даже не читавший это
произведение человек интуитивно, на основании жиз-
ненного опыта знает, что при использовании устной или
письменной речи далеко не всегда удаётся донести
мысль до собеседника, что потери информации при об-
щении обычно очень велики. Поэтому в особенно важ-
ные моменты жизни возникает особое «сверхпонима-
ние», не укладывающееся в письменную или устную
речь. Это и есть информационный резонанс.
Таким образом, при информационном резонансе сущест-
венная информация передаётся не с помощью «материаль-
ных» носителей (слов, жестов и пр.), а каким-то иным обра-
234
Глава 3
зом. По аналогии с физикой возникает гипотеза об
«информационных полях», хотя в данном случае проблема
значительно сложнее.
Старайтесь не быть прямолинейными. Например,
летчик и писатель Р. Бах высказал такую мысль:
«Все ваше тело от кончика одного крыла до кончи-
ка другого, — снова и снова повторял Джонатан
(чайка — прим, авторов), — это не что иное, как
ваша мысль, выраженная в форме, доступной ва-
шему зрению. Разбейте цепи, сковывающие вашу
мысль, и вы разобьете цепи, сковывающие ваше
тело...» (Бах Р. «Чайка по имени Джонатан Ливин-
гстон».)
Особенности восприятия информации при работе
с книгой и экраном дисплея
Примечательно сравнение отношения к информации, ко-
торую вы получаете из книги и с экрана компьютера, поль-
зуясь информационными технологиями.
Книга приглашает к вживанию в неё, активности души,
углублению духовного опыта, развитию воображения и вы-
явлению многих ассоциативных связей. Чтение — это все-
гда внутренний диалог читателя и автора. Читатель может
не соглашаться с автором, спорить с ним. (Известно, что все
свои книги Иммануил Кант первоначально писал как заме-
чания на полях прочитанных книг. Интересно отметить, что
книги тогда печатались с большими полями — специально
для заметок.)
Информационные и компьютерные технологии требуют,
в основном, лишь напряжения внимания и логики мышле-
ния. Иногда можно слышать слова о диалоге чело-
век - компьютер. Однако этот программно оформленный
диалог имеет совсем другую природу. Все вопросы и ответы
в нём заранее предусмотрены и просчитаны. Это — «диа-
лог», в котором всё предрешено и в котором не происходит
настоящего общения. Он лишен главного свойства диало-
га — спонтанности, непредсказуемости, с помощью которой
и формируется впечатление о встрече. Подобный диалог —
подделка «под человека», попытка гуманизации компьютер-
ной техники и не более того.
Компьютер как средство обработки информации
235
знать
Информационные процессы протекают в человеческом со-
знании существенно иначе, чем в компьютере.
Компьютер хранит информацию в отдельных ячейках,
которым присвоены адреса. Человек, по гипотезе К. При-
брама, хранит информацию в виде трёхмерных неделимых
форм аналогично тому, как это делается на голографиче-
ских пластинках.
В процессе общения человек во многом опирается на ин-
формационный резонанс, который позволяет установить
межличностное общение на уровне «сверхпонимания», без
опоры на какой-либо язык. Для компьютера такая ситуация
принципиально невозможна.
Восприятие информации при работе с книгой идёт на
фоне внутреннего диалога, направление которого выбирает
читатель. Восприятие информации при работе с компьюте-
ром тоже носит название «диалог», но этот диалог жёстко
задан алгоритмом, в соответствии с которым работает про-
грамма.
уметь
Задание 1
Мир, лишённый красок, был бы совсем иным. Краски всегда
украшали и изменяли мир. Назовите экологические, физиологи-
ческие и информационные функции, которые выполняют крас-
ки в жизни человека. Можно ли сказать, что более 16 миллионов
оттенков, которые воспроизводятся на экране современных дис-
плеев, полностью передают все краски мира? Или правы те, кто
считает, что любое компьютерное изображение, сколь искусно
бы оно ни было создано, всё равно не передаст всех нюансов ут-
ренней зари или света луны «сквозь волнистые туманы»?
Задание 2
Опишите одну из ярких картин, находящихся в вашей памяти.
Можно ли её назвать голографической? Как эту картину вашей
памяти перенести в компьютер? Возможно ли это сделать в пол-
ном объёме?
236
Глава 3
Задание 3
Приведите примеры различия выполнения информационных
процессов человеком и компьютером.
Задание 4
Приведите свои примеры для сравнения возможностей компью-
тера и человека по сбору, хранению, передаче, кодированию, об-
работке, защите информации.
расширь свой кругозор
Развитие средств информатизации тесно связано с про-
грессирующей технизацией культуры, со стихийно развива-
ющимся процессом приспособления человека к языку ма-
шины.
Этому всегда сопутствует выхолащивание духовных ком-
понентов человеческой деятельности, сведение её к чисто
механической работе. Достаточно привести лишь некоторые
примеры, характеризующие отличительные черты этого
процесса.
1. Внедрение калькуляторных методов во все сферы чело-
веческой деятельности, в том числе и культуру.
Параллельно с этим происходит коммерциализация всей
интеллектуальной и культурной жизни человека: всё, что
может быть исчислено, может быть куплено и продано. Од-
нако даже сфера экономики и финансов — казалось бы,
классическая сфера расчёта — не поддается полному перево-
ду на «количественный язык» (об этом ярко сказал в своей
книге «Алхимия финансов» известный финансист Дж. Со-
рос). Тот, кто учитывает в экономике ее «неколичествен-
ные» факторы — творческую заинтересованность, гордость
за престиж фирмы, национальной марки и так далее («япон-
ская модель») — нередко получает большее преимущество в
конкурентной борьбе.
Коммерчески-калькуляторные методы оценки распро-
страняются даже на сферу искусства. Так появляются такие
оценки, как «самый дорогой фильм» (затраченные средст-
ва), «самый кассовый фильм» (прибыль от проката), всерьёз
претендующие на роль универсальных оценок кинопродук-
ции. Своеобразной кульминацией этой тенденции служит в
Компьютер как средство обработки информации
237
сфере права понятие «материальной (денежной) компенса-
ции за моральный ущерб».
2. Возрастание роли тестирующих программ во всех сфе-
рах обучения.
Тестовая система обучения действительно помогает быст-
ро и объективно оценить уровень знаний обучаемых. Однако
«живое» общение преподавателя и ученика на экзамене час-
то позволяет ученику более полно проявить себя, а учите-
лю — дать более объективную оценку знаний. Вообще, в
преподавании и учении всегда присутствуют нравственные и
духовные аспекты, которые при обращении с машиной пол-
ностью исчезают.
3. Большая роль идеи mathesis universalies (универсаль-
ного языка), идущей еще от «Великого искусства» Раймона
Луллия (1233-1315) в истории возникновения информатики
и компьютера.
Весь XVI век был занят напряжёнными поисками удоб-
ной системы обозначений для создания «универсального ис-
числения». В XVII веке новый импульс этой идее дал Р. Де-
карт своим методом аналитической геометрии и
Г. В. Лейбниц, который всерьёз начал строить свой вариант
«универсального языка». На этом пути он и создал свой
«адамов язык» (язык «О» и «1»), который и послужил одной
из основ computer science.
§3.2 . Устройство компьютера
ПОНЯТЬ
Когда Чарльз Бэббидж разрабатывал аналитическую
счётную машину в тридцатых годах XIX века, он предполо-
жил, что для успешной работы необходимы как минимум
следующие устройства:
• устройство для обработки данных, в котором непосредст-
венно осуществляются вычисления («мельница»);
• устройство для хранения данных («склад»);
• устройство для управления процессом вычислений («кон-
тора») (рис. 3.2.1).
238
Глава 3
Рис. 3.2.1
Архитектура аналитической
счётной машины с точки
зрения Ч. Бэббиджа
Разработке Бэббиджа не суждено было воплотиться в дей-
ствующей модели, но идеи о закреплении отдельных опера-
ций процесса вычислений за разными специализированными
устройствами получили дальнейшее развитие в принципах,
на которых основывалась архитектура компьютеров, тради-
ционно называемых принципами фон Неймана (сороковые
годы XX века).
Архитектура ЭВМ — это общее описание структуры и
функций ЭВМ, её ресурсов.
Ресурсы ЭВМ — средства вычислительной системы, кото-
рые могут быть выделены процессу обработки данных на
определённый интервал времени. К ресурсам ЭВМ традици-
онно относят объём доступной памяти, процессорное время
и др.
Начиная с первых ЭВМ, реализовывалась схема взаимодей-
ствия устройств компьютера, представленная на рис. 3.2.2.
Рис. 3.2.2. Схема взаимодействий устройств компьютера
согласно архитектуре фон Неймана
Обозначения: УУ — устройство управления;
АЛУ — арифметико-логическое устройство
Развитие ЭВМ с момента их появления происходило бы-
стрыми темпами. Модернизировались существующие
устройства и разрабатывались новые, появлялись более со-
Компьютер как средство обработки информации
239
вершенные конструктивные решения для обеспечения взаи-
мосвязи отдельных устройств между собой — то есть архи-
тектура ЭВМ постоянно совершенствовалась. На смену
большим ЭВМ пришли мини-ЭВМ, а затем и персональные
компьютеры (ПК). Сохраняя общие принципы архитектуры,
каждая новая модель компьютеров обладала определёнными
отличительными признаками.
Задайте сегодня вопрос «Какие устройства входят в со-
став персонального компьютера?» разным людям и, скорее
всего, вы получите различные ответы.
Самый краткий ответ будет такой: в состав компьютера
входит системный блок, клавиатура и дисплей (монитор)
(рис. 3.2.3).
Рис. 3.2.3
Базовый комплект
персонального компьютера
Возможно, кто-то добавит, что в состав ПК входят ещё ма-
нипулятор «мышь» и принтер, а кто-то будет утверждать, что
не представляет себе ПК без джойстика, модема и сканера.
Специалист по электронике на вопрос об устройстве ПК
ответит, что есть центральные (процессор, память) и пери-
ферийные устройства, которые соединены между собой и об-
мениваются информацией посредством информационной ма-
гистрали — системной шины (рис. 3.2.4). Центральные
Центральные
устройства
Устройства
сопряжения
Периферийные
устройства
Рис. 3.2.4. Схема архитектуры ПК, основанной
на магистрально-модульном принципе
Обозначения: НГМД — накопитель на гибких магнитных дисках (дисковод флоп-
пи-диска); Винчестер (НЖМД) — накопитель на жестких магнитных дисках
240
Глава 3
устройства подсоединены к шине непосредственно, а пери-
ферийные — через устройства сопряжения (контроллеры
или адаптеры). Таким образом, ПК состоит из отдельных
модулей, объединяемых посредством системной магистрали.
Модули можно заменять на более современные, можно так-
же добавлять новые модули. Такой принцип организации
архитектуры называется магистрально-модульным.
Инженер-конструктор вычислительной техники скорее
всего уточнит, что основу компьютера составляет находяща-
яся в системном блоке системная (так называемая материн-
ская) плата, на которой размещены системные (централь-
ные) устройства компьютера — процессор и память (опе-
ративная и постоянная), соединённые между собой систем-
ной шиной (информационной магистралью), к которой под-
соединяются контроллеры {адаптеры) всех периферий-
ных устройств, подключаемых к компьютеру (рис. 3.2.5).
При этом периферийными считаются и клавиатура, и мони-
тор, и винчестер, и дисководы, и модем, и манипуляторы, и
сканер, и видеокамера, и так далее. При этом специалист
отметит, что дополнительные устройства, позволяющие по-
льзователю компьютера слушать музыку, смотреть видеоро-
лики и делать много других полезных вещей, подключаются
через специальные платы расширения. Невозможна работа
компьютера и без таких вспомогательных (с точки зрения
процесса обработки информации) устройств, как блок пита-
ния, система охлаждения и пр.
Системный блок компьютера
Системная (материнская) плата
Блок
питания
Контроллер
клавиатуры
Центральный
ПРОЦЕССОР
Математический
сопроцессор
Оперативная
память
ПЗУ
Система
>хлаждени
Системная магистраль
(шина данных + адресная шина + шина управления)
Жесткий диск
(винчестер)
Адаптер
монитора
Контроллеры
доп. устройств
Адаптер
портов
Контроллеры
дисков
Дисководы для
гибких дисков,
компакт-дисков,
Клавиатура . — г \ Монитор < > Доп.устройства (стример, модем, сканер и пр.)
Устройства, подключаемые
через порты (принтер,
мышь, джойстик и пр.)
Рис. 3.2.5. Схема аппаратной части компьютера
Компьютер как средство обработки информации
241
Примечание. Адаптер монитора (видеоадаптер) часто так-
же располагается на системной плате.
Но поскольку мы с вами — пользователи ПК, то нас его
устройство интересует больше с точки зрения того, как орга-
низуются информационные процессы, а именно, ввод, хра-
нение, передача, обработка, вывод информации, и какие
устройства их обеспечивают.
Как правило, каждое устройство компьютера имеет опре-
делённое назначение и относится к тому или иному классу.
Все устройства даже одного класса отличаются друг от дру-
га. Например, монитор может быть большим или малень-
ким по размеру, цветным или монохромным, плоским или
объёмным, с защитным экраном или без него, на жидких
кристаллах или на светодиодах.
В следующих параграфах мы будем характеризовать
устройства компьютера по следующим признакам: класс
устройств (название), назначение, принципы работы, осо-
бенности, основные технические (пользовательские) харак-
теристики (потребительские свойства), программная поддер-
жка.
Повышение технических характеристик устройств —
это улучшение их потребительских свойств. Среди всех
свойств мы будем рассматривать только основные с точки
зрения пользователя.
Кроме того, любое устройство без программной поддерж-
ки — это просто «железо». Чтобы оно работало, нужны спе-
циальные программы (для управления каждым устройст-
вом — своя). Такие программы называются драйверами
(от английского drive — приводить в движение, управ-
лять).
Так как техника и технология развиваются очень быстро,
то приводить точные технические характеристики для каж-
дого конкретного устройства — значит снабжать вас уста-
ревшей информацией, тем не менее динамика их изменения
часто бывает очень красноречива.
Компьютер предназначен для обработки самой различной
информации. Большинство устройств компьютера работают
со всеми видами информации, но есть и специализирующие-
ся на конкретных видах (текстовой, числовой, графической,
звуковой, управляющей).
242
Глава 3
W знать
Архитектура ЭВМ — это общее описание структуры и
функций ЭВМ, её ресурсов.
Ресурсы ЭВМ — средства вычислительной системы, кото-
рые могут быть выделены процессу обработки данных на
определённый интервал времени. К ресурсам ЭВМ традици-
онно относят объём доступной памяти, процессорное время
и др.
При разработке принципов архитектуры компьютеров
широко используется идея о закреплении разных операций
процесса решения задачи (процесса вычислений) за разны-
ми специализированными устройствами.
К центральным (системным) устройствам ПК относятся
прежде всего центральный процессор и оперативная память.
Периферийными устройствами компьютера являются:
дисплей, клавиатура, манипуляторы — мышь, джойстик,
световое перо и т. п., винчестер, дисководы — для гибких
дисков, компакт-дисков и т. п., принтер, плоттер, сканер,
модем и пр.
Архитектура современных персональных компьютеров
основана на магистрально-модульном принципе. В соот-
ветствии с этим принципом ПК состоит из отдельных заме-
няемых устройств и эти устройства взаимодействуют между
собой (обмениваются информацией) через системную (ин-
формационную) магистраль.
Системная магистраль предназначена для передачи
данных, адресов, команд управления.
Центральные устройства подсоединены к шине непосред-
ственно, а периферийные — через устройства сопряжения
(контроллеры или адаптеры).
Устройства компьютера целесообразно характеризовать
по следующим признакам: класс устройств (название), на-
значение, принципы работы, основные технические харак-
теристики (пользовательские характеристики, потребитель-
ские свойства), особенности, программная поддержка.
Компьютер как средство обработки информации
243
Для того чтобы устройства работали в комплексе, нужны
специальные программы управления устройством (для каж-
дого устройства — своя). Такие программы называются
драйверами.
§3.3 . Устройства ввода информации
Клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик), сканер
ПОНЯТЬ
Название: КЛАВИАТУРА.
Первое, с чего начинается общение любого пользователя с
компьютером — это клавиатура и монитор. Клавиатура
пока остается основным средством ввода информации.
Назначение: ввод алфавитно-цифровых символов, управ-
ление курсором.
Курсор — специальный значок на экране дисплея
(чёрточка, стрелка, подсвеченный прямоугольник, крестик
и пр.), который отмечает место, где появится символ,
введённый с клавиатуры, или обозначение команды (про-
граммы, документа), которую надо выполнить.
Принцип работы. Клавиши клавиатуры подключены к
матрице контактов. Каждой клавише или комбинации кла-
виш присвоен свой номер (код). Внутри клавиатуры нахо-
дится отдельный микропроцессор. Каждое нажатие на кла-
вишу замыкает контакт. При этом в соответствии с
матрицей контактов микропроцессор генерирует код нажа-
той клавиши. Этот код запоминается в специальной области
(буфере микропроцессора) и становится доступным для об-
работки программными средствами.
Клавиатуры бывают механические, полумеханические и
мембранные. Одни клавиатуры при нажатии на клавишу из-
дают механический щелчок, другие — молчат.
Основные пользовательские характеристики (табл. 3.3.1):
• количество нажатий каждой клавиши до ее отказа,
• дизайн и удобство в работе (эргономичность).
244
Глава 3
Таблица 3.3.1. Характеристики клавиатур
Тип клавиатуры Максимальное коли- чество нажатий для каждой клавиши Преимущества, применение
Мембранная 20 млн Практически бесшумная, для обычного пользователя
Полумеханическая 50 млн Интенсивный ввод текстовой информации
Механическая 100 млн Ввод информации осуществляется длительное время
Программная поддержка. Драйвер клавиатуры, как пра-
вило, поставляется вместе с операционной системой. Эта
программа позволяет пользователю выбрать алфавит, осу-
ществить раскладку клавиш.
Полезные советы для пользователей XXI века.
Многие наверняка сталкивались с ситуацией, ког-
да западающие клавиши не вводили нужную букву
или команду. Везде, где работа на компьютере
связана с интенсивным вводом текстовой инфор-
мации и некогда отвлекаться на проблемы с кла-
вишами, следует принять во внимание ту гаран-
тию, которую даёт производитель по количеству
нажатий каждой клавиши.
При выборе клавиатуры необходимо учесть, что
клавиатура с контактами в виде плёнок очень не-
надёжна и при интенсивном использовании может
отказать уже через полгода после приобретения.
Поэтому стоит обратить внимание на клавиатуру с
металлическими контактами, а лучше — бескон-
тактную (например, с магнитными датчиками).
Название: МАНИПУЛЯТОР МЫШЬ.
Назначение: управление курсором (указателем) мыши,
ввод управляющей информации.
С появлением графических оболочек мышь стала необхо-
димой для эффективной работы на компьютере.
Принцип работы. Мышь — небольшая коробочка с кноп-
ками. В ней — шарик, катающийся по поверхности стола. К
шарику прижаты два взаимно перпендикулярных ролика,
которые он вращает. Датчики поворота ролика передают
сигналы в компьютер (рис. 3.3.1). «Хвост» из проводов, по
которым идут сигналы, дал устройству имя «мышь». Кур-
Компьютер как средство обработки информации
245
сор мыши управляется перемещением мыши по столу.
Управляющая информация вводится нажатием на кнопки
мыши.
Мыши бывают одно-, двух-, трёхкнопочные. Они могут
соединяться с компьютером проводом или при помощи ра-
диопередатчиков (беспроводные). Существуют оптические
мыши без шарика, оснащённые фотоэлементами, и оптоме-
ханические мыши (рис. 3.3.1). Разновидностью мыши мож-
но считать трэкбол (trackball), который можно сравнить с
мышью, которая лежит на спине шарообразным брюшком
вверх.
Рис. 3.3.1
Принцип действия
оптико-механической мыши
1 — ведущий валик;
2 , 3 — валики вертикального
и горизонтального
перемещения;
4 — фотоэлементы;
5 — диски с прорезями;
6 — источники света
Основные пользовательские характеристики:
• количество нажатий кнопки до её отказа;
• реакция на движение руки или баллистический эффект;
• разрешающий шаг (разрешение);
• дизайн и удобство в работе (эргономичность).
Разрешение измеряется в dpi (dot per inch — количество
точек на дюйм). Если мышь имеет разрешение 900 dpi и её
передвинули на 1 дюйм (2,53 см) вправо, то привод мыши
получает через микроконтроллер информацию о смещении
на 900 единиц вправо. Нормальное разрешение мыши — от
200 до 900 dpi.
Баллистическим эффектом называется зависимость точ-
ности позиционирования мыши от скорости её перемеще-
ния.
Программная поддержка. Драйвер мыши поставляется
вместе с устройством. Современные операционные системы
содержат драйверы для большинства манипуляторов этого
типа и автоматически при включении компьютера подбира-
ют наиболее подходящий из них.
246
Глава 3
Интересный факт для пользователей XXI века.
Вошла в историю мышь с 41 кнопкой! Она создава-
лась специально для компьютерных чертёжных си-
стем и содержала всё для этих систем полезное,
вплоть до калькулятора. Но обращаться с нею было
так неудобно, что пригодилось это чудо разве что
для книги рекордов Гиннесса.
Название: СКАНЕР.
Назначение. Сканер — устройство для перевода графиче-
ской информации в цифровую. Функция сканера — получе-
ние электронной копии документа, созданного на бумаге.
Ввод данных в компьютер — это одна из самых утомитель-
ных и подверженных ошибкам операций, сканеры облегчают
эту работу.
Принцип работы. Лампа освещает сканируемый текст,
отражённые лучи попадают на фотоэлемент, состоящий из
множества светочувствительных ячеек. Каждая из них под
действием света приобретает электрический заряд. Анало-
го-цифровой преобразователь ставит в соответствие каждой
ячейке числовое значение, и эти данные передаются в
компьютер.
Сканеры бывают ручные, портативно-страничные, план-
шетно-офисные, сетевые (скоростные), широкоформатные;
они могут быть чёрно-белые (до 64 оттенков серого) и цвет-
ные (256-16 млн цветов).
Ручные сканеры внешне напоминают «мышь» большого
размера, которую пользователь двигает по сканируемому
изображению. Однако ручное перемещение устройства по бу-
маге, небольшой размер охватываемой области сканирования
не обеспечивают достаточной скорости и требуют тщательной
состыковки отдельных участков изображения.
К настольным сканерам относятся планшетные, роли-
ковые (портативно-страничные), барабанные и проекцион-
ные сканеры.
Основной отличительный признак планшетного скане-
ра — сканирующая головка перемещается относительно не-
подвижной бумаги. Они просты и удобны в эксплуатации,
позволяют сканировать изображения как с отдельных лис-
тов, так и с книг, журналов.
У портативно-страничных сканеров бумага перемеща-
ется относительно сканирующей головки. Они довольно
компактны, но отсканировать с их помощью рисунок из
Компьютер как средство обработки информации
247
книги вряд ли получится. Этот тип сканеров используется
для ввода страниц документов форматом от визитной кар-
точки до А4, система автоматической подачи бумаги обеспе-
чивает равномерное сканирование по всей ширине листа.
Основные пользовательские характеристики (табл. 3.3.2):
• разрешающая способность (оптическое разрешение), то
есть количество распознаваемых точек (пикселей) на
дюйм (измеряется в ppi — pixels per inch);
• скорость сканирования — показатель быстродействия,
который равен времени, затрачиваемому на обработку од-
ной строки изображения;
• размеры сканируемого листа (область сканирования);
• разрядность битового представления — определяет мак-
симальное число цветов или оттенков серого, которые мо-
жет воспринимать сканер.
Таблица 3.3.2. Характеристики сканеров
Пользовательские характеристики Типы сканеров
Ручные Портативно- страничные Планшетные
Разрешающая способность 400-800 ppi 600 ppi 600-1200 ppi
Кол-во цветов 2 (чёрно-белые) — 16,7 млн 2 (чёрно-белые) — 16,7 млн 2 (чёрно-белые) — 16,7 млн
Число градаций серого цвета 64-256 256 256
Скорость сканирования, листов/мин 3-8 листов/мин до 15 листов/мин до 30 листов/мин
Программная поддержка. Драйвер сканера предназначен
для управления процессом сканирования и настройки основ-
ных параметров сканера. Иногда драйверы дополняются
средствами манипулирования отсканированными изображе-
ниями (изменить яркость, контрастность и т. п.). Сканеры
могут использоваться для простого переноса картинок (фо-
тографий, рисунков и пр.) в память компьютера или на эк-
ран дисплея, или же для быстрого ввода текстовых докумен-
тов. Во втором случае из графического изображения
необходимо выделить (распознать) буквы, цифры, пробелы,
знаки табуляции, столбцы, то есть перевести изображение в
текстовый формат. Распознанный текст занимает гораздо
меньше места на диске, чем его отсканированный оригинал.
Для преобразования отсканированных текстов в текстовые
248
Глава 3
коды предназначены программы оптического распознавания
символов (OCR — Optical Character Recognition).
Кроме того, к устройствам ввода информации относятся:
• джойстик — предназначен для ввода управляющей ин-
формации, чаще всего применяется в области компьютер-
ных игр;
• световое перо — предназначено для ввода управляющей
(совместно с дисплеем) или графической (совместно с ди-
гитайзером) информации;
• дигитайзер (со световым пером) — устройство для про-
фессиональных графических работ, преобразует в вектор-
ный формат изображение, полученное в результате пере-
движения руки оператора;
• устройство речевого ввода — микрофон с подключени-
ем к аналого-цифровому преобразователю;
• цифровые видеокамеры и др.
у*
знать
Основные устройства ввода описаны в табл. 3.3.3.
Таблица 3.3.3. Основные устройства ввода информации
Название Назначение Основные характеристики
Клавиатура Ввод алфавитно-циф- ровых символов, управление курсором • количество нажатий каждой клави- ши до её отказа; • дизайн и удобство в работе (эргономичность)
Мышь Управление курсором мыши, ввод управляю- щей информации • количество нажатий кнопки до её отказа; • разрешающий шаг (разрешение); • дизайн и удобство в работе (эргоно- мичность)
Сканер Получение электрон- ной копии документа, созданного на бумаге • разрешающая способность (оптиче- ское разрешение); • скорость сканирования; • размеры сканируемого листа; • разрядность битового представления (число цветов или оттенков серого
Компьютер как средство обработки информации
249
К устройствам ввода информации также относятся:
• джойстик;
• световое перо;
• дигитайзер;
• микрофон;
• цифровые видеокамеры и др.
Важной характеристикой устройств ввода, вывода и ото-
бражения информации является разрешающая способность
или разрешение.
Разрешение измеряется:
• в dpi (dot per inch — количество точек на дюйм), иногда
говорят в ppi (pixels per inch — количество пикселей на
дюйм);
• в cpi (characters per inch — количество символов на
дюйм).
Пиксель (pixel от picture element — элемент рисунка) —
минимальная единица изображения, цвет и яркость которой
можно задать независимо от остального изображения.
§3.4. Устройства вывода информации
Принтеры, плоттеры, акустические системы
понять
Название: ПРИНТЕР.
Назначение. Печатающее устройство для получения
«твёрдой» копии документа.
Современные принтеры позволяют печатать на различной
бумаге, на конвертах, специальных этикетках и ярлыках,
особой полиграфической плёнке, ткани. Печать может быть
как однотонной, так и цветной.
Принцип работы. Все печатающие устройства подразде-
ляются:
• по способу формирования изображений на построчные,
точечно-матричные, страничные;
• по принципу работы на ударные, игольчатые (удар-
но-матричные), струйные, лазерные, термографиче-
ские.
250
Глава 3
В построчных принтерах на печатающей планке форми-
руется сразу вся строка. Каждый символ строки выбирается
из готовых литер, которые запрессованы или отлиты на спе-
циальных пластинках (как в пишущих машинках).
В точечно-матричных устройствах печать осуществляется
при помощи особой печатающей головки, которая имеет
либо несколько игл (обычно 9 или 24) либо сопла для чер-
нил. Головка передвигается горизонтально над бумагой и от-
дельные иглы или сопла, подчиняясь командам компьюте-
ра, наносят на поверхность листа краску (либо ударяя по
носителю через красящую ленту, либо «выстреливая» из
сопла капельку чернил).
К страничным устройствам печати относятся в основном
лазерные принтеры. Сначала они формируют образ полной
страницы в своей памяти (именно поэтому им нужно так
много памяти: от 0,5 Мб до десятков мегабайтов при цвет-
ной печати).
Изображение в лазерном принтере создается лазерным
лучом на светочувствительном барабане внутри принтера.
Там, где луч засвечивает поверхность барабана, возникает
сильный электрический разряд и в результате электростати-
ческого взаимодействия в это место притягиваются пылин-
ки сухой краски — тонера. При прокатывании листа бумаги
вдоль барабана рисунок переносится на бумагу, а затем фик-
сируется за счёт нагрева или давления. В некоторых моде-
лях принтеров вместо лазера с успехом используются свето-
диоды, однако все принтеры, устроенные по такому
принципу, принято называть лазерными. Схема лазерного
принтера изображена на рис. 3.4.1.
Рис. 3.4.1
Функциональная схема
лазерного принтера
1 — фотобарабан;
2 — барабан-девелопер;
3 — резервуар с тонером;
4 — провод разряда;
5 — лазер;
6 — отклоняющее зеркало;
7 — ролик очистки;
8 — механизм заряда;
9 — фиксирующие
цилиндры;
10 — коронирующий провод
Компьютер как средство обработки информации
251
Струйные принтеры чрезвычайно надёжны и весьма не-
прихотливы к качеству бумаги. Их производительность за-
метно выше, чем у матричных принтеров. Работают они на-
столько бесшумно, что фирма Canon в маркетинге своих
струйных принтеров даже пользуется рекламным девизом
«The Sound of Silence» — «звучание тишины».
Лазерные принтеры работают очень тихо и значительно
быстрее игольчатых и струйных принтеров и дают отпечат-
ки замечательного качества — очень чёткие, контрастные.
Благодаря такому качеству печати, страницы, отпечатанные
на лазерном принтере, могут служить полиграфическим ма-
кетом для изготовления печатных форм.
Цветные лазерные принтеры пока не идеальны. Для по-
лучения цветного изображения с качеством, близким к фо-
тографическому, используются термографические принтеры
или, как их ещё называют, цветные принтеры высокого
класса. Основу печати составляет нагрев красителя и пере-
нос его на бумагу в жидкой или газообразной форме.
Основные пользовательские характеристики (табл. 3.4.1,
3.4.2):
• Разрешающая способность — число точек на дюйм (изме-
ряется в dpi) или, для игольчатых принтеров, число сим-
волов на дюйм (cpi). Например, разрешение 600 dpi озна-
чает, что точка может быть помещена в любую из 600
позиций в пределах одного дюйма. При этом нельзя забы-
вать, что разрешение зависит от качества бумаги;
• Скорость печати определяется двумя факторами — вре-
менем механической протяжки бумаги и скоростью обра-
ботки поступающих данных. Для матричных и струйных
принтеров измеряется в знаках в секунду — cps (charac-
ters per second), для струйных и лазерных — в страницах
в минуту;
• Объём памяти. Принтеры, как правило, оборудованы
процессором и внутренней памятью (буфером), которые
принимают и обрабатывают данные. Действует правило:
чем больше памяти, тем лучше;
• Сроки службы печатающей головки, картриджа, бараба-
на определяются в документации к конкретной модели
принтера.
252
Глава 3
Таблица 3.4.1. Основные пользовательские характеристики
принтеров
Типы принтеров
Игольчатые Струйные Лазерные Термографиче- ские
Разрешаю- щая способ- ность 10-20 cpi 360-720 dpi 300-600 dpi 300-600 dpi
Скорость печати 200-400 cps 200-800 cps; 2-8 страни- цы в минуту 4-24 страницы в минуту 0,1-0,7 страниц/мин
Объём памяти 4-64 Кб 4-64 Кб 1-8 Мб 1-16 Мб
Таблица 3.4.2. Характеристики принтеров по расходным
материалам
Наименование Ресурс
Печатающая головка 9-48 игл 100-300 млн символов
Красящая лента 3 млн символов
Чёрный картридж (струйный) 500-1100 страниц
Цветной картридж (струйный) 250-700 страниц
Чёрный картридж (лазерный) 3000-20 000 страниц
Программная поддержка. Драйверы принтеров непрерыв-
но развиваются. Есть драйверы, поддерживающие работу це-
лого класса принтеров; для некоторых принтеров использу-
ются только специальные драйверы. Как правило, при
покупке принтера редко нужно заботиться о его драйвере, по-
скольку в настоящее время операционные системы имеют об-
ширный набор драйверов принтеров.
О. ' Документ, так же как внешний вид сотрудников и
' чистота помещения, определяет лицо офиса. Кра-
сивые, тщательно оформленные бумаги убеждают
во внимании фирмы к деталям своего бизнеса.
Приятно взять в руки аккуратные, без грамматиче-
ских ошибок документы. Поэтому сегодня все бо-
льшее значение придается качеству печати, всё
больше усилий прилагается для того, чтобы сде-
лать договор, контракт, коммерческое предложе-
ние или отчёт внешне привлекательными.
Компьютер как средство обработки информации
253
Название: ПЛОТТЕР или ГРАФОПОСТРОИТЕЛЬ.
Назначение. Плоттер является устройством вывода, кото-
рое применяется только в специальных областях. Он пред-
назначен для вывода таких графических материалов, как
чертежи, графики, схемы, диаграммы, входящие в комп-
лект конструкторской или технологической документации.
Принцип работы. Пишущий узел имеет несколько штиф-
тов для закрепления специальных фломастеров. Штифты
могут подниматься над бумагой (линия не рисуется) или
опускаться для рисования. Узел перемещается вдоль бумаги
по специальным направляющим (рис. 3.4.2).
Рис. 3.4.2
Плоттер
планшетного типа
Плоттеры бывают планшетными и рулонными.
В планшетных плоттерах пишущий узел перемещает-
ся (в плоскости) над неподвижной бумагой. Например, если
необходимо провести линию, то печатающий узел переме-
щается в ее начальную точку, опускается штифт с пером, со-
ответствующим толщине и цвету проводимой линии, и за-
тем перо перемещается до конечной точки линии.
В рулонных (барабанных) плоттерах лист бумаги пе-
ремещается (в одном из направлений) с помощью ролико-
вых прижимов, а пишущий узел перемещается не в плоско-
сти, а по одной линии (в направлении, перпендикулярном к
перемещению бумаги). Такие плоттеры могут создавать
длинные (до нескольких метров) рисунки и чертежи.
Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого
типа, в котором используются специальные фломастеры.
Кроме них могут применяться чернильные, шариковые «пе-
рья», рапидографы и др.
254
Глава 3
В последнее время на базе перьевых плоттеров были со-
зданы режущие плоттеры. В них пишущий узел заменён на
резак. Буквы или знаки из самоклеющейся плёнки, полу-
ченные с помощью режущего плоттера, можно увидеть на
витринах, вывесках, указателях.
Основные пользовательские характеристики:
• максимальный размер изображения;
• допустимые типы и ширина линий (сплошные,
штрих-пунктирные и пр.);
• набор используемых шрифтов;
• скорость рисования.
Программная поддержка. Плоттеры обычно используют-
ся с программами систем автоматизированного проектирова-
ния (AutoCad, ArchiCad и пр.), которые и формируют про-
граммы управления перемещением пишущего узла.
Название: АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (АС).
Назначение и конструкция. Преобразует электрический
сигнал в акустические колебания — звук.
Состоит, как правило, из нескольких звуковых колонок,
каждая из которых может иметь один или несколько дина-
миков. Стереофоническая АС должна включать не менее
двух колонок.
Основные пользовательские характеристики:
• количество колонок и динамиков;
• выходная мощность — зависит от технических характе-
ристик усилителя и динамиков. Для индивидуального
прослушивания достаточно мощности 10 Вт, для обеспе-
чения хорошей слышимости на лекциях или презентаци-
ях для большой аудитории мощность может приближать-
ся к 30 Вт на канал;
• диапазон воспроизводимых частот.
Компьютер как средство обработки информации
255
знать
мл.»
Таблица 3.4.3. Основные устройства вывода информации
Название Назначение Основные характеристики
Принтер Вывод на бумагу, плёнку алфавитно-циф- ровой и графической информации • Разрешающая способность; • скорость печати; • объём памяти; • срок службы печатающей голов- ки, картриджа, барабана
Плоттер Вывод на бумагу, плёнку чертежей, схем, графиков и т. п. • Максимальный размер изображе- ния; • допустимые типы и ширина ли- ний (сплошные, штрих-пунктир- ные и пр.); • набор используемых шрифтов; • скорость рисования
Акустическая система Вывод звуковой информации • Количество колонок и динами- ков; • выходная мощность; • диапазон выводимых частот
Рис. 3.4.3
Классификация принтеров
256
Глава 3
§3.5. Устройства отображения
информации
Дисплей (монитор), видеокарта
Название: ДИСПЛЕЙ, МОНИТОР.
Дисплей (англ, display — показывать) относится к основ-
ным устройствам любого ПК, без которого невозможна эф-
фективная работа. Можно, конечно, выводить всю необходи-
мую пользователю информацию о работе и состоянии
системы на печатающее устройство (так оно и было в пер-
вых моделях ЭВМ), но это длительный и не очень нагляд-
ный процесс. Наиболее важная отличительная особенность
современных компьютеров заключается в возможности поч-
ти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального
времени) между системой и пользователем. В большинстве
систем это взаимодействие осуществляется при помощи кла-
виатуры (и/или манипуляторов) и экрана дисплея. В про-
цессе работы на экране дисплея отображаются как вводи-
мые пользователем команды и данные, так и реакция
системы на них.
Назначение. Устройство визуального отображения ин-
формации или, более точно, устройство отображения инфор-
мации, находящейся в оперативной памяти, позволяющее
обеспечить взаимодействие пользователя с аппаратным и
программным обеспечением компьютера. Дисплей — это
важнейший компонент пользовательского интерфейса.
Исторически сложилось так, что устройство отображения
информации называют и дисплеем, и монитором (видеомо-
нитором), и терминалом (видеотерминалом). Эти термины
часто используются как синонимы, хотя каждое конкретное
название используется, чтобы подчеркнуть, высветить тре-
буемую особенность применения устройства.
Дисплей — это общее название устройства, показываю-
щего, отображающего информацию. Под управлением ЭВМ
в качестве дисплея может работать даже бытовой телевизор.
Казалось бы, проблема решена — есть устройство, позволя-
ющее быстро отображать состояние системы. Однако оказа-
Компьютер как средство обработки информации
257
лось, что при продолжительной работе с ним пользователь
быстро устаёт: это устройство существенно влияет на работо-
способность, эмоциональный настрой, самочувствие и спо-
собно даже привести к потере зрения. Возникла необходи-
мость оптимизировать характеристики экрана, добиться бо-
лее чёткого и устойчивого изображения, чтобы избежать из-
лишней утомляемости. Были разработаны специализиро-
ванные устройства — мониторы, контролирующие про-
цесс отображения (англ, monitor — староста в классе, на-
блюдающий за порядком; корректирующее или управляю-
щее устройство).
Клавиатуру и монитор можно связать с компьютером как
отдельные устройства или соединить их в терминал, связан-
ный с компьютером как единое целое. Обычно терминалы
используются в системах коллективного пользования, когда
с одним и тем же центральным компьютером одновременно
работают много пользователей. Это называется работой в ре-
жиме удаленного доступа.
Принцип работы. Так как информация бывает разной, то
используются разнообразные устройства отображения ин-
формации. Краткая классификация дисплеев приведена на
рис. 3.5.1.
Отличие алфавитно-цифровых (иногда говорят «знакоме-
стных») и графических дисплеев состоит в том, что:
• первые способны воспроизводить только ограниченный
набор символов, причём символы могут выводиться толь-
ко в определенные позиции экрана (чаще всего на экран
можно вывести 24 или 25 строк по 40 или 80 символов в
строке);
Рис. 3.5.1
Виды дисплеев
9- 2793
258
Глава 3
• вторые отображают как графическую, так и текстовую
информацию, при этом экран разбит на множество точек
(пикселей), каждая из которых может иметь тот или
иной цвет. Из этих светящихся точек и формируется
изображение.
Монохромные устройства способны воспроизводить ин-
формацию только в каком-либо одном цвете, возможно, с
различными оттенками (градациями яркости). Встречаются
чёрно-белые экраны, а также зелёно-желтые. Многие специа-
листы признают, что для длительной работы за компьютером
лучше использовать монохромный дисплей: глаза при этом
устают намного меньше.
Цветные дисплеи обеспечивают отображение информа-
ции в нескольких оттенках цвета (от 16 оттенков до более
чем 16 млн). Фактически, современные дисплеи могут ото-
бражать столько оттенков, сколько позволяет видеокарта,
память которой хранит информацию о цветах точек экрана.
Как образуются цвета на экране современного дисп-
лея?
Изображение состоит из отдельных зёрен экрана. Каждое
зерно экрана состоит из трех пятнышек люминофора, одно
из которых может светиться красным цветом (англ. Red),
второе — зелёным (англ. Green), третье — синим (англ.
Blue); каждое из этих пятнышек может и не светиться (быть
темным). Комбинация красного и зелёного цветов дает
жёлтый цвет, синего и зелёного — голубой, синего и красно-
го — пурпурный, комбинация всех трёх цветов одной ярко-
сти дает белый цвет, отсутствие всех цветов дает чёрный
цвет. Любой оттенок, различимый человеческим глазом,
можно получить, «смешивая» эти три цвета в той или иной
пропорции. Как такового смешения цветов не происходит —
физически каждое пятнышко располагается на определен-
ном месте. Особенность зрения человека состоит в том, что
на некотором расстоянии от экрана он воспринимает близко
расположенные цветовые точки различной яркости как еди-
ный элемент — пиксель. Цвет пикселя является результа-
том смешения в восприятии основных составляющих его
цветов. Такая модель цветообразования называется RGB-мо-
делью.
Наиболее распространены дисплеи на электронно-луче-
вой трубке (ЭЛТ). Большинство персональных компьютеров
оснащено в основном ЭЛТ-дисплеями. Они работают подоб-
но бытовому телевизору.
Компьютер как средство обработки информации
259
Под воздействием электрических полей в « электронной
пушке» разгоняется поток электронов. Далее при помощи
электромагнитных полей пучок отклоняется в нужную сто-
рону. Затем, проходя через апертурную решётку, этот поток
фокусируется, доходит до экрана и заставляет светиться ма-
ленькое пятнышко люминофора (зерно экрана) с яркостью,
пропорциональной интенсивности пучка. Так работают мо-
нохромные устройства. В цветных мониторах зерно экрана
составляют три пятнышка люминофора разного цвета (крас-
ного, зелёного и синего) и потоки электронов посылаются
тремя «пушками», причём электронный луч для каждого
цвета должен попадать на свой люминофор.
Преимущества: современные ЭЛТ-дисплеи имеют высо-
кое качество изображения, достаточно дёшевы и надёжны.
Недостатки: такие дисплеи достаточно громоздки, по-
требляют много энергии, имеют более высокий уровень из-
лучения, чем дисплеи других типов.
Жидкокристаллические дисплеи (Liquid-Crystal Display),
или LCD-дисплеи. Их действие основано на эффекте потери
жидкими кристаллами своей прозрачности при пропуска-
нии через них электрического тока. Применяются преиму-
щественно в портативных компьютерах (notebook).
Преимущества: жидкокристаллические дисплеи не созда-
ют вредного для здоровья пользователя излучения, наиболее
экономичны в потреблении энергии, обеспечивают хорошее
качество изображения.
Недостатки: такие дисплеи достаточно дороги, небольшие
(14”) размеры экрана; если смотреть на экран сбоку, то поч-
ти ничего нельзя разглядеть.
Газо-плазменные дисплеи (plasma displays). Действие
основано на свечении газа при пропускании через него элек-
трического тока. Схема такова: имеются два листа, между
ними инертный газ; один из листов прозрачный, а на втором
расположены электроды, на которые подаётся напряжение.
Обычно газо-плазменные индикаторы состоят из нескольких
подобных элементарных ячеек, число точек в каждой из ко-
торых подобрано наиболее оптимальным образом для ото-
бражения одиночных символов. (Выглядит это примерно
так же, как часы в метро.) Эти дисплеи применяются в
основном в специализированных ЭВМ для отображения
строк символов.
Светодиодные матрицы (LED-дисплеи). Обычно применя-
ются во встроенных ЭВМ (используемых в автоматизирован-
ных линиях на промышленном производстве, в робототех-
260
Глава 3
нике и так далее) для отображения небольших объёмов
текстовой информации.
Перспективная разработка — панели на основе светя-
щихся пластмасс (LEP-панели). Чем хороши LEP-элемен-
ты? Во-первых, они светятся сами, что снижает энергопот-
ребление. Кусочки пластика, излучающего красный, синий,
зелёный свет, наносятся на гибкую пластиковую основу точ-
но так же, как люминофор на поверхность кинескопа, к ним
подводятся проводники — экран готов. Во-вторых, такие
панели имеют небольшой вес при больших размерах. На-
пример, гибкий пластиковый экран размером 1 м2 может ве-
сить несколько десятков грамм. В-третьих, LEP-элементы
надёжны.
На протяжении многих лет механизмы (способы) связи
между компьютером и дисплеем непрерывно видоизменя-
лись, всё более совершенствуясь. Для подключения дисплея
к компьютеру необходима соответствующая карта — видео-
адаптер.
Основные пользовательские характеристики:
• Размер экрана по диагонали. Измеряется в дюймах. Име-
ются 14", 15", 17", 21" и др. мониторы.
Следует помнить, что размер изображения, как правило,
на дюйм меньше размера кинескопа.
Считается, что 15" монитор отлично подходит для работы
в домашних условиях; 17" монитор необходим для про-
фессиональной работы с графикой; размеры экрана, боль-
шие 21" для персонального монитора на сегодняшний
день не очень удобны для пользования, так как экран тя-
жело окинуть взглядом.
• Размер зерна экрана — расстояние в миллиметрах между
двумя соседними люминофорами одного цвета. Меньший
размер зерна соответствует более резкой и контрастной
картинке, создавая общее впечатление чистоты цвета и
чёткого контура изображения. У мониторов разного типа
размер зерна экрана может находиться в пределах от 0,18
до 0,50 мм. Наиболее оптимальными для восприятия счи-
таются мониторы с зерном экрана от 0,24 до 0,28 мм.
• Разрешающая способность — число пикселей (точек эк-
рана) по горизонтали и вертикали. Эта характеристика
определяет контрастность изображения. Она зависит от
размера экрана и размера зерна экрана, но может изме-
няться (в определённых пределах) с помощью програм-
мной настройки.
Компьютер как средство обработки информации
261
В табл. 3.5.1 приведены некоторые оптимальные с точки
зрения эргономики разрешающие способности при различ-
ных размерах кинескопа и зерна экрана.
Таблица 3.5.1. Взаимосвязь размера экрана, размера зерна,
разрешения экрана
Размер экрана Размер зерна экрана
Разрешение 640x480 Разрешение 800x600 Разрешение 1024x768 Разрешение 1280x1024 Разрешение 1600x1200
14" 0,35 0,28 0,22 0,18 0,16
17" 0,43 0,34 0,27 0,22 0,19
21" 0,50 0,40 0,31 0,25 0,22
• Число передаваемых цветов. Начиная со стандарта VGA,
любой монитор способен отображать столько цветов, ско-
лько обеспечивает видеокарта, вернее, объём памяти ви-
деокарты.
Пример. Монитор вашего компьютера имеет размер 14". По пас-
портным данным вы определили, что размер зерна экра-
на равен 0,24, Объём памяти видеакарты — 512 Кб. Как
определить, какую разрешающую способность и какую
цветность вы можете установить на своём мониторе?
Определим, какое максимальное разрешение возможно.
Длина дагонали экрана 14 дюймов « 14 • 2,54 * 10 мм =
= 355,6 мм. Длина стороны экрана: диагональ/V2 «
« 250,42 мм.
Максимальное количество точек по одной из размерно-
стей определяется как отношение длины стороны экрана
к размеру зерна и составляет 250,42/0,24 « 1044. Таким
образом, на вашем экране можно установить максималь-
ную разрешающую способность 1024x768 (по табл.
3.5.1). Конечно же, можно установить разрешение и
800x600, и 640x480.
Рассмотрим сначала возможность установления разреше-
ния 640x480. Разделим 512000 байтов (« 512 Кб видео-
карты) на (640x480) точек экрана. Получим, что на одну
точку у нас будет приходиться «1,67 байта.
Для хранения информации о цвете одной точки обычно
используется либо 4 бита, либо 8 битов (1 байт), либо 16
битов (2 байта), либо 24 бита (3 байта) — эта характери-
стика называется глубина цвета. В нашем случае, для
хранения кода цвета будет использоваться 8 битов (так
как 8 битов <1,67 байта <16 битов) и всего можно
установить 28 = 256 цветов.
262
Глава 3
Рассмотрим возможность установления разрешения
800x600. 512000 байтов/(800х600) = 1,07 байта. Значит,
можно установить 256-цветный режим работы.
Рассмотрим возможность установления разрешения
1024x768. 512000/(1024x768) = 0,65 байта. Значит, мож-
но установить только 24 = 16-цветный режим работы.
Если же для работы вам требуется экран с наилучшими
на сегодня параметрами, то для установки фотореали-
стичной цветовой палитры (16 777 216 оттенков) (глуби-
на цвета равна при этом 24 бита) и высокой разрешаю-
щей способности (1600x1280) вам потребуется:
1600x1280x24 » 6 Мб видеопамяти и 21-дюймовый
монитор с зерном экрана не выше 0,24 или 17-дюймовый
монитор с зерном экрана 0,19.
• Частота кадровой развёртки (скорость регенерации эк-
рана, частота синхронизации) — это число изображений
на экране монитора, перерисовываемых лучом электрон-
ной трубки за единицу времени. Данный параметр пока-
зывает, с какой скоростью обновляется изображение на
экране. Измеряется в герцах.
При изменении изображения с частотой кадровой
развёртки менее 50-60 Гц человеческий глаз успевает реа-
гировать на изменение картины экрана, становится замет-
ным мерцание экрана. При этом глаза устают, воспаляют-
ся, может появиться головная боль. Именно поэтому
разработан европейский стандарт, определяющий минима-
льную допустимую частоту кадровой развёртки на уровне
70 Гц, а рекомендуемую — не менее 85 Гц.
• Соответствие стандартам безопасности. Поскольку
при работе за компьютером наибольшее внимание уделя-
ется пользователем именно изображению на экране дисп-
лея, а ЭЛТ-монитор, как любой телевизор, излучает элект-
ромагнитные волны во всех диапазонах — от частоты
развёртки кадров (50-100 Гц) до рентгеновского, то здоро-
вья это не добавляет. И если от телевизора можно отодви-
нуться, то при работе с компьютером возникают пробле-
мы. Поэтому были разработаны мониторы с внутренним
экранированием и пониженным уровнем излучения (LR —
Low Radiation). Позже были приняты стандарты на допус-
тимый уровень излучения монитора — MPR II и ТСО’92.
Глазу вредят и блики — отражение от экрана посторонне-
го света. Специальное антибликовое покрытие хороших
мониторов поглощает отражённый свет.
Снизить излучение и отражение можно, навесив на мони-
тор специальный экран.
Компьютер как средство обработки информации
263
Кинескоп излучает мощные электромагнитные
волны не только вперёд, но и вбок, и назад. Экран
может защитить от излучений вас, но не ваших со-
седей по комнате. Ставьте монитор «спиной» к
стене, поскольку наиболее опасной зоной в пер-
сональном компьютере являются задние панели
системного блока и дисплея. И старайтесь не ра-
ботать за мониторами, не соответствующими
стандарту безопасности.
Название: ВИДЕОКАРТА, ВИДЕОАДАПТЕР.
Назначение. Видеокарта — это устройство, управляющее
дисплеем и обеспечивающее вывод изображений на экран.
Она определяет разрешающую способность дисплея и коли-
чество отображаемых цветов.
Сигналы, которые получает дисплей (числа, символы,
изображения и сигналы синхронизации) формируются
именно видеокартой.
Возможности ПК по отображению информации определя-
ются совокупностью (и совместимостью) технических характе-
ристик дисплея и его видеокарты, то есть видеосистемы в це-
лом.
Практически все современные видеокарты принадлежат
к комбинированным устройствам и помимо главной своей
функции — формирования видеосигналов — осуществляют
ускорение выполнения графических операций. Для этого на
видеокарте устанавливаются специальные процессоры, по-
зволяющие выполнять многие операции с графическими
данными без использования центрального процессора. Та-
кие устройства называются видеоадаптерами или видеоаксе-
лераторами. Они значительно ускоряют вывод информации
на экран дисплея при работе с графическими программны-
ми оболочками, трёхмерной графикой и при воспроизведе-
нии динамических изображений.
Принцип работы.
Видеокарта состоит из:
• набора микросхем (или одной интегрированной микро-
схемы — видеоакселератора);
• цифроаналогового преобразователя данных, находящих-
ся в видеопамяти, в видеосигнал;
• видеопамяти;
• самой платы с разъёмами.
264
Глава 3
Основные пользовательские характеристики.
В настоящее время насчитывается более 30 модификаций
видеокарт, различающихся конструкцией, параметрами и
стандартами. Классификация видеокарт по принятым стан-
дартам приведена в табл. 3.5.2.
Таблица 3.5.2. Виды и основные пользовательские
характеристики видеокарт
Название видеокарты Название монитора Разрешение Объём видеопамяти Количество отображае- мых цветов
MDA — Monochrome Display Adapter MD 720x350 64 бита-128 Кб 2
CGA — Color Grap- hics Adapter CD 640x200 128 Кб 16
HGC — Hercules Graphics Card MD + 720x348 128 Кб 2
EGA (1984) — Enhanced Graphics Adapter ECD 640x350 128 битов - 512 Кб 16-64
VGA (1987) — Video Graphics Array ECD 640x480 256-512 Кб 256
SVGA — Super VGA ECD 800x600 256 К6-1М6 256-16 млн
XGA — extended Graphics Array ECD 1600x1200 1-4 Мб 16 млн
Исторический факт. К началу 80-х годов в качестве
мониторов обычно использовались алфавит-
но-цифровые видеотерминалы, которые подключа-
лись к большой или мини-ЭВМ при помощи обыкно-
венных последовательных каналов связи. Скорость
обмена данными по таким линиям была очень низ-
кой, поэтому об отображении графики не шло и
речи. Первые персональные компьютеры ради уде-
шевления конструкции обходились без специализи-
рованного монитора: вместо этого они снабжались
специальным видеовыходом, сигнал с которого по-
давался на обычный бытовой телевизор.
Первые серийные IBM PC комплектовались видео-
картами MDA и монохромными алфавитно-цифро-
выми мониторами MD с максимальным разрешени-
ем 720x350 точек.
Компьютер как средство обработки информации
265
/gag
знать
шл i.п ---пни и ।
Дисплей — устройство визуального отображения инфор-
мации.
Дисплей относится к основным устройствам персонально-
го компьютера, является важным компонентом пользовате-
льского интерфейса.
Пользовательские характеристики дисплеев:
• размер экрана по диагонали (измеряется в дюймах);
• размер зерна экрана;
• разрешающая способность;
• число передаваемых цветов;
• частота кадровой развёртки;
• соответствие стандартам безопасности.
Формирование видеосигналов, в соответствии с которыми
дисплей может отображать информацию различных видов
на экране, и ускорение выполнения операций над данными
графического вида осуществляется видеокартой (видеоадап-
тером, видеоакселератором — в настоящее время это почти
синонимы). Видеокарта определяет разрешающую способ-
ность дисплея и количество отображаемых цветов.
Наиболее распространёнными в настоящее время являют-
ся видеокарты VGA (Video Graphics Array), SVGA (Super
VGA), XGA (extended Graphics Array).
Пользовательские характеристики видеокарт:
• объём и тип видеопамяти;
• функциональные возможности процессора (микросхем);
совместимость с дисплеем и шиной соединения.
интересный факт
Первое описание таких странных веществ, как жидкие
кристаллы, было сделано еще в 1888 году. Первый дисплей
на них был создан в 1966 году, но интересен он был лишь с
точки зрения науки, а не практики, так как работал лишь
при температуре 80 °C и имел очень маленькие размеры. Се-
годня технология изготовления LCD-дисплев достигла того
уровня, когда бракованным считается экран, на котором не
работает всего одна точка.
266
Глава 3
§3.6. Устройства хранения информации
Память (запоминающие устройства), накопители
и носители информации
В этом параграфе речь пойдёт о видах памяти компьюте-
ра и компьютерных носителях информации.
Поколения компьютеров определяются не только эле-
ментной базой, процессорами и памятью. Их возможности,
а во многом и внешний облик, серьезно зависят от носите-
лей информации.
понять
Название: ПАМЯТЬ, или ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙ-
СТВА (ЗУ).
Выделяют три основных вида памяти компьютера: посто-
янное, оперативное и внешние запоминающие устройства
(ПЗУ, ОЗУ, ВЗУ).
Назначение. Память компьютера предназначена для хра-
нения информации (программ, данных и команд управле-
ния).
Принцип работы. Числа, символы, команды хранятся в
памяти на равноправных началах и могут находиться в лю-
бой ячейке памяти. Их записывают в память и читают из
памяти по одним и тем же каналам, используя один и тот
же принцип. Для памяти не имеет никакого значения
смысл закодированной информации. Важно только, чтобы
код имел определённое количество разрядов. Длину, или
разрядность, ячейки определяет количество двоичных раз-
рядов в коде. Каждый разряд в коде может принимать зна-
чение 1 или 0.
Итак:
• информация хранится в ЗУ в двоичном коде;
• все ЗУ состоят из отдельных ячеек, каждая из которых
имеет свой адрес (начиная с нулевого адреса).
В современных компьютерах минимальной адресуемой
единицей информации является байт (8 разрядов), а длина
ячейки кратна числу 8. Длина ячейки может быть равна
2 байтам = 16 разрядам, 4 байтам = 32 разрядам, 8 байтам =
= 64 разрядам. Длина ячейки равна максимальному количе-
ству разрядов, которые процессор может обрабатывать или
Компьютер как средство обработки информации
267
передавать одновременно. Адрес ячейки равен адресу млад-
шего из входящих в нее байтов.
Под записью данных в память понимают размещение
кода в ячейке по указанному адресу. При этом предыдущее
значение, находившееся в данной ячейке, стирается. Вновь
записанное значение хранится в памяти до тех пор, пока в
ячейку не будет записана новая информация. Это правило
называется правилом сохранения информации.
Под считыванием (чтением) данных из памяти понима-
ют выборку двоичного кода из ячейки с указанным адресом.
При этом копия кода передаётся из памяти в требуемое
устройство, а значение самой ячейки не изменяется.
Пересылка информации означает, что информация чита-
ется из одной ячейки и записывается в другую ячейку. По-
сле завершения процесса пересылки в этих двух ячейках бу-
дет храниться одно и то же значение.
Адрес ячейки формируется в устройстве управления, за-
тем поступает в устройство выборки адреса, которое откры-
вает информационный канал и подключает нужную ячейку
для записи или считывания информации.
Основные пользовательские характеристики:
• ёмкость (объём) — количество байтов памяти. Однако ча-
сто байт оказывается слишком малой единицей, поэтому
используют систему более крупных единиц:
килобайт (Кбайт) — 1024 байта = 210 байтов;
мегабайт (Мбайт) — 1024 Кбайт;
гигабайт (Гбайт) — 1024 Мбайт;
• быстродействие — время обращения к ячейкам памяти,
определяемое временем считывания или временем записи
информации. Измеряется в наносекундах (10с);
• разрядность — количество линий ввода/вывода, которые
имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти
или внешние накопители.
Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных видов
памяти компьютера.
Название. ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТ-
РОЙСТВО (ПЗУ), в современной терминологии — ROM
(Read Only Memory).
Принцип работы. Во многих ПК ПЗУ реализуется отдель-
ной микросхемой, в которую при изготовлении ПК помеща-
ются основные команды ввода/вывода, осуществляющие на-
чальное взаимодействие аппаратного и программного
обеспечения ПК.
268
Глава 3
Этот вид памяти доступен лишь для чтения хранящейся в
ней информации.
После выключения питания компьютера информация в
ПЗУ сохраняется, то есть ПЗУ — энергоНЕзависимое
устройство.
Название: ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙ-
СТВО (ОЗУ), в современной терминологии — RAM (Random
Access Memory), неотъемлемая часть любого ПК. Это быст-
родействующее ЗУ сравнительно небольшого (по сравнению
с ВЗУ) объёма, реализованное в виде электронной схемы.
Принцип работы. ОЗУ доступно как для чтения, так и
для записи информации. Именно в ОЗУ хранится выполняе-
мая ПК в текущий момент программа и необходимые для
неё данные.
ОЗУ работает под непосредственным управлением микро-
процессора, все данные для которого поступают только из
ОЗУ.
ОЗУ обеспечивает хранение информации лишь в течение
сеанса работы с ПК — после выключения компьютера из
сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно, то
есть ОЗУ — энергозависимое устройство.
Ёмкость ОЗУ современных моделей ПК колеблется от 640
Кбайт (IBM PC XT) до 128 Мбайт.
Для ускорения вычислений информация из наиболее час-
то используемых участков ОЗУ помещается в сверхбыстро-
действующие микросхемы памяти — кэш-память. Отсутст-
вие кэш-памяти может существенно (на 20-30%) снизить
общую производительность компьютера.
В настоящее время используется кэш-память от 64 до
512 Кбайт.
Название: ВНЕШНЕЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТ-
ВО (ВЗУ). ВЗУ предназначено для долговременного хране-
ния информации и характеризуется большим объёмом па-
мяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием.
Под внешней памятью компьютера подразумевают обыч-
но как устройства для чтения/записи информации — НА-
КОПИТЕЛИ, так и устройства, где непосредственно хра-
нится информация — НОСИТЕЛИ информации.
Как правило, для каждого носителя информации сущест-
вует свой накопитель.
Компьютер как средство обработки информации
269
В персональных компьютерах к подобным устройствам
относятся:
• накопители на гибких магнитных дисках, предназначен-
ные для чтения/записи информации на гибкие диски (ди-
скеты);
• накопители на жёстких магнитных дисках, или винче-
стеры;
• дисководы для работы с лазерными компакт-дисками;
• стримеры, предназначенные для чтения/записи информа-
ции на магнитные ленты;
• магнито-оптические дисководы для работы с магнито-оп-
тическими дисками.
Дополнительной характеристикой для этого вида памяти
является время доступа, измеряемое в наносекундах.
Первые носители информации для ЭВМ были бумажными
(перфокарты, перфоленты). Для работы с ними существовало
два отдельных устройства: перфоратор — для записи инфор-
мации, счётчик — для считывания информации и передачи
её в оперативную память. Позднее появились магнитные но-
сители информации (магнитные ленты, магнитные барабаны,
магнитные диски), накопители которых совмещали в себе и
устройство считывания, и устройство записи. А такое устрой-
ство как винчестер, совмещает в себе и носитель, и накопи-
тель. Для оптических носителей информации (компакт-дис-
ков, цифровых дисков) накопители могут как совмещать
функции чтения/записи, так и быть специализированны-
ми — использоваться, например, только для чтения.
Название: НАКОПИТЕЛИ НА ЖЁСТКИХ МАГНИТ-
НЫХ ДИСКАХ (НЖМД, или ВИНЧЕСТЕРЫ) представля-
ют собой внешние ЗУ, в которых носителем информации яв-
ляются жесткие несменные магнитные диски, объединённые
в пакет.
Назначение. НЖМД предназначены для долговременного
хранения информации, постоянно используемой при работе
с ПК: программ операционной системы, часто используемых
пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с
языков программирования, документов и программ, подго-
товленных пользователем и пр.
В настоящее время ПК без НЖМД практически не выпус-
каются. Если компьютер включён в локальную компьютер-
ную сеть, то он может работать без собственного жёсткого
диска, но тогда он использует жёсткий диск центрального
сервера.
270
Глава 3
Винчестер устанавливается внутри системного блока и
внешне представляет собой герметичную металлическую ко-
робку, внутри которой расположены несколько дисков, объ-
единённых в один пакет, магнитные головки чтения/запи-
си, механизм вращения диска и перемещения головок
(рис. 3.6.1).
Рис. 3.6.1
Схема устройства
винчестера
Г оловки
I uiaia и электронной о-кон1амныи
схемой управления разъем питания
Основные пользовательские характеристики винчестера:
• ёмкость, то есть максимальный объём данных, который
можно записать на носитель;
• быстродействие, определяемое временем доступа к нуж-
ной информации, временем её считывания/записи и ско-
ростью передачи данных;
• время безотказной работы, характеризующее надёж-
ность устройства.
Ёмкость НЖМД зависит от модели ПК. Первый винче-
стер (начало 80-х годов) имел «колоссальную емкость»
10 Мбайт. Считается, что объём современного винчестера
должен быть не менее 2-3 Гбайт. Последние модели ПК име-
ют винчестеры ёмкостью свыше 9 Гбайт, ожидается появле-
ние винчестеров ёмкостью до 20 Гбайт.
Быстродействие измеряется в миллисекундах. Для со-
временных винчестеров время доступа менее 10 мс.
Время безотказной работы обычно составляет 20 000 —
500 000 часов (то есть примерно 57 лет).
Существуют СМЕННЫЕ ЖЁСТКИЕ ДИСКИ (и, соответ-
ственно, дисководы для них). Главным образом они исполь-
Компьютер как средство обработки информации
271
зуются для переноса больших объёмов информации между
компьютерами либо для хранения архивных данных. Основ-
ной тип — Jaz-диск. Его ёмкость в зависимости от модели от
540 Мбайт до 1,07 Гбайт.
Название: НАКОПИТЕЛИ НА ГИБКИХ МАГНИТ-
НЫХ ДИСКАХ (НГМД). НГМД представляют собой внеш-
ние ЗУ, в которых носителями информации являются смен-
ные магнитные диски (ДИСКЕТЫ). Дискеты позволяют
переносить информацию с одного ПК на другой, хранить её
вне ПК, создавать архивные копии текстов и программ, за-
писанных на винчестере.
В настоящее время используются следующие виды дис-
кет:
• дискеты диаметром 5,25 дюйма (5,25" — 133 мм) и ёмко-
стью:
• 360 Кбайт (маркировка — DS/DD);
• 1,2 Мбайт (маркировка — DS/HD);
• дискеты диаметром 3,5 дюйма (3,5" — 89 мм) и ёемко-
стью:
• 720 Кбайт (DS/DD);
• 1,44 Мбайт (DS/HD);
• 2,88 Мбайт.
Дискеты размером 5,25" представляют собой тонкий пла-
стиковый диск, на который нанесено магнитное покрытие,
подобное покрытию магнитофонной ленты, заключнёный в
специальный плотный конверт-корпус, который, однако,
легко перегнуть. В продолговатом разрезе на конверте виден
диск. До диска нельзя дотрагиваться руками, а сами диске-
ты надо хранить в бумажном конверте, аккуратно вставлять
в дисковод и не допускать попадания на дискету пыли.
В дискетах размером 3,5" диск заключён в жёсткий
пластмассовый корпус, на поверхности дискеты нет откры-
тых частей диска, поэтому такие дискеты более надёжны и
пользоваться ими можно, не боясь испортить поверхность
самого диска (рис. 3.6.2).
Перед первым использованием дискету необходимо под-
готовить, отформатировать. Это делается с помощью спе-
циальных программ. При работе форматирующих про-
грамм на диск наносятся специальные магнитные метки,
разбивающие поверхность диска на дорожки и секторы.
После форматирования на диск можно записывать инфор-
мацию. В настоящее время дискеты продаются уже отфор-
матированными .
272
Глава 3
Рис. 3.6.2
Схема устройства
дискеты 3,5”
Существуют гибкие диски с ёмкостью 100 Мб — ZIP-ДИ-
СКИ, Дисководы для них не встраиваются в корпус ПК, а
используются как сменные устройства (мобильные дисковые
накопители).
Название: ДИСКОВОДЫ ДЛЯ РАБОТЫ С ЛАЗЕРНЫ-
МИ (ОПТИЧЕСКИМИ) ДИСКАМИ — приводы CD-ROM
(Compact Disk Read Only Memory).
Назначение. Эти дисководы служат для работы с ком-
пакт-дисками (CD) различного вида.
Накопители оптических дисков делятся на три вида:
• без возможности записи (CD-ROM — память только для
чтения на компакт-диске);
• с однократной записью и многократным чтением
(CD-WORM);
• с возможностью перезаписи (CD-RW, CD-E).
Принцип работы. При записи компакт-диск обрабатывает-
ся лазерным лучом (без механического контакта), выжигаю-
щим тот участок, который хранит логическую единицу, и
оставляющим нетронутым тот участок, который хранит логи-
ческий ноль. В результате на поверхности CD образуются ма-
ленькие углубления, так называемые питы. При чтении на
поверхность диска направляется лазерный луч меньшей ин-
тенсивности, анализируется характеристика отражённого
луча, которая переводится в цифровой код.
Основные пользовательские характеристики приводов
CD-ROM:
• ёмкость CD, которая составляет 500-700 Мбайт;
• скорость передачи данных от носителя в оперативную па-
мять, она составляет в зависимости от привода от 150 до
4800 Кбайт/с;
Компьютер как средство обработки информации
273
• среднее время доступа, которое требуется приводу для
нахождения на носителе нужных данных. Оно в зависи-
мости от привода составляет от 80 до 400 мс.
По мере совершенствования технологии создания CD и
приводов возникла потребность в увеличении ёмкости опти-
ческих носителей информации. Появились DVD-диски (Di-
gital Versatile Disk), использующиеся в основном для хране-
ния и воспроизведения видеоизображений. Ёмкость таких
дисков от 4,7 Гбайт до 17 Гбайт. Скорость передачи инфор-
мации — 1350 Кб/с. Длительность воспроизведения видео-
информации — от 2 до 6 часов.
В МАГНИТО ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ магнитная
запись производится на поверхность компакт-диска, предва-
рительно сильно разогретую лазерным лучом. Первые маг-
нито-оптические диски внешне напоминали дискету 3,5".
Затем были созданы диски размером 5,25" и 12", которые
также были помещены в пластиковый корпус. После этого
появились магнито-оптические диски без корпуса, то есть
точно такие же, как обычные лазерные аудио-диски.
Ёмкость магнито-оптических дискет может быть от 20
Мбайт до 2 Гбайт.
Информация, записанная на магнито-оптические диски,
может храниться до 30 лет, поэтому на них можно записы-
вать, например, архивные данные.
Название: СТРИМЕР,
Назначение. Стример — это устройство для обеспечения
надёжного долговременного сохранения больших объёмов
информации, приобретающее всё большую популярность и
распространение среди профессиональных пользователей
персональных компьютеров. Используются преимуществен-
но для резервного архивирования информации в промыш-
ленности, издательствах, банках, деловом и научном мире.
Принцип работы. Стример — это накопитель на магнит-
ной ленте, цифровой кассетный магнитофон, в котором ис-
пользуются специальные кассеты — ленточные картриджи,
позволяющие защитить носитель информации от внешних
воздействий.
Как и у всякого магнитофона, у стримера есть недоста-
ток: для поиска нужного места на плёнке порой приходится
перематывать всю кассету.
Для картриджей стримеров применяется специальная
высококачественная магнитная лента, в которой исполь-
зуются особо чистые мелкозернистые магнитные частицы, а
поверхность ленты тщательно полируется. Это гарантирует
274
Глава 3
надёжность записи и длительную сохранность записанных
данных.
знать
Память компьютера (запоминающее устройство) пред-
назначена для хранения информации (программ, данных и
команд управления).
Свойства запоминающих устройств (ЗУ):
• информация хранится в ЗУ в двоичном коде;
• все ЗУ состоят из отдельных ячеек, каждая из которых
имеет свой адрес (начиная с нулевого адреса).
Длина ячейки современных компьютеров кратна 8. Дли-
на ячейки может быть равна 2 байтам = 16 разрядам, 4 бай-
там = 32 разрядам, 8 байтам = 64 разрядам. Длина ячейки
равна максимальному количеству разрядов, которые про-
цессор может обрабатывать или передавать одновременно.
Минимальной адресуемой единицей является байт. Адрес
ячейки равен адресу младшего из входящих в неё байтов.
Запись данных в память — размещение соответствующе-
го кода в ячейке по указанному адресу. При этом предыду-
щее значение, находившееся в данной ячейке, стирается.
Считывание (чтение) данных из памяти — выборка дво-
ичного кода из ячейки с указанным адресом. При этом ко-
пия передается из памяти в требуемое устройство, а значе-
ние самой ячейки не изменяется.
Пересылка информации означает, что информация чита-
ется из одной ячейки и записывается в другую ячейку. По-
сле завершения процесса пересылки в этих двух ячейках бу-
дет храниться одно и то же значение.
Правило сохранения информации: значение, записанное
в ячейку памяти, хранится до тех пор, пока в эту ячейку не
будет записана новая информация.
Основные характеристики памяти:
• ёмкость — количество байтов памяти;
• быстродействие — время обращения к ячейкам памяти,
определяемое временем считывания или временем записи
информации. Измеряется в наносекундах (10~9 с);
• разрядность — количество линий ввода/вывода, которые
имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти
или внешние накопители.
Компьютер как средство обработки информации
275
Виды памяти ПК перечислены на рис. 3.6.3.
Рис. 3.6.3
Основные
виды памяти
персонального
компьютера
ПАМЯТЬ
компьютера
Винчестер
__Дисководы
гибких дисков
Дисководы
компакт-дисков
— Стримеры
Дискеты —
CD-ROM —
Магнитные__
ленты
В табл. 3.6.1 приведена информация о ВЗУ.
Таблица 3.6.1. Внешняя память ЭВМ
Технология изготовления носителей Носители информации Устройства считывания/ записи (накопите- ли) Характеристики носителей
Бумажная (устаревшая, в персональных компьютерах не используется) Перфокарты, перфоленты Перфораторы (для записи) Счётчики с перфо- карт (для чтения) 1 перфокарта — 80 символов
Магнитная Магнитные ленты Стримеры 40 Мб-13 Гб
Дискеты Дисководы для гибких магнитных дисков (НГМД) 5,25" — 1,2 Мб 3,5” — 1,44 Мб
Zip-диски Zip-дисководы 3,5" — 100 Мб
Винчестеры (накопители на жёст- ких магнитных дисках — НЖМД) от 10 Мб до более 9 Гб
J az-картриджи Jaz-дисководы 540-1070 Мб
Оптическая Компакт-дис- ки (CD) Дисководы CD 5,25" (120 мм) 100-680 Мб
Цифровые DVD-диски DVD-приводы 4,7 Гб-17 Гб
Магнито-опти- ческая Магнито- оптические диски МО-приводы 3,5" — 128-640 Мб 5,25"— 600 Мб-1,3 Гб 12" — 3,5-7 Гб
276
Глава 3
§3.7. Устройства передачи информации
Шины, модем
понять
Передача данных может происходить как между разны-
ми устройствами одного компьютера, так и между разными
компьютерами, подключёнными к одной сети (локальной
или глобальной).
Название: ШИНА.
Назначение. С помощью шин осуществляется передача
информации внутри компьютера (чаще говорят «обмен ин-
формацией»).
Шина — совокупность токопроводящих линий, по кото-
рым обмениваются информацией устройства компьютера.
Отличительным признаком шины от других систем сое-
динения является наличие трёх групп линий, по каждой из
которых передаётся свой вид информации: шины данных,
шины адреса, шины управления.
Шина, связывающая только два устройства, называется
портом.
Шины в компьютере различаются по своему назначению:
• системная шина (или шина ЦПУ);
• шина кэш-памяти — предназначена для обмена информа-
цией между ЦПУ и кэш-памятью;
• стандартные и локальные шины ввода/вывода. Локаль-
ная шина — это скоростная шина, предназначенная для
обмена информацией между быстродействующими пери-
ферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми
картами, картами сканера и пр.) и системной шиной.
Стандартная шина используется для подключения более
медленных устройств (мыши, клавиатуры, модемов).
Название: СИСТЕМНАЯ ШИНА.
Назначение. Системная шина — это главная магистраль,
по которой происходит обмен информацией между процессо-
ром и памятью и их связь с периферийными устройствами.
Принцип работы. Системная шина имеет следующие
компоненты:
Компьютер как средство обработки информации
277
• шину данных, по которой происходит обмен данными
между центральным процессором, платами расширения
(такими как видеокарта, звуковая карта, сетевая карта и
пр.), установленными в специальные разъёмы (слоты), и
памятью;
• адресную шину, по которой передаются адреса
устройств, регистров ввода/вывода и ячеек оперативной
памяти. Процесс обмена данными возможен лишь в том
случае, когда известен отправитель и получатель этих
данных. Каждое устройство компьютера, каждая ячейка
памяти, в том числе каждая ячейка оперативной памяти,
имеет свой уникальный адрес. Все вместе эти адреса обра-
зуют адресное пространство;
• шину управления. Для успешной передачи данных недо-
статочно установить их на шине данных и задать адрес на
шине адреса. Необходимо передать ещё служебные сигна-
лы, что делать с передаваемыми данными по указанным
адресам. Такие сигналы обозначают: запись или чтение,
готовность к приёму или передаче данных, подтвержде-
ние приёма данных, сообщение о сбое какого-либо
устройства (аппаратное прерывание) и т. п. Все эти сигна-
лы передаются по шине управления.
Разные фирмы выпускают технику с различным схемным
решением тех или иных узлов компьютера, однако системная
шина является, как правило, стандартом, то есть неизменна.
Вы можете, например, вставлять в ваш компьютер, выпущен-
ный во Франции, контроллер, изготовленный в Сингапуре.
На рис. 3.7.1 показано расположение шины на материн-
ской плате.
Основные пользовательские характеристики:
• разрядность — количество битов информации, параллель-
но «проходящих» через неё. Чем выше разрядность шины,
тем больше данных может быть передано за определенный
промежуток времени и тем выше производительность
компьютера;
• пропускная способность — количество битов информа-
ции, передаваемых по шине за секунду.
Разрядности шины адреса, адресной шины и шины
управления, как правило, не совпадают.
Пример. Компьютеры с процессором 80286 имеют 16-разрядную
шину данных, компьютеры семейства Pentium — 64 раз-
рядную шину данных.
278
Глава 3
ОЗУ
Рис. 3.7.1. Схематичное представление системной шины
на материнской плате.
Обозначения: ЦПУ — центральный процессор; ГТЧ — генератор тактовой
частоты; DMA — устройство прямого доступа к памяти
Разрядность адресной шины определяет доступное ад-
ресное пространство. Если разрядность адресной шины
равна л, то максимальный адрес, который может быть по
ней передан — 2п. Очевидно, количество байтов оперативной
памяти не должно превышать 2П, иначе байты с большими
адресами не будут использоваться.
Пример. Компьютеры с процессором 80286 имеют 24-разрядную
адресную шину и могут адресовать память объёмом 4 Мб
(2J4 = 4 194 304 байтов = 4 Мб). Компьютеры семейства
Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и могут ад-
ресовать память объёмом 4 Гб.
Для определения пропускной способности шины необхо-
димо умножить разрядность шины на тактовую частоту, ко-
торая, как и для процессора, определяется генератором так-
товой частоты.
Пример. Для 16-разрядной шины при тактовой частоте 8,33 МГц
пропускная способность равна: 16 битов х 8,33 МГц =
= 133,28 Мбит/с = 16,66 Мбайт/с.
Для 32-разрядной шины при тактовой частоте 66 МГц
пропускная способность равна 266,6 Мбайт/с.
Название: МОДЕМ.
Назначение. Модем — сокращение от «модулятор-демоду-
лятор» — устройство для передачи цифровой информации че-
рез аналоговые линии связи, например, через телефонные ли-
нии или с помощью радиоволн.
Компьютер как средство обработки информации
279
Принцип действия. Необходимость промежуточного под-
соединения модема между компьютером и телефонной ли-
нией объясняется тем, что цифровое и аналоговое представ-
ления информации не совпадают и подключить компьютер
напрямую к телефонной линии нельзя.
Модем принимает от компьютера данные в цифровом виде
(программу, текстовый, звуковой или графический файл),
преобразует в аналоговый сигнал и передаёт в канал связи.
На противоположном конце в принимающем модеме
происходит обратное преобразование, и в принимающий
компьютер информация попадает в цифровом виде.
По сути, модем — это цифроаналоговый и аналого-цифро-
вой преобразователь.
Модемы бывают внутренние и внешние.
Внутренний модем по своей конструкции представляет
съёмную карту расширения, установленную на материнской
плате, на которой размещены все компоненты, обеспечиваю-
щие обмен данными, и гнёзда для подключения кабеля теле-
фонной линии.
Внешний модем подключается к разъёму на задней пане-
ли системного блока. Он занимает место на рабочем столе,
однако даёт возможность отслеживать процесс передачи
данных благодаря встроенным в него индикаторам состоя-
ния.
Основные пользовательские характеристики:
• скорость передачи данных;
• поддерживаемые протоколы передачи данных.
Скорость передачи данных по каналам связи измеряет-
ся в бодах (бит в секунду). Скорость модема оценивается
числом информационных битов, передаваемых за одну се-
кунду. Низкоскоростные модемы работают со скоростями
2400 или 9600 бод, высокоскоростные модемы — со скоро-
стями передачи 33600, 65000 бод и выше.
Протокол — стандарт, регламентирующий процедуру
установления связи или режимы передачи данных между
различными устройствами (между двумя модемами или
между модемом и компьютером).
Наиболее важными протоколами являются:
• протокол аппаратной коррекции ошибок;
• протокол аппаратного сжатия данных с контролем оши-
бок;
• протоколы передачи файлов.
280
Глава 3
Программная поддержка. Программное обеспечение мо-
дема включает в себя:
• программы по согласованию способов и скоростей переда-
чи данных передающего и принимающего модемов;
• протоколы передачи файлов, которые обеспечивают безо-
шибочную передачу данных, управление потоком переда-
ваемых данных, передачу служебной информации, защи-
ту соединения (например, паролирование).
Итак, для безошибочной передачи данных применяются
специальные методы. Они реализуются как с помощью спе-
циальной аппаратуры, так и с помощью программ.
Пример. При использовании протокола Xmodem данные переда-
ются блоками определённой длины по 128 байтов. Этот
блок дополняется кодом начала блока, кодом номера
блока, и одним байтом с контрольной суммой входящих
в блок данных. Принимающий компьютер тоже вычис-
ляет контрольную сумму и сравнивает её с принятой.
Если они не совпадают, то посылается сообщение об
ошибке и блок передаётся еще раз. Переданные блоки
упорядочиваются затем по номерам блоков и записыва-
ются во временный файл.
К дополнительному программному обеспечению модемов
относятся программы работы с факсами и данными, про-
граммы подключения к Интернету, программы работы с го-
лосовыми возможностями и пр.
Передача информации внутри компьютера осуществля-
ется с помощью шин.
Передача информации между компьютерами может осу-
ществляться как по специальным каналам связи (сетевым
кабелям, с помощью которых компьютеры объединяются в
локальную сеть), так и с использованием обычных каналов
связи — телефонных линий, каналов радиосвязи и пр.
Передача информации между компьютерами, не объе-
динёнными в локальную сеть (отсутствует прямая кабель-
ная связь), осуществляется с использованием телефонных
линий с помощью модемов.
Шина — совокупность токопроводящих линий, по кото-
рым обмениваются информацией устройства компьютера.
Компьютер как средство обработки информации
281
Системная шина — это главная магистраль, по которой
происходит обмен информацией процессора и памяти и их
связь с периферийными устройствами.
Системная шина имеет следующие компоненты:
• шину данных;
• адресную шину;
• шину управления.
Основными характеристиками шины являются:
• разрядность — количество битов информации, одновре-
менно «проходящих» через неё;
• пропускная способность — количество битов информа-
ции, передаваемых по шине за секунду.
Разрядность адресной шины определяет доступное адрес-
ное пространство. Если разрядность адресной шины равна
п, то максимальный адрес, который может быть по ней пе-
редан — 2п. Именно это количество ячеек оперативной па-
мяти доступно процессору.
Модем — устройство для передачи цифровой информа-
ции через аналоговые линии связи, например, через теле-
фонные линии или с помощью радиоволн. По сути, модем
представляет собой цифроаналоговый и аналого-цифровой
преобразователь.
Основными характеристиками модема являются:
• скорость передачи данных;
• поддерживаемые протоколы передачи данных.
Скорость модема оценивается числом битов, передавае-
мых за одну секунду (чаще всего принимаются во внимание
только «информационные биты», а блоки с контрольными
суммами и вся информация, добавляемая в соответствии с
используемым протоколом передачи данных, не учитыва-
ются).
Протокол — стандарт, регламентирующий процедуру
установления связи или режимы передачи данных между
различными устройствами (между двумя модемами или
между модемом и компьютером).
Наиболее важными протоколами являются:
• протокол аппаратной коррекции ошибок;
• протокол аппаратного сжатия данных с контролем оши-
бок;
• протоколы передачи файлов.
282
Глава 3
§3.8. Устройства обработки информации
Процессоры, платы
/wO понять
Информация в компьютере обрабатывается процессора-
ми. Самым «главным» устройством компьютера является
центральный процессор, но каким бы мощным он ни был,
без «помощников» ему не обойтись. Большинство устройств
компьютера имеют собственные встроенные процессоры.
Процессор клавиатуры обеспечивает перевод сигнала, посту-
пившего от нажатой клавиши, в двоичный код; процессор
игольчатого принтера преобразует двоичные коды в коман-
ды, управляющие сменой положения иголок печатающей
головки; процессор сетевой карты обеспечивает «посредни-
чество» между компьютером и сетью, подготавливает нуж-
ный формат данных, передаваемых от рабочей станции к
серверу. Тем не менее, когда речь идет об обработке инфор-
мации в сети, почти всегда имеется в виду центральный про-
цессор.
Название: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР (ЦП), или
ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО (ЦПУ).
Назначение. Центральный процессор — это устройство
компьютера, которое обеспечивает общее управление компь-
ютером и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ
программе.
ЦПУ определяет производительность, эффективность
всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и
контролирует рабочий процесс.
Кроме центрального процессора в компьютерной системе
могут присутствовать и другие процессоры, отвечающие за
обработку информации на своих участках (процессор кла-
виатуры, математический сопроцессор, процессор принте-
ра, процессор видеокарты и пр.). Дополнительные процес-
соры нередко бывают установлены на периферийных
устройствах и платах расширения. Но именно централь-
ный процессор выполняет все важные вычисления в компь-
ютере, именно здесь происходит основной процесс обработ-
ки информации.
Компьютер как средство обработки информации
283
Принцип работы. В персональных компьютерах центра-
льный процессор конструктивно выполнен как микропро-
цессор (МП). Это полупроводниковый кристалл или комп-
лект кристаллов, на которых реализуются компоненты
процессора.
Логически центральный процессор представляет собой
совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и
центрального устройства управления (УУ).
Выполнение процессором программ предусматривает:
арифметические действия, логические операции, передачу
управления, перемещение данных из одного места памяти в
Другое.
Как выполняются программы?
В ЦПУ имеются два регистра специального назначения:
счётчик команд и регистр команд. Счётчик команд содер-
жит адрес команды, которую предстоит выполнить следую-
щей, таким образом счётчик отслеживает порядок выполне-
ния программы. Регистр команд используется для хранения
команды, выполняемой в текущий момент.
Устройство управления непрерывно реализует один и тот
же алгоритм, совершая машинный цикл, который включает
в себя три шага: извлечь, декодировать, выполнить
(рис. 3.8.1).
Рис. 3.8.1
Схема машинного цикла
На шаге извлечения У У требует, чтобы оперативная па-
мять предоставила ему следующую команду, которую необ-
ходимо выполнить. Устройству управления известно, где
именно находится следующая команда, так как её адрес
хранится в счётчике команд. Полученную из памяти коман-
ду УУ помещает в свой регистр команд и увеличивает содер-
жимое счётчика команд на такую величину (для разных
команд она разная, обычно 2, 4, 8 байтов), чтобы оно было
равно адресу следующей команды.
284
Глава 3
В тот момент, когда команда оказывается в регистре
команд, УУ начинает шаг декодирования. Оно анализирует
код операции и поле операндов, чтобы определить, какие
действия требуется выполнить по данной машинной коман-
де.
Получив расшифрованную команду, УУ начинает шаг
выполнения. Оно активизирует схемы, нужные для реше-
ния данной задачи. Например, если выполняемой коман-
дой окажется команда загрузки информации из оператив-
ной памяти, У У даст сигнал на выполнение операции
загрузки; если команда окажется арифметической опера-
цией, УУ активизирует соответствующие схемы арифмети-
ко-логического устройства, выбрав нужные регистры с
входными данными.
После того, как команда выполнена, УУ вновь приступа-
ет к началу машинного цикла, к шагу извлечения. Обратите
внимание, что в конце предыдущего шага извлечения содер-
жимое программного счётчика было увеличено, и поэтому
УУ получает опять правильный адрес новой команды.
Процессоры, как и все электрические схемы, бывают раз-
ных типов. Для ПК обозначение ЦПУ начинается с 80, за-
тем следуют две или три цифры, после которых может быть
дополнительно указана тактовая частота процессора. Перед
обозначением типа процессора чаще всего стоит обозначение
фирмы-изготовителя: i — Intel, AMD — AMD, CX — Cyrix.
Пример. i80486DX-50 указывает процессор типа 80486, изготов-
ленный фирмой Intel, работающий с тактовой частотой
50 МГц.
Пользовательские характеристики:
• степень интеграции микросхемы — показывает, сколько
транзисторов может в ней уместиться.
Пример. Для процессора Pentium Intel это приблизительно 3 млн
транзисторов, расположенных на площади 3,5 см2;
• тактовая частота —определяется максимальным вре-
менем выполнения элементарного действия в микропро-
цессоре. Чем выше тактовая частота МП (при прочих рав-
ных условиях), тем выше его быстродействие;
• адресное пространство. Разрядность адресной шины
определяет количество ячеек оперативной памяти, к ко-
торым может адресоваться ЦПУ. При n-разрядной адрес-
ной шине адресное пространство равно 2Л;
Компьютер как средство обработки информации
285
• разрядность — максимальное количество разрядов дво-
ичного кода, которые могут обрабатываться или переда-
ваться одновременно. Характеристика «разрядность» для
процессора включает в себя:
• разрядность внутренних регистров МП — играет опре-
деляющую роль в принадлежности МП тому или иному
классу;
• разрядность шины данных — от неё зависит скорость
передачи информации между МП и другими устройст-
вами;
• разрядность шины адреса — определяет адресное про-
странство, то есть максимальное количество байтов па-
мяти, к которым может «обратиться» процессор.
Пример. Для МП с разрядностью 16/16/20 скорость передачи ин-
формации в два раза выше, чем для МП с разрядностью
16/8/20. Адресное пространство в обоих случаях состав-
ляет 220 байтов или 1 Мб;
• архитектура МП. В данном случае это принцип дейст-
вия МП, состав и взаимное соединение основных его уз-
лов.
К элементам архитектуры МП относятся:
система команд и способы адресации;
возможность совмещения выполнения команд во времени
и др.
Характеристики некоторых процессоров представлены в
табл. 3.8.1.
Таблица 3.8.1. Основные характеристики некоторых
процессоров
Наименование процессора Год по- явления на рынке Разряд- ность, бит Тактовая частота, МГц Технология изготовле- ния, мкм Количество транзисто- ров, млн
8086 1978 16 5 3,0 0,029
i486DX2 1992 32 50 0,8 1,2
Р5 1993 32 60 0,8 3,1
Р6 (Pentium Pro) 1995 32 150 0,6 5,5
Celeron 1998 32 300 0,25 7,5
Pentium III MMX2 1999 32 500 0,25 9,5
Название: МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СОПРОЦЕССОР.
Назначение. Математический сопроцессор предназначен
для выполнения арифметических операций с плавающей
точкой. Известно, что основные арифметические операции,
286
Глава 3
такие как сложение и вычитание, приносят меньше забот,
чем возведение в степень, вычисление тангенсов и пр. Со-
процессор может быть как самостоятельным устройством и
располагаться на материнской плате, так и встроенным в
центральный процессор.
Название: МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА (Motherboard, Main-
board), или СИСТЕМНАЯ ПЛАТА.
Назначение. Материнская плата является основным ком-
понентом каждого персонального компьютера. Это не только
«сердце компьютера», но и самостоятельный элемент, кото-
рый управляет внутренними связями и с помощью системы
прерывания взаимодействует с внешними устройствами.
Материнская плата влияет на производительность компью-
тера в целом. Быстрый винчестер или высокопроизводитель-
ная графическая карта нисколько не смогут повысить про-
изводительность компьютера, если тормозится поток
данных к материнской плате и от неё.
Основные компоненты материнской платы (см. рис. 3.7.1):
• процессор;
• микросхемы ОЗУ;
• микросхемы кэш-памяти;
• разъёмы (слоты) для установки карт расширения;
• микросхема ПЗУ;
• разъёмы для подключения накопителей (винчестера, дис-
ководов флоппи-дисков, приводов CD-ROM);
• последовательные порты для подключения периферий-
ных устройств (мыши, модема, принтера, сканера и др.);
• набор микросхем Chipset (чипсет) для управления обме-
ном данными между всеми компонентами компьютера;
• аккумуляторная батарея для питания микросхемы памя-
ти, в которой хранятся текущие настройки BIOS.
Все компоненты материнской платы соединены между со-
бой шинами.
Название: ПЛАТЫ РАСШИРЕНИЯ.
Назначение. Платы расширения используются для упро-
щения подключения устройств ввода/вывода (УВВ). На этих
платах установлены адаптеры УВВ.
Принцип действия. Платы расширения вставляются в
унифицированные разъёмы (слоты расширения), чаще всего
располагающиеся на системной плате. Через эти разъёмы
адаптеры (контроллеры) устройств подключаются непосред-
ственно к системной магистрали. Таким образом наличие
свободных разъёмов обеспечивает возможность добавления
Компьютер как средство обработки информации
287
к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно
устройство другим (например, устаревший адаптер монито-
ра), надо просто вынуть соответствующую плату из разъёма
и вставить вместо неё другую.
Как правило, платы расширения оборудованы собствен-
ным процессором и памятью.
Основные виды плат расширения:
• видеокарта;
• звуковая карта (soundblaster);
• мультикарта;
• сетевая карта (адаптер локальной сети).
Название: АДАПТЕР.
Назначение. Адаптер (от лат. adapt аге — прилаживать) —
электронная схема, обеспечивающая связь (сопряжение) пе-
риферийных устройств ПК с центральными (системными).
Адаптер управляет периферийным устройством, контролиру-
ет правильность его работы (тогда он имеет второе назва-
ние — контроллер), обеспечивает интерфейс устройств вво-
да/вывода.
Необходимость использования данных схем вызвана тем,
что УВВ нецелесообразно подключать непосредственно к
центральным устройствам. Одна из причин этого заключает-
ся в том, что количество и характер сигналов, передаваемых
по системной магистрали, с которой связаны все компонен-
ты ПК, как правило, отличаются от количества и типа сиг-
налов, формируемых или воспринимаемых УВВ. Соответст-
вующий интерфейсный блок обеспечивает согласование этих
сигналов.
Поясним необходимость адаптеров и сопроцессоров на
следующем примере. Пример образный, следовательно, не
претендующий на научную точность, но, надеемся, проясня-
ющий ситуацию.
Пример. Представьте себе некую фирму, основную работу по пере-
работке информации в которой взял на себя её руководи-
тель. Он знает только свой родной язык, например, рус-
ский. Конечно, и поставщиками, и потребителями, и
партнёрами фирмы могут быть представители разных
стран, которые могут и не владеть русским языком. В
этом случае руководителю фирмы потребуются перевод-
чики, благодаря которым будет возможным общение с
иностранными представителями и которые в этом случае
будут контролировать процесс обмена информацией.
288
Глава 3
Предположим теперь, что руководитель лучше всего ду-
мает и принимает правильные решения, когда информа-
ция к нему поступает в стихотворной форме. Теперь уже
для общения с клиентами и партнёрами руководителю
потребуются специалисты-переводчики, которые могут
не только формально переводить все поступающие сооб-
щения, но и приводить их (адаптировать) к заданной
форме.
И совсем уж редкий в реальной жизни вариант, когда
руководитель хочет получать всю информацию не просто
в стихотворной форме, а в виде, например, сонетов в сти-
ле В. Шекспира или торжественных од в стиле Г. Р. Дер-
жавина. Такое преобразование информации требует уже
гораздо больше времени и умений. Чтобы руководитель
не «простаивал» и процесс обмена информацией не за-
медлялся, переводчику, кроме перевода и адаптации
входной информации, потребуется производить некото-
рую её обработку. Подобную роль в компьютере выпол-
няют сопроцессоры.
И хотя каждое дополнительное устройство понижает
надёжность работы системы и делает компьютер более
громоздким и дорогим, и контроллеры, и адаптеры, и со-
процессоры необходимы (на настоящий момент), чтобы
компьютер работал быстро и точно, какие бы периферий-
ные устройства к нему не подключили.
Ы*_________________знать______________________
Центральный процессор (ЦПУ) — это устройство компью-
тера, которое обеспечивает общее управление компьютером
и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ програм-
ме. Он определяет производительность, эффективность всей
вычислительной системы, он регулирует, управляет и конт-
ролирует рабочий процесс.
В современных персональных компьютерах центральный
процессор конструктивно выполнен как микропроцессор на
базе сверхбольшой интегральной схемы (СБИС). Это полу-
проводниковый кристалл или комплект кристаллов, на ко-
торых реализуются компоненты процессора.
Логически центральный процессор представляет собой
совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и
центрального устройства управления (УУ).
Компьютер как средство обработки информации
289
Пользовательские характеристики:
• степень интеграции микросхемы;
• тактовая частота;
• адресное пространство.
• разрядность;
• архитектура МП.
Математический сопроцессор предназначен для выполне-
ния арифметических операций с плавающей точкой. Он мо-
жет быть как самостоятельным устройством и располагать-
ся на материнской плате, так и быть встроенным в
центральный процессор.
Платы расширения — устройства, обеспечивающие под-
ключение и функционирование устройств ввода/вывода.
Платы расширения вставляются в слоты расширения,
располагающиеся на системной плате. Наличие свободных
слотов обеспечивает возможность добавления к компьютеру
новых устройств.
Как правило, на платах расширения располагаются спе-
циальные процессор и память, а также адаптеры (контрол-
леры) соответствующих устройств.
Основные виды плат расширения:
• видеокарта;
• звуковая карта (soundblaster);
• мультикарта;
• сетевая карта (адаптер локальной сети).
Адаптеры — электронные схемы, управляющие перифе-
рийными устройствами компьютера, контролирующие пра-
вильность их работы и обеспечивающие интерфейс
устройств ввода/вывода.
§3.9. Представление текстовой
информации
ПОНЯТЬ
Представление данных в компьютере сводится, по сути,
к различным способам их кодирования в двоичном алфави-
те. А само существование различных способов обуславлива-
ется тем, что обработка данных разного типа включает в
10 - 2793
290
Глава 3
себя разные операции, и целесообразно выбирать такой спо-
соб кодирования, при котором операции над данными вы-
полняются наиболее быстро и «универсально».
Как вы уже знаете, компьютер может обрабатывать дан-
ные текстового (символьного), числового, графического и
звукового типов. Звук и графика относятся к данным непре-
рывного типа, а числа и текст — к данным дискретного типа
(рис. 3.9.1).
Рис. 3.9.1. Формы представления информации
Под текстом понимается последовательность знаков, вхо-
дящих в некоторое множество (алфавит) и обладающих в
этом множестве определенным смыслом. То есть каждый
знак рассматривается в таком контексте как символ. Поэто-
му часто данные такого типа называют еще символьными. В
более узком смысле текстом будем называть некоторую по-
следовательность закодированных в двоичном коде знаков,
которую можно хранить, передавать, преобразовывать с по-
мощью компьютера.
Если первоначально компьютеры были предназначены для
проведения всевозможных расчетов («вычислительные ма-
шины»), то есть выполнения операций над числами, то в на-
стоящее время значительная доля компьютерных ресурсов
тратится на ввод, хранение, передачу и обработку текстов.
Какие же операции можно производить над текстом, если
он уже находится в памяти компьютера? Прежде всего, по-
иск заданной последовательности символов и замена её на
ДРУГУЮ последовательность символов, упорядочивание сим-
волов (заметим, что добавление, замена, удаление, копиро-
Компьютер как средство обработки информации
291
вание и тому подобные операции относятся в равной мере к
обработке данных всех типов). И поиск, и упорядочивание
сводятся к выполнению операции сравнения символов. При
сравнении символов наиболее важными аспектами являют-
ся уникальность кода каждого символа и длина этого кода,
а сам выбор принципа кодирования в настоящее время
практически не имеет значения. Поэтому можно использо-
вать различные таблицы кодировки, лишь бы при кодирова-
нии и декодировании символов использовалась одна и та же
таблица.
Таблица кодировки (другое название — таблица переко-
дировки) — таблица, в соответствии с которой производится
преобразование символов в их двоичный код и обратно.
Наиболее популярные таблицы кодировки: ДКОИ-8,
ASCII, СР1251 (winl251), Unicode.
Что касается длины кода, то она по возможности должна
быть минимальной и в то же время достаточной для кодиро-
вания всех символов, которые могут потребоваться при вво-
де текстов любой сложности. Как правило, все допустимые
символы представлены на клавиатуре. Вы можете пересчи-
тать их количество, учитывая, что одна и та же клавиша мо-
жет передавать до 4-х символов (конечно, при использова-
нии сочетания из двух-трех клавиш), а один и тот же
символ иногда можно вводить с помощью разных клавиш.
Стандартно на клавиатуре, предназначенной для россий-
ского пользователя, представлены:
66 букв русского алфавита: 33 прописные и 33 строчные;
52 буквы латинского алфавита: 26 прописных и 26 строч-
ных;
10 цифр;
8 знаков препинания:
9 скобок и разделителей: (){ }[ ] \ | _ ;
4 знака арифметических операций: Ч— * / ;
3 знака операций отношения: = < > ;
7 специальных знаков: @ # $ % & ~ .
Это уже 159 знаков. Но свой код имеют и управляющие
клавиши: клавиши ввода, регистра, вставки, удаления,
управления курсором, прерывания, функциональные клави-
ши.
Минимальная длина двоичного кода для кодирования лю-
бого знака из перечисленного набора — 8 (так как 27 = 128, а
28 = 256). Исторически сложилось, что именно эта длина
кода была выбрана в качестве единицы измерения информа-
ции в компьютере и названа байтом. Именно поэтому при из-
292
Глава 3
мерении информации с точки зрения объёмного (техническо-
го) подхода мы говорим: «один символ — один байт».
Заметим, что эта длина кода отражена, например, в на-
звании таблицы перекодировки ДКОИ-8 — «двоичный код
обмена информацией длиной 8 битов». Этот код был хроно-
логически одним из первых стандартов кодирования рус-
ских букв ещё на компьютерах серии ЕС ЭВМ. Его отличи-
тельной особенностью является то, что буквы русского
(кириллического) алфавита расположены в таблице не в ал-
фавитном порядке.
Вопрос. Почему мы считаем, что, «как правило, все необ-
ходимые символы представлены на клавиатуре»? Какие вы
знаете исключения из этого правила?
Чтобы ответить на этот вопрос, подумайте о том, что:
• ещё до появления графического пользовательского интер-
фейса даже простые текстовые редакторы позволяли со-
здавать таблицы, среды программирования также предо-
ставляли программисту возможность рисовать
несложные рисунки, схемы. Для этого использовалась
так называемая псевдографика. Отдельные графические
примитивы можно было ввести с использованием опре-
делённых клавиш;
• в алфавитах разных языков встречаются буквы, отличаю-
щиеся по написанию от букв латинского алфавита. Тако-
выми являются, например, буквы с точками вверху в не-
мецком языке, китайские иероглифы, специальные
математические символы в языке математики и т. п. Ве-
роятнее всего, существуют специальные программные
средства или специальные возможности в используемых
вами программных средствах, которые позволяют состав-
лять тексты на этих языках.
ЭВМ первых поколений в силу ограниченности оператив-
ной памяти и невысокого по современным меркам быстро-
действия процессоров использовали минимальный набор
символов. Рост мощности компьютерных устройств привел
к тому, что в настоящее время при работе с одним ПК мож-
но использовать несколько разных таблиц перекодировки.
По сути, многие современные программные средства, будь
то текстовые процессоры или программы для работы в Ин-
тернете, предоставляют пользователю возможность выбора
таблицы перекодировки для его работы, автоматически пре-
образуя существующий текстовой файл из одного формата
кодирования в другой по команде пользователя.
Компьютер как средство обработки информации
293
Сейчас, когда объём памяти компьютеров чрезвычайно
вырос, уже нет нужды сильно экономить при кодировании
текста. Можно позволить себе «роскошь» тратить для хране-
ния текста вдвое больше памяти (выделяя для каждого сим-
вола не 1, а 2 байта). При этом появляется возможность раз-
местить в кодовой таблице — каждый на своем месте — не
только буквы европейских алфавитов (латинского, кирил-
лического, греческого), но и буквы арабского, грузинского и
многих других языков и даже большую часть японских и
китайских иероглифов. Ведь в 2 байтах можно хранить уже
число от 0 до 65535.
Двухбайтовая международная кодировка Unicode, разра-
ботанная несколько лет назад, теперь начинает внедряться
на практике. Полная спецификация стандарта Unicode
представляет собой довольно толстую книгу и включает в
себя все существующие, вымершие и искусственно создан-
ные алфавиты мира, а также множество математических,
музыкальных, химических и прочих символов.
знать
Текстом будем называть некоторую последовательность
закодированных в двоичном коде знаков, которую можно
хранить, передавать, преобразовывать с помощью компью-
тера.
Основные процедуры, производимые над текстами:
• общие — добавление, замена, удаление, копирование эле-
ментов (выполняются не только над текстами, но и над
информацией, представленной в других видах);
• специальные — поиск и упорядочивание (выполняются, в
основном, над элементами текста).
Основная операция, выполняемая над отдельными симво-
лами текста — сравнение символов.
При сравнении символов наиболее важными аспектами
являются уникальность кода для каждого символа и длина
этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически
не имеет значения.
Различных комбинаций из 0 и 1 при длине кода 8 битов
может быть 28 = 256, поэтому 8 битов достаточно для коди-
рования 256 символов — этого хватает для представления
294
Глава 3
всех клавиш на клавиатуре, предназначенной для россий-
ского пользователя.
Исторически сложилось, что в качестве длины кода для
кодирования символов были выбраны 8 битов = 1 байт.
Для кодирования текстов используются различные таб-
лицы кодировки. Важно, чтобы при кодировании и декоди-
ровании одного и того же текста использовалась одна и та
же таблица.
Таблица кодировки — таблица, содержащая упорядочен-
ный некоторым образом перечень кодируемых символов, в
соответствии с которой происходит преобразование символа
в его двоичный код и обратно.
уметь
Вопрос 1
Могут ли разные программные средства, установленные на од-
ном и том же компьютере, использовать разные таблицы переко-
дировки символов?
Задание 1
Рассмотрите клавиатуру вашего компьютера. Сколько различ-
ных символов вы можете использовать в своих текстах?
Задание 2
Используется ли какая-нибудь из описанных выше таблиц коди-
ровки на вашем компьютере? Если нет, то выявите различия и
попробуйте объяснить, чем они вызваны. Определите, есть ли в
вашей таблице кодировки символы, которые не представлены в
явном виде на клавиатуре.
Задание 3
Определите, есть ли в вашем распоряжении средства, позволяю-
щие вставлять в текст символы, не представленные на клавиату-
ре, например, элементы псевдографики (Tl^jriU) или матема-
тические знаки (J => оо Е ).
Ответьте на вопросы.
1. Предоставляются ли вам эти средства аппаратными или про-
граммными возможностями компьютера?
2. Какие, на ваш взгляд, программные средства — операционная
система, текстовый редактор, среда программирования — мо-
гут обеспечивать пользователю возможность использовать раз-
ные таблицы кодировки?
Компьютер как средство обработки информации
295
3. Есть ли какая-нибудь связь между форматом текстового файла
и используемой при его создании таблицей кодировки?
Задание 4
Изучите возможности установленного на вашем компьютере тек-
стового редактора по использованию различных таблиц кодиров-
ки символов и по вставке в текст специальных знаков, не пред-
ставленных на клавиатуре.
Задание 5
Как правило, языки программирования высокого уровня предо-
ставляют пользователю возможность использовать псевдографи-
ческие символы для «оформления» вывода информации на эк-
ран. С помощью документации к соответствующей среде
программирования или используя встроенную помощь, опреде-
лите, какие дополнительные символы, не представленные на
клавиатуре, и каким образом вы можете использовать при про-
граммировании .
Задание 6
Как правило, в программных средствах, предназначенных для
работы с файлами (часто они называются еще операционными
оболочками), предусмотрена возможность просмотра файлов (на-
пример, в таких оболочках, как Norton Commander, FAR-mana-
ger и т. п. для этого служит функциональная клавиша F3). По-
пробуйте «просмотреть» таким образом файлы разного
формата — текстовые, графические, базы данных и пр. Всегда
ли на экране появляется понятное изображение? Почему очень
часто изображение на экране представляет собой набор непонят-
ных символов и значительно отличается от того, что бы вы уви-
дели, если бы тот же самый файл просмотрели в том програм-
мном средстве, где он создан, например, базу данных в СУБД или
рисунок в графическом редакторе?
расширь свой кругозор
В качестве примеров наиболее популярных таблиц коди-
ровки символов мы приводили ДКОИ-8, ASCII, СР1251. Ко-
нечно же, это не просто наборы символов, а сокращение от
слов — названий таблиц.
Например, ASCII — «american standard code for informa-
tion interchange» — американский стандартный код для об-
296
Глава 3
мена информацией, СР1251 — «Code Page» — кодовая стра-
ница.
Для каждого кода устанавливаются свои правила кодиро-
вания.
Например, в ДКОИ-8, который использовался ещё на
ЕС ЭВМ, байт разбивается на две зоны (рис. 3.9.2). В старшей
зоне формируются признаки символа и группы (табл. 3.9.1,
3.9.2), в младшей — порядковый номер в группе.
Рис. 3.9.2
Схема кодирования
символов в коде ДКОИ-8
<] Старшая зона Младшая зона-—!>
7 бит 6 бит 5 бит 4 бит 3 бит 2 бит 1 бит 0 бит
^Признак^ ^символа"12 хЛризнак_х группы Порядковый 44 номер в группе —
Таблица 3.9.1
Примеры признаков символа
Код Название
11 Прописные буквы и цифры
10 Строчные буквы
01 Специальные символы
00 Прочие символы
Таблица 3.9.2
Пример признаков группы для признака символа 11
Код Символ
00 А. . . I
01 J . . . R
10 S . . . Z
11 0 ... 9
Например, приведенным ниже символам соответствуют
следующие коды в таблице ДКОИ-8:
А— 1100 0001
J — 11 01 0001
а — 10 00 0001
7 — 11110111
+ —01 00 1110
: —01 11 1010
интересный факт
Зачем вообще понадобилось создавать разные кодировки
для одного и того же алфавита? Разве трудно было придер-
живаться какого-то одного для всех стандарта? Помимо со-
ображений конкуренции (если рассуждать, например, так:
«когда наша операционная система завоюет признание, то
вместе с ней утвердится и кодировка, — так что конкурен-
там придётся поработать, обеспечивая совместимость») изоб-
ретателями кодировок в первую очередь двигал чисто прак-
Компьютер как средство обработки информации
297
тический расчёт. Как правило, еще до русифицикации опе-
рационной системы за символами из верхней половины таб-
лицы ASCII (с кодами от 128 до 255) уже закреплено то или
иное употребление, и чтобы разместить в этом же диапазоне
кириллический алфавит, приходится чем-то жертвовать.
Разумеется, наименее ценные кодовые позиции, замещение
которых нанесет наименьший ущерб функциональности сис-
темы, в каждом случае свои, и чаще всего необходимые для
полного набора кириллицы 66 знакомест (включая букву
«ё», которая традиционно выносится за пределы основного
алфавита) не удаётся расположить подряд. Этим и объясня-
ется тот факт, что ни в одной из кодировок, кроме ISO
8859-5 и Unicode, русские буквы не идут сплошным блоком.
В некоторых кодировках допускаются даже отклонения от
алфавитного порядка — в особенности в ДКОИ-8, располо-
жение русских букв в которой определяется расположением
латинских букв на клавиатурах советского производства.
Например, буква «Ю» стояла на таких клавиатурах на од-
ной клавише с символом «@», идущим в ASCII перед латин-
ской буквой «А», и потому стала в ДКОИ-8 «первой буквой
алфавита».
Интернет немыслим без интенсивного обмена информа-
цией между разными компьютерами — ив том числе (и
даже в первую очередь) текстовой информацией. Поэтому
проблема кодировок приобрела в последнее время особую
остроту. Идеальным был бы вариант, при котором вся ин-
формация проходила бы по сети в одной стандартной сете-
вой кодировке, а на входе и выходе каждого компьютера,
включенного в сеть, стояли бы перекодировщики, незаметно
для пользователя преобразующие поток данных из сетевой
кодировки в локальную кодировку данного компьютера (ко-
торая при этом может быть какой угодно) и обратно.
До некоторой степени этот идеал до недавнего времени
был реализован только в системах электронной почты и теле-
конференций русскоязычного Интернета, где действительно
существует стандартная сетевая кодировка ДКОИ-8 и где
программы-клиенты, отправляющие и получающие почту,
перекодируют её перед отправкой и после приема.
Однако в последнее время на сцену выходит множество
новых почтовых программ, нередко нерусифицированных.
В большинстве случаев этот недостаток почтовых программ
можно восполнить, установив на компьютер клавиатурный
драйвер и шрифты в кодировке ДКОИ-8.
298
Глава 3
§3.10. Представление числовой
информации
Пример. Текст «Поезд 71 прибывает на 2 путь 1 платформы в 7
часов 30 минут», выдаваемый в виде «бегущей строки»
на электронном справочном табло вокзала, содержит 60
символов. Каждый из этих символов — и буква, и знак
препинания, и пробел, и цифра — кодируется с помощью
таблицы кодировки.
Попробуйте ответить на следующие вопросы.
1. Почему для кодирования чисел в ЭВМ используются спе-
циальные методы, а не таблицы кодировки (вам, конечно
же, понятна разница между цифрой и числом)?
2. Почему в общем случае при кодировании чисел нельзя
считать кодом числа последовательность кодов его цифр?
Действительно, в таблицах кодировки есть коды для всех
цифр. Это нужно, как показано в рассмотренном примере, для
отображения чисел как символов текста. Основное отличие
числовых данных от символьных заключается в том, что над
числами кроме операции сравнения производятся разнообраз-
ные математические операции: сложение, умножение, извле-
чение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполне-
ния этих операций в математике подробно разработаны для
чисел, представленных в позиционной системе счисления.
Многовековая история развития математики показывает, что
именно позиционный принцип позволяет использовать эти
правила как универсальные алгоритмы, справедливые для си-
стемы счисления с любым основанием: 2, 3, 8, 10, 16, 60 и пр.
Системы счисления
Система счисления — совокупность приёмов обозначения
чисел, способ записи чисел.
Пример. Если у вас есть 26 конфет или до вашего дня рождения
осталось 26 дней, или для изготовления какого-то изде-
лия требуется выполнить 26 технологических операций
и вам нужно это число (количество) как-то записать, то
вы можете использовать не только привычный способ за-
Компьютер как средство обработки информации
299
писи, но и любую из следующих последовательностей
знаков:
XXVI ;
III IlliIIIIIII II IIIIIII II ;
110102 ;
222, ;
328 ;
1А16 .
Позиционный принцип представления чисел
Система счисления называется позиционной, если то ко-
личество, которое передаёт цифра в числе, зависит не толь-
ко от значения самой цифры, но и от её позиции в записи
числа.
Так, в числе 575,5 последняя цифра «5» передаёт поло-
винку единицы, предпоследняя цифра «5» передаёт пять
единичек, а первая цифра «5» передаёт уже пятьсот единиц.
Это число можно записать так:
575 = 5 • 102 + 7 • 101 + 5 • 10° + 5 • 10"1.
Основание системы счисления — количество различных
цифр, используемых для записи чисел. А также это — коли-
чество единиц младшего разряда, соответствующих одной
единице следующего, старшего разряда.
Наиболее привычная для нас система счисления — деся-
тичная. Для записи чисел в ней используется 10 разных
цифр; единице любого разряда соответствует 10 единиц пре-
дыдущего разряда.
В двоичной системе счисления для записи чисел исполь-
зуются всего две цифры — 0 и 1, а единице любого разряда
соответствуют две единицы предыдущего разряда.
В шестнадцатеричной системе счисления используется 16
цифр: первые десять — привычные арабские цифры, а для
обозначения оставшихся шести цифр используются первые
шесть прописных букв латинского алфавита (А, В, С, D, Е, F).
В шестидесятеричной системе счисления, так хорошо
знакомой нам по исчислению секунд и минут, в настоящее
время для записи чисел используются десять цифр, привыч-
ных нам по десятичной системе, но вес единицы каждого
разряда составляет 60 единиц предыдущего разряда.
Заметим, что обычно основание системы счисления ука-
зывается как нижний индекс, например: 123,510 1101,1012
120,78 9А07,С816.
300
Глава 3
В позиционных системах счисления каждое число может
быть записано в цифровой форме и в форме многочлена.
Пусть запись числа в цифровой форме состоит из цифр
ап ап-1 ап-2 ••• а2 а1 а0 ’ а-1
Если это число представлено в позиционной системе счис-
ления с основанием р, то форма представления числа в виде
многочлена такова:
апР +an-iP +ап-2Р +---+О2Р +О1Р +аоР +а-1Р +а-2Р + ...
Значениярп,рп-1, р~г... называются весами цифр в числе.
Примеры. 123,510 = 1 • 102 + 2 • 101 + 3 • 10° + 5 • 101;
1101,1012 = 1 • 23 + 1 • 22 + 0 • 21 + 1 • 2° +
+ 1 • 2 1 + 0 • 2-2 + 1 • 23;
120,78 = 1 • 82 + 2 • 81 + 0 • 8° + 7 • 8-1;
9А07,С816 = 9 • 163 + 10 • 162 + 0 • 161 + 7 • 16° +
+ 12 • 161 + 8 • 16’2.
Произведя соответствующие вычисления, вы получите:
1101,1012 = 8+4+0+1+0,5+0,25+0,125 = 13,87510;
120,78 = 64+16+0+0,875 = 80,87510;
9А07,С816 = 36864+2560+0+7+0,75+0,03125 =
= 39431,7812510.
По сути, позиционный принцип записи числа и использо-
вание формы его представления в виде многочлена являют-
ся способом (задают алгоритм) перевода числа, записанного
по правилам произвольной системы счисления в привычную
десятичную систему.
Осуществить перевод из десятичной системы счисления в
любую другую позиционную систему можно, также исполь-
зуя позиционный принцип. Полезным в этом случае будет
такое понятие, как базис системы счисления, то есть после-
довательность всех возможных весов цифр в числе.
Примеры. Базис десятичной системы счисления: ..., 10л, ...,
1000, 100, 10, 1, 0,1, 0,01, ...
Базис двоичной системы счисления: ..., 2Л, ..., 16,
8, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, ...
Базис троичной системы счисления: ..., Зл, ..., 81,
27, 9, 3, 1, 1/3, 1/9, ...
Базис шестнадцатеричной системы счисления: ...,
16", ..., 256, 16, 1, 1/16, 1/256, ...
Перевести число из десятичной системы счисления в
р-ичную — значит разложить это число по соответствующе-
му базису, а именно, определить, какие элементы базиса и
сколько раз входят в «переводимое количество».
Компьютер как средство обработки информации
301
Примеры.
1. Перевод числа 2610 в двоичную систему счисления:
максимальный элемент базиса, меньший 26, — это
16 — входит 1 раз (остаток 26-16 10 единиц);
элемент 8 входит в остаток 1 раз (остаток
10 - 8 = 2 единицы);
элемент 4 входит в остаток 0 раз (остаток 2-0 = 2
единицы);
элемент 2 входит в остаток 1 раз (остаток 2-2 = 0
единиц);
элемент 1 входит в остаток 0 раз.
Таким образом, 2610 = 110102 .
Схематично это можно представить так, как показа-
но на рис. 3.10.1:
Рис. 3.10.1 1 1 0 1 0
76543210 - номер разряда 27 26 25 24 23 22 2' 2° - вес разряда 128 64 32 16 8 4 2 1— элемент базиса 2. Перевод числа 2610 в троичную систему счисле-
ния:
максимальный элемент базиса, меньший 26 — это
9 — входит 2 раза (остаток 26 - 18 = 8 единиц);
элемент 3 входит в остаток 2 раза (остаток 8 - 6 =
= 2 единицы);
элемент 1 входит в остаток 2 раза (остаток 2 - 2 =
= 0 единиц);
Таким образом, 2610 = 2223 (рис. 3.10.2).
Рис. 3.10.2 2 2 2
7 6 5 4 3 2 10 - з7 з6 з5 з4 з3 зг з' 3° - 2187 729 243 81 27 9 3 1 - - номер разряда - вес разряда - элемент базиса
3. Перевод числа 2610 в шестнадцатеричную систе-
му счисления:
максимальный элемент базиса, меньший 26 — это
16 — входит 1 раз (остаток 26 - 16 = 10 единиц);
элемент 1 входит в остаток 10 раз (обозначается
цифрой А) (остаток 10 - 10 = 0 единиц);
Таким образом, 2610 = 1А16 (рис. 3.10.3).
Рис. 3.10.3
1 А
2 1 о — номер разряда
2 10
16 16 16 — вес разряда
256 16 1 — элемент базиса
302
Глава 3
Рассмотренные способы перевода чисел из одной системы
счисления в другую хорошо отражают принцип позиционно-
сти, но далеко не самые удачные для представления их в
виде строго формализованного алгоритма. Известно несколь-
ко способов перевода чисел. Некоторые из них более удобны
для «ручного» перевода, другие специально разработаны для
их автоматического исполнения. В приложении 3.10.1 при-
ведены основные алгоритмы перевода целых и дробных чисел
для различных систем счисления.
Как вы знаете, цифровые ЭВМ (а персональные компью-
теры относятся именно к классу цифровых) используют
двоичное кодирование любой информации. В основном это
объясняется тем, что построить техническое устройство,
безошибочно различающее 2 разных состояния сигнала,
технически оказалось проще, чем то, которое бы безоши-
бочно различало 5 или 10 различных состояний. Следовате-
льно, основной системой счисления для представления чи-
сел в компьютере является двоичная. Наряду с ней
используются следующие системы счисления:
• восьмеричная — в основном для представления команд в
машинно-ориентированных языках программирования;
• шестнадцатеричная — для компактного (и более обозри-
мого, чем двоичное) представления содержимого памяти.
В приложении 3.10.2 приведена таблица кодов некото-
рых чисел в рассмотренных системах счисления.
Различия в представлении целых
и вещественных чисел
Предположим, в компьютер встроили устройство, кото-
рое переводит числа из десятичной системы счисления в
двоичную и обратно. Достаточно ли этого для представления
чисел в памяти ЭВМ? Оказывается, нет.
Мало научиться записывать числа, важно облегчить про-
цесс автоматизированного выполнения арифметических
действий над ними.
Вернемся к первым ЭВМ. Основным видом их «деятель-
ности» были вычисления, но объём оперативной памяти и
быстродействие процессора были невелики и инженерам
приходилось придумывать разнообразные способы хранения
и обработки чисел, чтобы даже сложные расчёты выполня-
лись за разумное время.
Операции над целыми числами выполнять проще, но на
практике измерения в целых числах встречаются не так уж
Компьютер как средство обработки информации
303
часто. Поэтому для целых чисел решено было отводить один
или два байта.
Один байт чаще всего отводился для всевозможных
счётчиков, то есть для представления целых положитель-
ных чисел.
Максимальным десятичным числом, которое можно было
закодировать таким образом, было 25510= 111111112 = 28 - 1.
Для представления положительных и отрицательных це-
лых чисел отводилось два байта (16 битов). В качестве при-
знака, передающего знак числа, было выбрано значение
старшего бита: 0 означал, что закодировано положительное
число, 1 — отрицательное.
Максимальным десятичным числом, которое можно было
закодировать таким образом, было
3276710 = 01111111 111111112 = 215 - 1.
С вещественными числами дело обстояло немного слож-
нее, поскольку надо было придумать способ, одинаковый
для кодирования и больших, и маленьких чисел, то есть и
миллион (1 000 000), и одну миллионную (0,000 001) хоте-
лось бы кодировать посредством одного и того же алгорит-
ма.
В соответствии с принципом позиционности любое деся-
тичное число можно представить в виде произведения двух
чисел, одно из которых меньше единицы, а другое представ-
ляет собой некоторую степень десяти.
Примеры. 1000000 = 0,1 • 107;
0,000001 = 0,1 • 105;
-123,45 = -0,12345 • 103.
Такое представление чисел называется записью с плава-
ющей точкой (запись 123,45 — запись с фиксированной
точкой). В этой записи число имеет четыре характеристи-
ки:
• знак числа;
• знак порядка;
• порядок (степень числа 10);
• мантисса (дробная часть числа).
При двоичном кодировании необходимо было все эти ха-
рактеристики как-то отразить.
Было решено отводить под вещественные числа 4 байта
(32 бита). Три младших байта отводилось под запись ман-
тиссы, а старший байт включал в себя:
• один (старший) бит — знак числа: 0 — положительное,
1 — отрицательное;
304
Глава 3
• один бит — знак порядка: 0 — положительный, 1 — от-
рицательный;
• младшие 6 битов — порядок числа.
Максимальный порядок числа был равен = 6310,
следовательно, максимальным числом, которое можно было
закодировать таким образом, было 1063.
Пример. Число -123,4510 = -0,12345 • 103 в памяти компьютера
будет представлено так, как показано на рис. 3.10.4:
Знак
Знак порядка
числа Порядок Мантисса
\ 1' г — >>
110|000011100011111110011010101101011
31 30 24 23 16 15 8 7 1 0
Рис. 3.10.4
В настоящее время, когда быстродействие процессоров и
объём оперативной памяти достаточно велики, а обычной
разрядностью компьютеров становится 32 или 64 бита, уже
нет жёстких требований к использованию экономных кодов
для записи чисел. И сейчас имеется возможность проводить
расчёты, величины в которых могут превосходить 1063 во
много раз.
Мы здесь рассматривали только представление чисел в
двоичном коде и не затрагивали вопросы, связанные с ма-
шинной арифметикой, то есть выполнением операций сло-
жения, вычитания, умножения и деления над двоичными
числами. С элементами машинной математики вы сможете
познакомиться в разделе «Расширь свой кругозор».
&3 знать
Для кодирования чисел в ЭВМ используются специаль-
ные методы, основанные на позиционном принципе записи
чисел.
Система счисления — совокупность приёмов обозначения
чисел, способ записи чисел.
Система счисления называется позиционной, если то ко-
личество, которое передаёт цифра в числе, зависит не толь-
ко от значения самой цифры, но и от её позиции в записи
числа.
Компьютер как средство обработки информации
305
Основание системы счисления — количество различных
цифр, используемых для записи чисел. А также это — коли-
чество единиц младшего разряда, соответствующих одной
единице следующего, старшего разряда.
Наиболее привычная для нас система счисления — деся-
тичная. Для записи чисел в ней используется 10 разных
цифр; единице любого разряда соответствует 10 единиц пре-
дыдущего разряда.
В двоичной системе счисления для записи чисел исполь-
зуются всего две цифры — 0 и 1, а единице любого разряда
соответствуют две единицы предыдущего разряда.
В шестнадцатеричной системе счисления используется 16
цифр: первые десять привычные арабские цифры, а для обо-
значения оставшихся шести цифр используются первые шесть
прописных букв латинского алфавита (А, В, С, D, Е, F).
В позиционных системах счисления каждое число может
быть записано в цифровой форме и в форме многочлена.
Если число в позиционной системе счисления с основанием р
В цифровой форме СОСТОИТ ИЗ цифр ^VV1an-2•••a2ala0’a-la-2•••’
то форма представления числа в виде многочлена такова:
„ п I Л п-1 I Л п-2 I I Л 2 I Л 1 I Л 0 I Л -1 I Л -2 I
О'пР 4“ ап_]Р + ап-2Р 4-...4" U2P 4“ a-j) 4~ UqP 4" Л-ip Л-2Р •••
Значениярп, рп-1, ..., р“2, ... называются весами цифр в чис-
ле.
Базис системы счисления есть последовательность так
называемых ключевых чисел, каждое из которых задаёт
значение цифры по её месту в записи числа.
Базис десятичной системы счисления: ..., 10п, ..., 1000,
100, 10, 1, 0,1, 0,01, ...
Базис двоичной системы счисления: ..., 2П, ..., 16, 8, 4,
2, 1, 1/2, 1/4, ...
Базис троичной системы счисления: ..., Зп, ..., 81, 27, 9,
3, 1, 1/3, 1/9, ...
Базис шестнадцатеричной системы счисления: ..., 16п,
..., 256, 16, 1, 1/16, 1/256, ...
Перевести число из р-ичной системы счисления в деся-
тичную можно, записав его в форме многочлена и вычис-
лив значение полученного многочлена.
Перевести число из десятичной системы счисления в
р-ичную — значит «разложить» это число по соответствую-
щему базису, а именно, определить, какие элементы, базиса
и сколько раз входят в «переводимое количество».
306
Глава 3
Для представления чисел в компьютере используются
следующие системы счисления:
• двоичная — основная для представления чисел, адресов
ячеек, команд и пр.;
• восьмеричная — в основном для представления команд в
машинно-ориентированных языках программирования;
• шестнадцатеричная — для компактного (и более обо-
зримого, чем двоичное) представления содержимого па-
мяти.
Целые и вещественные числа представляются в памяти
компьютера по-разному.
Один из способов кодирования целых чисел характеризу-
ется следующим:
• для представления положительных и отрицательных це-
лых чисел отводится два байта (16 битов);
• признаком, передающим знак числа, является значение
старшего бита: 0 означает, что закодировано положитель-
ное число, 1 — отрицательное;
• максимальное десятичное число, которое можно закодиро-
вать таким образом — это 3276710 = 01111111 111111112 =
= 215 - 1.
Один из способов кодирования вещественных чисел
(в форме с плавающей запятой) характеризуется следую-
щим:
• под вещественное число отводится 4 байта (32 бита);
• три младших байта отводятся под запись мантиссы;
• старший байт включает в себя:
один (старший) бит — знак числа: 0 — положительное,
1 — отрицательное;
один бит — знак порядка: 0 — положительный, 1 — от-
рицательный;
младшие 6 бит — порядок числа;
• максимальный порядок числа может быть равен 1111112 =
= 6310, следовательно, максимальным числом, которое
можно закодировать таким образом, является число 1063.
Компьютер как средство обработки информации
307
уметь
Задание 1
Выполните следующие операции над числами, представленны-
ми в десятичной (позиционной) и римской (непозиционной) сис-
темах счисления (проверьте правильность ответов):
18 XVIII 50 L
+24 +XXIV "29 "XXIX
42 XLII 21 XXI
Попробуйте сформулировать, почему выполнять вычисления
над числами, записанными арабскими цифрами, легче, чем те
же действия над числами, записанными римскими цифрами.
Задание 2
Запишите алгоритм перевода числа из системы счисления с
основанием р в десятичную систему счисления, используя пози-
ционный принцип и форму записи числа в виде многочлена.
Задание 3
Используя знание позиционного принципа записи числа, переве-
дите следующие числа в десятичную систему счисления:
10102 —> Х10;
20123 -> Х10;
1278 Х10;
2AFi6 -> Х10.
Задание 4
Используя знание позиционного принципа записи числа, переве-
дите следующие числа из десятичной системы счисления в систе-
мы счисления с указанными основаниями:
12510 -> Х2;
12510->Х3;
12510 —> Х8;
12510->Х16.
Задание 5
«Раскодируйте» содержимое четырех байтов памяти:
а) как двух целых чисел;
б) как одного вещественного числа.
0100 0101
1000 0001
1000 0000
1000 0000
308
Глава 3
Если бы ЭВМ с самого начала обладали большим быстро-
действием и большой оперативной памятью, встала ли бы
задача различного представления целых и вещественных
чисел?
расширь свои кругозор
Базисы систем счисления.
Базис системы счисления не обязательно должен состоять
из членов геометрической прогрессии. Например, можно ис-
пользовать:
• факториальную систему счисления с базисом ..., и!,
(п-1)!, ..., 2!, 1!
• фибоначчиеву систему счисления с базисом ..., 21, 13, 8,
5, 3, 2, 1 (каждое число, начиная с третьего, является
суммой двух предыдущих чисел — отсчёт идёт справа).
Элементы машинной арифметики.
Все арифметические операции над двоичными числами в
компьютере можно свести к двум операциям: сложению и
сдвигу кодов. Это позволяет технически реализовать четыре
арифметических действия в одном арифметико-логическом
устройстве, используя одни и те же схемы выполнения опе-
раций.
Пример. Рассмотрим операции, выполняемые при умножении де-
сятичных чисел 25 х 34.
25
х
34
100
' +?5
850
Число 850 получается как результат сложения двух чи-
сел 100 и 75, причём число 75 сдвинуто на один разряд
влево. Число 100 получается как результат 4-кратного
сложения числа 25. Число 75 получается как результат
3-кратного сложения числа 25.
Компьютер как средство обработки информации
309
Операцию вычитания чисел можно заменить операцией
сложения с числом с противоположным знаком: 34 - 25 =
= 34 + (-25).
Операцию деления можно заменить последовательными
операциями вычитания.
Поскольку операции в любой позиционной системе счис-
ления выполняются аналогично, ясно, что любую арифмети-
ческую операцию в любой системе счисления можно пред-
ставить в виде суммы нескольких «сдвинутых» друг
относительно друга слагаемых.
Примеры. .юно -Юно vioiio юно |юи
"Г 1011 1011 х 1011 1011 ю
100001 1011 юно о
юно
00000
юно
11110010
Прямой, обратный, дополнительный коды числа.
При выполнении арифметических операций в компьюте-
ре применяются прямой, обратный и дополнительный коды:
прямой — при умножении и делении; обратный — при заме-
не вычитания сложением; дополнительный — при сложе-
нии положительных и отрицательных чисел.
Прямой код двоичного числа — это само двоичное число,
причём значение знакового разряда для положительных чи-
сел равно 0, а для отрицательных — 1.
Обратный код рл.я положительного числа совпадает с
прямым кодом, а для отрицательного числа все двоичные
цифры числа заменяются на «противоположные» (инверс-
ные) значения (единица на ноль и обратно). Знак числа оста-
ется прежним.
Дополнительный код положительного числа совпадает с
прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа
образуется как результат суммирования обратного кода с
единицей младшего разряда.
Пример. Путь число кодируется 1 байтом. Тогда:
Десятичное число Двоичное число Прямой код Обратный код Дополнитель- ный код
+0,8125 +0,1101 0 0001101 0 0001101 0 0001101
-0,8125 -0,1101 1 0001101 1 1110010 1 1110011
310
Глава 3
После выполнения арифметических действий дополни-
тельный и обратный коды отрицательных чисел преобразу-
ются в прямой код. Обратный код преобразуется заменой
всех значащих цифр, кроме знакового разряда, на противо-
положные цифры. Дополнительный код преобразуется так
же, как и обратный код, а затем добавляется единица к
младшему разряду.
Сложение чисел производится в дополнительных кодах
поразрядно. Единица переноса из знакового разряда теряет-
ся.
Вычитание сводится к алгебраическому сложению кода
уменьшаемого с кодом вычитаемого, взятого с обратным
знаком.
Умножение и деление двоичных чисел производятся в
прямом коде и сводятся к двум операциям: сложению и
сдвигу кодов. Знак произведения и частного определяется
по тем же правилам, что и в десятичной системе счисле-
ния.
интересный факт
В качестве любопытного курьёза обычно упоминают, что
шведский король Карл XII в 1717 году увлекался восьме-
ричной системой, считал её более удобной, чем десятичная,
и намеревался королевским указом ввести её как общегосу-
дарственную. Неожиданная смерть помешала осуществле-
нию столь необычного намерения.
Любопытно, что в 1862 году американский инженер,
швед по происхождению, Дж. Нистром выпустил в Филаде-
льфии книгу «Проект новой арифметической и денежной
системы, а также системы мер и весов, которую предполага-
ется назвать тональной системой с основанием, равным
шестнадцати». Он писал: «Я не боюсь и ничуть не колеб-
люсь выступить в защиту двоичной системы в арифметике и
метрологии. Я знаю, на моей стороне природа; если мне не
удастся убедить вас в её полезности и чрезвычайной важно-
сти для человечества, это не сделает чести нашему поколе-
нию, нашим ученым и философам».
Сегодня эти мысли кажутся пророческими. Приведем ци-
тату из работы ещё одного замечательного французского ма-
тематика и естествоиспытателя Б. Паскаля: «Десятичная
Компьютер как средство обработки информации
311
система построена довольно неразумно, конечно, в соответ-
ствии с людскими обычаями, а вовсе не требованиями есте-
ственной необходимости, как склонно думать большинство
людей».
Приложение 3.10.1
Алгоритмы перевода чисел из одной
позиционной системы счисления в другую
Алгоритмы перевода целых чисел
Постановка задачи.
Дано число Aq (в системе счисления с основанием q). За-
менить его равным числом Хр (в системе счисления с основа-
нием р).
Алгоритм I.
Для того чтобы целое число Aq заменить равным ему це-
лым числом Хр, необходимо число Aq разделить нацело по
правилам арифметики в системе счисления с основанием q
на основание р. Остаток деления надо запомнить, а частное
вновь нацело разделить на р. И так далее, пока частное не
станет равно 0.
Цифрами искомого числа Хр являются остатки от деле-
ния, выписанные так, что последний остаток является циф-
рой старшего разряда числа Хр.
Алгоритм I пригоден для любых р и q, однако рекоменду-
ется для перевода чисел из десятичной системы счисления в
произвольную систему счисления.
Примеры.
2610 ~> Х1б
q = 10, р = 16
2610 = 110102
2610 = 2223
2610 — 1А1б
312
Глава 3
Алгоритм II.
Для того чтобы целое число Aq заменить равным ему чис-
лом Хр, достаточно цифру старшего разряда числа Aq умно-
жить по правилу арифметики в системе счисления с основа-
нием р на основание q. К полученному произведению надо
прибавить цифру следующего разряда числа Aq. Получен-
ную сумму следует вновь умножить на q, к полученному
произведению вновь прибавить цифру следующего (более
младшего) разряда. И так до тех пор, пока не будет прибав-
лена младшая цифра числа Aq.
Алгоритм II пригоден для любых р и q, однако рекомен-
дуется при переводе из произвольной системы счисления в
десятичную.
Пример.
1О11О2->Х10 2078 -> Х10 2F516 -> Х10
(((1-2+0)*2+1)-2+1)-2+0 = 2210 (2-8+0)-8+7 = 13510 (216+15)16+5 = 7571О
Алгоритмы перевода правильных дробей
Постановка задачи.
Дано число 0,Ад (в системе счисления с основанием q). За-
менить его равным числом 0,Х^ (в системе счисления с осно-
ванием р).
Алгоритм III.
Для того чтобы исходную правильную дробь 0,Aq заменить
равной ей правильной дробью 0,Хр, нужно 0,Aq умножить на
основание р по правилам арифметики в системе счисления с
основанием д, целую часть полученного произведения считать
цифрой старшего разряда искомой дроби. Дробную часть по-
лученного произведения вновь умножить на р, целую часть
полученного результата считать следующей цифрой искомой
дроби. Эти операции продолжать до тех пор, пока либо дроб-
ная часть не окажется равной нулю, либо не будет достигнута
требуемая точность.
Алгоритм рекомендуется при переводе из десятичной сис-
темы счисления в произвольную.
Пример. Дробь 0,37510 заменить равной ей двоичной дробью.
Решение:
0,375 • 2 = 0,750
0,75 • 2 = 1,50
0,5 • 2 = 1,0 (дробная часть равна 0)
0,37510=0,0112
Компьютер как средство обработки информации
313
Алгоритм IV.
Для того чтобы исходную правильную дробь 0>Aq заме-
нить равной ей правильной дробью 0>Хр, необходимо цифру
младшего разряда дроби 0>Ад разделить на основание q по
правилам арифметики в системе счисления с основанием р,
к полученному частному прибавить цифру следующего (бо-
лее старшего) разряда и с полученным числом поступить так
же, как и с первой взятой цифрой исходного числа.
Эти операции продолжать до тех пор, пока не будет при-
бавлена цифра старшего разряда искомой дроби. После это-
го полученную сумму разделить еще раз на р и к результату
приписать запятую и ноль целых.
Алгоритм рекомендуется при переводе из произвольной
системы счисления в десятичную.
Пример. Дробь 0,11012 заменить равной ей правильной десяти-
чной дробью.
Решение:
1:2 + 0 = 0,510
0,5 : 2 + 1 = 1,2510
1,25 : 2 + 1 = 1,62510
1,625 : 2 + 0 = 0,81251П
0,11012 = 0,812510.
Алгоритмы перевода чисел в системы счисления
с кратными основаниями
Постановка задачи.
Перевести число Aq из системы счисления с основанием q
в систему счисления с основанием qn, где п — натуральное
число.
Алгоритм V.
Для записи двоичного числа в системе счисления с осно-
ванием q = 2п достаточно данное двоичное число разбить на
группы вправо и влево от десятичной точки по п цифр в
каждой группе. Затем каждую такую группу следует рас-
смотреть как n-разрядное двоичное число и записать его как
цифру в системе с основанием q = 2п.
В крайних группах, если двоичных цифр оказалось мень-
ше п, можно добавлять незначащие нули.
Пример. Число 1011000010,00110012 заменить равным ему чис-
лом в восьмеричной системе счисления, то есть системе с
основанием q = 23, и в шестнадцатеричной системе счис-
ления, то есть системе счисления с основанием q = 24.
314
Глава 3
Решение:
Для перевода в восьмеричную систему счисления раз-
биваем двоичное число на группы по три цифры в каж-
дой:
001 011 000 010 ,001 100 100 - двоичное число
1 30 2 ,1 44 - восьмеричное число
Внизу под каждой из групп выписаны цифры, соответст-
вующие трёхразрядным двоичным числам:
12 = Is > 0112 = ^8 » 0002 ~ 08 ; 0102 = 28 ;
0012 — 18 ; 1002 = 4g.
Для перевода в шестнадцатеричную систему счисления
разбиваем двоичное число на группы по четыре цифры в
каждой:
0010 1100 0010 ,0011 0010 - двоичное число
2 С 2 ,3 2 - шестнадцатеричное число
Внизу под каждой из групп выписаны цифры, соответст-
вующие четырёхразрядным двоичным числам:
102 == 216 ; 11002 = С18 ; 00102 = 21б ;
00112 = 31б ; 00102 = 218.
Постановка задачи.
Перевести число Aq из системы счисления с основанием qn
в систему счисления с основанием q, где п — натуральное
число.
Алгоритм VI.
Для замены числа, записанного в системе счисления с
основанием 2", равным ему числом в двоичной системе
счисления достаточно каждую цифру данного числа заме-
нить n-разрядным двоичным числом.
Пример. Число 2607,348 заменить равным ему двоичным числом.
В соответствии с алгоритмом запишем:
2 6 0 7 ,3 4 - восьмеричное число;
010 110 000 111 ,011 100 - двоичное число.
В результате получим: 2607,248 = 10110000111,01112 .
Из сказанного следует, что замена двоичного числа на
равное ему восьмеричное и наоборот может осуществляться
механически, без всяких вычислений.
Нетрудно представить себе пишущую машинку, у кото-
рой на клавишах восьмеричные цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,
7, а на молоточках, которые бьют по бумаге, соответствую-
щие им трёхразрядные двоичные числа: 000, 001, 010, 011,
Компьютер как средство обработки информации
315
100, 101, 110, 111. Такая машинка позволит всякое восьме-
ричное число, отстукиваемое на клавиатуре, отпечатать на
бумаге в виде равного ему двоичного числа.
Пример. Число 6B07,D416 заменить равным ему двоичным чис-
лом.
В соответствии с алгоритмом запишем:
6 В 0 7 ,D 4 - шестнадцатеричное число;
ОНО 1011 0000 0111 ,1101 0100 - двоичное число.
В результате получим:
6B07,D416 = 110101100000111,1101012 .
' X U 4»
Описанные алгоритмы имеют большое практическое
значение. Обмен информацией между устройствами боль-
шинства современных ЭВМ осуществляется путем переда-
чи команд, которые кодируются в двоичном алфавите. Ис-
пользование двубуквенного алфавита (0 и 1), как это уже
подчёркивалось, диктуется инженерными требованиями.
Однако пользоваться командами, записанными в двоич-
ном алфавите, из-за большой длины отдельных команд (до
64 двоичных знаков) и своеобразной «зрительной однород-
ности» текста человеку неудобно. Поэтому программисты
и инженеры, обслуживающие ЭВМ, заменяют все машин-
ные слова на эквивалентные им восьмеричные или шест-
надцатеричные числа. В первом случае длина исходного
кода сокращается в три раза, во втором — в четыре. Такая
запись становится более удобной для восприятия и анали-
за.
316
Глава 3
Приложение 3.10.2
Представление чисел в различных системах
счисления
Десятич- ная Двоичная Троичная Восьмеричная Шестнадцатерич- ная
0 0 0 0 0
1 1 1 1 1
2 10 2 2 2
3 11 10 3 3
4 100 11 4 4
5 101 12 5 5
6 110 20 6 6
7 111 21 7 7
8 1000 22 10 8
9 1001 100 11 9
10 1010 101 12 А
11 1011 102 13 в
12 1100 110 14 с
13 1101 111 15 D
14 1110 112 16 Е
15 1111 120 17 F
16 10000 121 20 10
17 10001 122 21 11
18 10010 200 22 12
19 10011 201 23 13
20 10100 202 24 14
50 110010 1212 62 32
64 1000000 2101 100 40
100 1100100 10201 144 64
256 100000000 100111 400 100
1000 1111101000 1101001 1750 ЗЕ8
Компьютер как средство обработки информации
317
§3.11. Представление графической
информации
ПОНЯТЬ
Человек воспринимает информацию с помощью всех орга-
нов чувств и самыми различными способами, но всё же основ-
ными формами информации, с которыми ему наиболее при-
вычно работать, являются вербальная и образная, причём
последней часто отдается предпочтение. «Лучше один раз уви-
деть, чем сто раз услышать», — гласит пословица.
Сегодня трудно представить себе экран монитора без гра-
фического оформления: пиктограммы стали неотъемлемы-
ми компонентами пользовательского интерфейса многих
программных средств, с помощью программ-аниматоров со-
здать мультипликационный фильм (вернее анимационный
ролик) может сейчас не только коллектив профессиональ-
ных художников, но и любой школьник, которому интерес-
но этим заниматься, программы для создания трёхмерной
графики «перенесут» вас не только на сказочную планету в
какой-нибудь игровой программе, но и дадут возможность
«посетить» Эрмитаж с помощью мультимедиа энциклопе-
дии или при работе с компьютерной обучающей программой
по биологии «побывать» в человеческом теле, чтобы узнать,
как функционируют его органы.
Правда, так было не всегда. Самые первые компьютеры
могли работать только с числами — производить вычисле-
ния. Затем с увеличением быстродействия процессоров, по-
явлением дисплеев и внешней памяти на магнитных носите-
лях появилась возможность обрабатывать текстовую инфор-
мацию. Но уже тогда хотелось создавать таблицы и графи-
ки, рисовать на компьютере. Но на алфавитно-цифровых
дисплеях графика была возможна только как «псевдографи-
ка» (заметим, что вообще, для компьютера «псевдо» — ши-
роко распространенное явление: графика — точечная, про-
странство — виртуальное, интеллект — искусственный и
так далее).
Графические дисплеи появились в начале 80-х годов. К
этому времени достигнутое быстродействие процессоров,
объёмы памяти, обширные библиотеки алгоритмов уже по-
зволяли создавать, выводить на экран, преобразовывать
318
Глава 3
даже очень сложные графическое образы в реальном време-
ни, то есть без заметных для человека задержек на их обра-
ботку компьютерными устройствами. Пользовательский ин-
терфейс становился преимущественно графическим.
Компьютерная графика сейчас распространяется всё
шире. Даже программы, предназначенные для создания и
работы с текстами — текстовые процессоры — имеют, как
правило, встроенные возможности по созданию рисунков,
чертежей, схем и встраиванию их в текст.
Работа с графикой на компьютере требует решения следу-
ющих проблем.
• Как закодировать информацию графического вида в дво-
ичном коде?
• Как передать средствами компьютера цвет в изображе-
нии?
• Какие средства позволяют передать объёмность изобра-
жения на плоском экране?
• Как обеспечить эффект движения при создании анимаци-
онных роликов?
На эти и многие другие вопросы должен ответить про-
граммист, разрабатывающий программные средства для ра-
боты с компьютерной графикой.
Пожалуй, именно для представления в двоичном коде ин-
формации графического вида разработано наибольшее число
различных способов. Косвенным свидетельством этого мож-
но считать наличие большого числа форматов графических
файлов: BMP, JPEG, TIFF, PCX и так далее.
Отчасти это связано с тем, что для хранения рисунков в
двоичном коде требуется много места в памяти компьютера
и программисты постоянно пытаются изобрести экономный
способ кодирования графических изображений.
Пример. Если у вас есть сканер и программа оптического распо-
знавания символов, то выполните следующие действия:
1) отсканируйте страницу текста;
2) сохраните отсканированную страницу текста как ри-
сунок (файл в графическом формате);
3) распознайте отсканированное изображение;
4) сохраните отсканированную страницу текста как
текст (файл в текстовом формате);
5) в программе работы с файлами сравните объёмы (раз-
мер в байтах) полученных файлов.
Когда мы выполнили эти действия, то у нас получилось,
что файл в формате ТХТ занял 2056 байтов, файл в фор-
мате BMP (монохромный) — 24052 байтов (программа
FineReader 4.0, разрешение 300 dpi).
Компьютер как средство обработки информации
319
Чтобы лучше понять суть способов представления графи-
ческих изображений (рисунков, схем, фотографий, графи-
ков и пр.), сравните два рисунка, представленные на
рис. 3.11.1.
Рис. 3.11.1
Рисунок художника
и рисунок,
составленный
из прямоугольников
и кружочков
Второй рисунок состоит из геометрических фигур всего
двух видов: прямоугольников и кружочков. Для того чтобы
его описать, достаточно указать координаты и размеры каж-
дого из элементов и последовательность их прорисовки. За-
метим, что именно так чаще всего строятся изображения с
помощью языков программирования. Такое изображение
носит название векторного изображения.
Геометрические фигуры, из которых конструируется ри-
сунок, называются графическими примитивами. В графиче-
ских редакторах они часто располагаются в меню инстру-
ментов.
Для первого рисунка выделить графические примитивы
крайне затруднительно — в нём практически нет однотип-
ных геометрических фигур. Дискретизировать это изобра-
жение можно, например, если наложить на него мелкую
сетку (рис. 3.11.2), подобно тому, как вы это делали в нача-
льной школе, когда учились подсчитывать площадь геомет-
рических фигур с помощью палетки.
Рис. 3.11.2
Рисунок с нанесенной сеткой
320
Глава 3
Поскольку клеток в нанесенной сетке конечное число
(оно равно произведению количества строк на количество
столбцов), то назначив по определённому правилу каждой
клетке число (напрмер, номер цвета), мы получим дискрет-
ное представление рисунка. Такое представление графики
носит название растрового изображения.
Правила оцифровки изображения могут быть самыми
разнообразными, рассмотрим наиболее простое из них.
Если рисунок черно-белый, то достаточно ставить в соот-
ветствие клетке, у которой «закрашено» больше половины
площади, единицу, иначе — ноль.
Чтобы однозначно восстановить рисунок, достаточно
знать, сколько строк и столбцов было в «палетке». Правда,
если клетки велики, то восстановленное изображение может
лишь отдалённо напоминать исходный рисунок. Чем мельче
нанесённая сетка, тем точнее представляется с её помощью
рисунок и тем ближе будет восстановленный рисунок
(рис. 3.11.3).
Рис. 3.11.3
Изображение
в различных сетках
В компьютерной технике подобное правило кодирования
графических изображений получило название матричного
принципа, а точки-клетки, на которые разбивается изобра-
жение, были названы пикселями.
Pixel (picture element — элемент рисунка) — минималь-
ная единица изображения, цвет и яркость которой можно
задать независимо от остального изображения.
На рис. 3.11.4 вы видите представление символов этим
способом.
Рис. 3.11.4
Представление символов
слова «Мир» в соответствии
с матричным принципом
Компьютер как средство обработки информации
321
Если рисунок цветной, то для каждой точки нужно со-
хранять код её цвета.
Поскольку и цвета чаще всего кодируются в двоичном
коде, то, если, например, вы хотите использовать 16-цвет-
ный рисунок, то для кодирования каждого пикселя вам по-
требуется 4 бита (16=24), а если есть возможность использо-
вать 16 битов (2 байта) для кодирования цвета одного
пикселя, то вы сможете передать 216 = 65 536 различных
цветов. Использование трех байтов (24 битов) для кодирова-
ния цвета одной точки позволяет отразить 16 777 216 (или
около 17 млн) различных оттенков цвета — это так называе-
мый режим «истинного цвета» (True Color). Заметим, что
это используемые в настоящее время, но далеко не предель-
ные возможности современных компьютеров. Сравните: тре-
нированный глаз художника, по оценкам учёных, может
различить около двух миллионов различных оттенков.
Если каждый пиксель кодируется п битами, то говорят,
что глубина цвета равна и.
Способ кодирования графической информации, основан-
ный на матричном принципе, пожалуй, самый неэкономич-
ный. Тем не менее, он используется достаточно часто. Фор-
мат графических файлов BMP (bit map — битовый массив,
битовая карта) — по сути, прямое отражение представления
графической информации в памяти компьютера в соответст-
вии с этим принципом.
В соответствии с матричным принципом кодирования
графических изображений работают такие устройства, как
дисплеи, принтеры, сканеры.
Качество изображения на этих устройствах будет тем
выше, чем «плотнее» расположены пиксели (то есть чем боль-
ше разрешение устройства) и чем точнее закодирован цвет
каждого из них.
Разрешение обычно измеряют в точках на дюйм (dpi).
Пример. Для разных устройств величина разрешения различна и
определяется их конструктивными особенностями. В
среднем она примерно следующая:
• монитор — около 75 dpi;
• матричный принтер — около 150 dpi (в режиме повы-
шенного качества);
• струйный принтер — 300 dpi и выше;
• лазерный принтер — 300 dpi, 600 dpi и выше;
• фотонаборный аппарат — 1200 dpi и выше.
11 2793
322
Глава 3
Пример. Если вы посмотрите на экран дисплея через сильную
лупу или увеличительное стекло, то увидите либо мно-
жество разноцветных прямоугольников, либо множество
разноцветных кружочков (в зависимости от марки и мо-
дели техники). Каждый экранный пиксель состоит из
трёх таких элементов, один из которых красного (Red),
другой зелёного (Green), третий синего (Blue) цвета
(RGB-модель цветообразования).
Известно, что если на изображении имеются близко рас-
положенные цветные детали, то с большого расстояния
мы не различаем цвета отдельных деталей — происходит
смешение световых потоков, передающих эти цвета. Из-
вестно также, что любой желаемый цвет может быть по-
лучен в результате сложения (смешения) красного,
зелёного и синего световых потоков. Яркость (интенсив-
ность) каждого цвета может быть различна.
Рассмотрим самый простой случай: каждый из трёх со-
ставляющих пикселя может либо «гореть» (1), либо «не
гореть» (0). Тогда мы получаем следующий набор цветов:
Красный Зеленый Синий Результирующий цвет
0 0 0 Чёрный
0 1 0 Зелёный
0 0 1 Синий
1 0 0 Красный
0 1 1 Бирюзовый
1 1 0 Жёлтый
1 0 1 Малиновый
1 1 1 Белый
Пример. При печати на принтере используется несколько иная
цветовая модель, чем в мониторе. Монитор испускает
свет, и оттенок получается в результате «сложения» цве-
тов, а краски в принтере — поглощают свет, цвета «вы-
читаются». Попробуйте покрасить бумагу смесью из
красной, зелёной и синей краски — вряд ли вы когда-ни-
будь получите белый цвет. Поэтому для цветной печати
используют в качестве основных иные цвета — голубой
(Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Теоре-
тически наложение этих трёх цветов должно давать
чёрный цвет. На практике из-за неидеальности красите-
лей чаще получается серый или коричневый цвет. Поэто-
му в качестве четвёртого основного цвета к ним обычно
добавляют чёрный (ЫасК). Отсюда и название этого спо-
соба цветообразования — CMYK-модель. Для хранения
информации о доле каждой краски и в этом случае чаще
всего используется 1 байт.
Компьютер как средство обработки информации
323
Трёхмерная компьютерная графика
Создание и редактирование трёхмерных объектов проис-
ходит на базе использования достаточно сложного матема-
тического аппарата. Он используется для преобразования
трёхмерных координат изображаемого объекта в их проек-
цию на плоскость, а также для пересчёта кодов оттенков
цвета каждого пикселя при отображении на плоском экране
светотеней, рельефа для создания более реалистичной
«объёмности» изображения.
Специальные алгоритмы позволяют масштабировать, на-
клонять, зеркально отображать объекты в трёхмерном про-
странстве, а также создавать эффекты перспективы, скручи-
вания, изгиба, наклона и раскачивания тел. Используются
различные методы расчёта освещённости и теней на иск-
ривлённых поверхностях тел. С помощью эффектов дымки и
дистанционных теней моделируются различные атмосфер-
ные явления: туман, облачность. С помощью специальных
средств создаются объекты из нестандартных материалов,
например, поверхности с вмятинами, с волокнами дерева
или изделия из мрамора; прозрачную пластиковую поверх-
ность объекта можно преобразовывать, например, в метал-
лическую и т. п. Математические расчёты позволяют зада-
вать динамическое изменение текстуры объектов, например,
для изображения мерцающего пламени.
Анимационные эффекты
Анимация — искусственное представление движения в
кино, на телевидении или в компьютерной графике путём
отображения последовательности рисунков или кадров с ча-
стотой, при которой обеспечивается целостное зрительное
восприятие образов.
Как правило, для плавного воспроизведения анимации не-
обходима скорость (частота кадров) не менее 10 кадров в се-
кунду — тогда действует инертность зрительного восприятия.
Разница между анимацией и видео состоит в том, что ви-
део использует непрерывное движение и разбивает его на
множество дискретных кадров. Анимация использует мно-
жество независимых рисунков или графических файлов, ко-
торые выводятся в определённой последовательности для со-
здания иллюзии непрерывного движения. Кроме того, в
традиционной анимации принципиально разделена двумер-
ная, рисованная, и трёхмерная, кукольная, анимация.
324
Глава 3
Компьютер стирает эти грани: созданное плоскостное изоб-
ражение можно перевести в объём и наложить на сложную
поверхность.
Для создания компьютерной анимации существует мно-
жество программных средств и способов.
Наиболее распространённым способом создания анимации
является метод ключевых или опорных кадров. Ключевым
событием может являться задаваемое пользователем измене-
ние параметров одного из возможных преобразований объек-
та (положения, поворота или масштаба), изменение любого
из допускающих анимацию параметров (свойства источников
света, материалов и др.). После определения всех ключевых
кадров система компьютерной анимации выполняет автома-
тический расчёт событий анимации для всех остальных кад-
ров, занимающих промежуточное положение между ключе-
выми, так называемых промежуточных кадров.
Компьютерная анимация — один из главных элементов
мультимедиа проектов и презентаций.
Трёхмерная графика и анимация полезны не только при
производстве телевизионных анимационных роликов или
спецэффектов в кинофильмах, но и в производственной дея-
тельности при создании различного рода двумерных и
трёхмерных моделей. Конструкторы, архитекторы, дизайне-
ры все чаще пересаживаются из-за кульмана за компьютер
(рис. 3.11.5).
Спроектированное средствами CATIA/CADAM предприятие.
Рис. 3.11.5. Проектирование промышленной установки с помощью
системы автоматизированного проектирования
Компьютер как средство обработки информации
325
знать
Важным этапом кодирования графического изображения
является разбиение его на дискретные элементы (дискрети-
зация).
Основными способами представления графики для её хра-
нения и обработки с помощью компьютера являются растро-
вые и векторные изображения.
Векторное изображение представляет собой графический
объект, состоящий из элементарных геометрических фигур
(чаще всего отрезков и дуг). Положение этих элементарных
отрезков определяется координатами точек и величиной ра-
диуса. Для каждой линии указывается её тип (сплошная,
пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет.
Информация о векторном изображении кодируется как
обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальны-
ми программами.
Графический примитив — геометрическая фигура, явля-
ющаяся элементом графического изображения, создаваемо-
го с помощью графического редактора.
Графическими примитивами могут быть прямоугольни-
ки, эллипсы, прямые линии, стрелки различной конфигура-
ции и т. п.
Матричный принцип кодирования графических изобра-
жений заключается в том, что изображение разбивается на
заданное количество строк и столбцов. Затем каждый эле-
мент (клетка, точка) полученной сетки кодируется по вы-
бранному правилу.
Растровое изображение представляет собой совокупность
точек (пикселей), используемых для его отображения, в ча-
стности, на экране монитора.
В соответствии с матричным принципом строятся изобра-
жения, выводимые на принтер, отображаемые на экране
дисплея, получаемые с помощью сканера.
Качество изображения будет тем выше, чем «плотнее»
расположены пиксели, то есть чем больше разрешающая
способность устройства, и чем точнее закодирован цвет каж-
дого из пикселей.
326
Глава 3
Разрешение устройств обычно измеряют в точках на
дюйм (dpi).
Глубина цвета — длина кода, используемого при кодиро-
вании цвета одного пикселя.
При глубине цвета, равной 1, можно передать 21 = 2 цве-
та (например, чёрный и белый).
При глубине цвета, равной 4, можно передать 24 = 16 цве-
тов.
При глубине цвета, равной 24, можно передать 224 =
= 16 777 216 оттенков цвета.
Пиксель экрана монитора состоит из трёх элементов раз-
ных цветов — красного, зелёного, синего (RGB-модель цвето-
передачи). Вся гамма цветовых оттенков получается путём
«сложения» этих трёх световых потоков. Результирующий
цветовой оттенок всегда зависит только от интенсивности
смешиваемых цветов.
При глубине цвета для каждого из трех составляющих
экранного пикселя, равной 1, можно передать 23 = 8 различ-
ных цветов.
При глубине цвета для каждого из трёх составляющих
экранного пикселя, равной 8, можно передать 23’8 = 224 =
= 16 777 216 различных цветов — режим True Color.
В цветных принтерах чаще всего используют краски че-
тырёх цветов — голубого, пурпурного, жёлтого и чёрного
(CMYK-модель цветообразования).
Трёхмерная компьютерная графика базируется на исполь-
зовании специального математического аппарата для преоб-
разования двумерных изображений, закодированных в дво-
ичном коде.
Анимация — искусственное представление движения пу-
тем отображения последовательности рисунков или кадров с
частотой, при которой обеспечивается целостное зрительное
восприятие образов.
Компьютерная анимация использует множество незави-
симых рисунков или графических файлов, чаще всего пред-
ставленных в виде векторной графики, которые выводятся в
определённой последовательности для создания иллюзии не-
прерывного движения.
Компьютер как средство обработки информации
327
уметь
Задание 1
Определите, какие графические примитивы входят в меню инст-
рументов графического редактора, установленного на вашем
компьютере. Сформулируйте основные правила создания рисун-
ков из них.
Задание 2
Определите, в каких форматах вы можете сохранить рисунок,
созданный вами в графическом редакторе.
Определите допустимые в вашем графическом редакторе атрибу-
ты создаваемого образа, а именно, размер изображения и едини-
цы его измерения, цветность, количество битов, используемых
для кодирования одного цвета, и т. п.
Задание 3
На экране дисплея изображение строится в соответствии с мат-
ричным принципом. Разрешение экрана 1600x1200 пикселей
означает размер матрицы экрана. Подсчитайте, сколько места (в
мегабайтах) требуется для хранения образа одного экрана при
глубине цвета, равной 24 (цвет одного пикселя передается 24-би-
товым кодом — режим True Color).
Задание 4
Определите, какова максимальная разрешающая способность
вашего экрана, и подсчитайте какой объём памяти потребуется
для хранения образа одного экрана при глубине цвета, равной 4,
16, 24 бита.
Задание 5
Наиболее распространёнными режимами цветообразования яв-
ляются режимы HiColor, RealColor, TrueColor.
Режим HiColor вводит в действие палитру из 32 768 цветовых от-
тенков, режим RealColor поддерживает 65 536 оттенков.
Определите, какова глубина цвета для каждого из этих режимов
и сколько битов в коде каждого из трёх основных цветов экран-
ного пикселя.
Замечание. В режиме RealColor разделение количества битов по
трём основным цветам не одинаково, а осуществляется с учетом
спектральной чувствительности глаза. Максимальная чувстви-
тельность находится в области зелёного цвета, а минимальная —
в области синего.
328
Глава 3
§3.12. Кодирование звуков
ПОНЯТЬ
Пример. Большинство людей охотно слушает музыку. Но звук
музыкальных инструментов — вещь трудно передавае-
мая другими средствами, а человек хочет не только
«остановить мгновение», но и запомнить его, передать
другим.
Традиционным способом решения этой проблемы являет-
ся нотная запись музыкального произведения. Обозначе-
ния нот и их длительностей, длительностей пауз, знаков
усиления и снижения громкости звука, музыкального
ударения и другие знаки нотной азбуки образуют алфа-
вит, с помощью которого можно смоделировать любую
музыкальную мелодию.
Однако ясно, что очень многое из того, что мыслил и
чувствовал автор произведения, вообще не укладывается
в эту модель. В целом всё исполнительское искусство по-
строено на интерпретации этого способа записи.
Из курса физики вам известно, что звук — это колебания
воздуха. По своей природе звук является непрерывным сиг-
налом. Если преобразовать звук в электрический сигнал
(например, с помощью микрофона), мы сможем зафиксиро-
вать плавно изменяющееся с течением времени напряжение.
Мы можем записать электрический сигнал на магнитную
ленту и превратить его вновь в звук при помощи динамика,
который работает как «микрофон наоборот»: передает коле-
бания воздуху в соответствии с изменениями напряжения
(рис. 3.12.1). Соответственно, сохраняется и упомянутая не-
прерывность сигнала.
Несмотря на то, что аналоговый электрический сигнал
исправно служит человечеству на протяжении десятилетий,
со временем стало ясно, что аналоговый сигнал и магнитная
Рис. 3.12.1
Регистрация звука
как непрерывного сигнала
Компьютер как средство обработки информации
329
запись — не лучшие способы передачи и хранения звуковой
информации, поскольку и при передаче, и при хранении
происходят неизбежные потери, то есть ухудшение звука. В
то же время, передачу и хранение данных в компьютерах,
оперирующих исключительно цифровыми данными, воз-
можно производить без каких-либо потерь. Вопрос только в
том, как перевести аналоговый звук в цифровой и обратно.
Для компьютерной обработки аналоговый сигнал нужно
каким-то образом преобразовать в последовательность дво-
ичных чисел — дискретизировать его и оцифровать.
Можно поступить следующим образом: измерять ампли-
туду сигнала через равные промежутки времени и записы-
вать полученные числовые значения в память компьютера
(рис. 3.12.2).
Рис. 3.12.2. Схема дискретизации непрерывного сигнала
Устройство, выполняющее процесс дискретизации и
оцифровки аналоговых сигналов, называется аналого-циф-
ровым преобразователем (АЦП).
Как видно из рис. 3.12.2, результат измерений не являет-
ся точным аналогом непрерывного электрического сигнала.
Насколько всё же соответствует «цифровой» звук аналогово-
му? Очевидно, что это соответствие будет тем полнее, чем
чаще происходят измерения и чем они точнее. Частота, с ко-
торой производятся измерения, называется частотой диск-
ретизации. А точность измерений амплитуды определяется
числом битов, использующихся для представления резуль-
тата измерений. Этот параметр называют разрядностью.
Преобразование аналогового сигнала в цифровой состоит
из двух этапов: дискретизации по времени и оцифровки
(квантования) по амплитуде.
Дискретизация по времени означает, что сигнал представ-
ляется рядом своих отсчётов (сэмплов), взятых через равные
промежутки времени. Чем выше частота дискретизации и
330
Глава 3
чем больше разрядов отводится для каждого отсчёта, тем точ-
нее будет представлен и затем воспроизведён звук.
Пример. Когда мы говорим, что частота дискретизации равна
44,1 кГц, то это значит, что сигнал измеряется 44 100
раз в течение секунды.
Основной вопрос на первом этапе преобразования анало-
гового сигнала в цифровой (оцифровки) состоит в выборе ча-
стоты дискретизации аналогового сигнала. Как уже было
сказано, чем больше частота — тем точнее соответствует
цифровой сигнал аналоговому. Однако пропорционально
увеличению частоты возрастают:
а) интенсивность потока цифровых данных, а пропуск-
ные возможности интерфейсов не безграничны, особенно
если записывается/воспроизводится одновременно несколь-
ко каналов;
б) вычислительная нагрузка на процессоры, а их возмож-
ности также ограничены;
в) объём памяти, необходимой для хранения сигнала в
цифровой форме.
Поэтому, в зависимости от характера звука и требований,
предъявляемых к его качеству и объёму занимаемой памя-
ти, выбирают некоторые компромиссные значения.
Пример. При записи на компакт-диски используется 16-битовое
кодирование при частоте дискретизации 44,032 кГц.
При работе же только с речевыми сигналами достаточно
8-битового кодирования при частоте 8 кГц.
Считается, что диапазон частот, которые слышит чело-
век, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Согласно теореме Най-
квиста-Котельникова, для того чтобы аналоговый (непре-
рывный по времени) сигнал можно было точно восстановить
по его отсчётам, частота дискретизации должна быть как
минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты это-
го сигнала. Таким образом, если реальный аналоговый сиг-
нал, который мы собираемся преобразовать в цифровую
форму, содержит частотные компоненты от 20 Гц до 20 кГц,
то частота дискретизации такого сигнала должна быть не
меньше, чем 40 кГц. Сегодня самыми распространёнными
частотами дискретизации являются 44,1 кГц и 48 кГц. В по-
следнее время выяснено, что обертоны, расположенные свы-
ше 20 кГц, вносят немалый вклад в звучание. Поэтому появ-
ляются преобразователи, использующие частоты дискрети-
зации 96 кГц и 192 кГц, а в недалёком будущем ожидается
появление систем и с частотой 384 кГц.
Компьютер как средство обработки информации
331
Как вы знаете, практически любая передача сигналов
осложняется наличием помех (шумов). Справедливо это и
для передачи звуковых сигналов. Поток цифровых данных,
представляющих аналоговый сигнал, включает как полез-
ные, так и нежелательные высокочастотные компоненты и
помехи.
Рис. 3.12.3
Пример появления
помех в звуковом
сигнале
Чтобы устранить по возможности воздействие помех, в
АЦП встроены специальные цифровые фильтры, убираю-
щие полностью или «сглаживающие» значения, резко отли-
чающиеся от соседних.
Второй этап преобразования аналогового сигнала в циф-
ровой поток данных — это квантование амплитуды дискрет-
ных отсчётов, полученных на первом этапе (в действитель-
ности этот процесс идет одновременно с дискретизацией).
Представим себе, что отсчёт представляет собой некий
столбик или полоску, наподобие той, что мы видим на инди-
каторе уровня сигнала музыкальных центров. Длина этой
полоски и есть амплитуда сигнала в данном отсчёте. Про-
цесс квантования амплитуды тогда можно представить как
измерение длины полоски с помощью линейки. Чем чаще
идут метки на линейке, тем точнее мы можем измерить дли-
ну полоски (амплитуду) и тем меньше будут ошибки измере-
ний (шумы квантования). Однако чем чаще расположены
метки на линейке — тем больше цифр (битов) нам потребу-
ется для записи числа, соответствующего измеренной нами
длине полоски (амплитуде сигнала в отсчёте).
Пример. Если на линейке 32 метки, то для представления длины
полоски (амплитуды) в виде числа понадобится макси-
мум 5 битов (32=25). В данном случае 5 битов и будет
разрядностью АЦП.
Если значение амплитуды отсчёта представляется 8-раз-
рядным кодом, то максимальное число уровней кванто-
вания составит 28 = 256. Для 16^-разрядного представле-
ния, соответственно, получим 21Ь = 65 536.
332
Глава 3
Для того чтобы воспроизвести закодированный таким об-
разом звук, нужно выполнить обратное преобразование. Для
него служит цифроаналоговый преобразователь — ЦАП.
Цифроаналоговое преобразование в общем случае состоит
из двух этапов. На первом из потока входных данных с по-
мощью ЦАП выделяют отсчёты сигнала. На втором этапе из
дискретных отсчётов путем «сглаживания» получившегося
прерывистого (ступенчатого) сигнала формируется непре-
рывный аналоговый сигнал.
Для записи и хранения звукового сигнала в цифровой
форме требуется большой объём дискового пространства.
Чем выше требования к качеству записываемого звука, тем
больше должна быть ёмкость носителя.
Пример. Стереофонический звуковой сигнал длительностью 60 с,
оцифрованный с частотой дискретизации 44,1 кГц, при
16-разрядном квантовании потребует для хранения око-
ло 10 Мб: 2 (стереофонический) • 60 (с) • 44100 (ед/с) • 2
(байта) = 10 584 000 байт = 10 336 Кб = 10,094 Мб.
Кроме того, при записи высококачественного звукового
сигнала в реальном времени возникают дополнительные
требования к пропускной способности канала звукозапи-
си — все устройства, формирующие этот канал, должны
успевать обрабатывать поток данных, поступающих на его
вход.
Существенно снизить объём цифровых данных, необходи-
мых для представления звукового сигнала с заданным каче-
ством, можно с помощью компрессии, то есть путём умень-
шения количества отсчётов и уровней квантования. Главная
задача методов компрессии — достижение максимального
сжатия звукового сигнала при минимальных субъективно
слышимых искажениях восстановленного сигнала. При
этом используются довольно сложные кодирующие устрой-
ства и программы сжатия — кодеки (от кодирова-
ние-декодирование).
Заметим, что существование строгих формальных правил
для записи звука позволяет использовать ЭВМ не только для
записи и хранения в цифровом виде речи и мелодий, но и
для создания музыкальных произведений (синтеза звука) и
их обработки. О качестве музыкальных произведений, со-
здаваемых машинами, спорят, но тем не менее многие из со-
временных композиторов признают и широко используют
возможности компьютеров.
Компьютер как средство обработки информации
333
знать
Звук — это колебания воздуха, по своей природе он явля-
ется непрерывным сигналом.
Для компьютерной обработки непрерывный (аналоговый)
сигнал нужно преобразовать в последовательность двоичных
чисел. Это преобразование включает в себя два этапа: диск-
ретизацию и оцифровку (рис. 3.12.4).
Устройство, выполняющее процесс дискретизации и
оцифровки аналоговых сигналов называется аналого-циф-
ровым преобразователем (АЦП).
Устройство, выполняющее обратное преобразование —
воспроизведение закодированного звука — называется циф-
роаналоговым преобразователем (ЦАП).
Рис. 3.12.4
Схема
преобразования
звукового
сигнала
Квантование
Входной
сигнал
преобразование
3566766531 101 1356
01 l|ioi|l io|lio|l 1l|l10|110|101|011|001|001|000}001|00 1|01111011110
3566766531 101 1356
Цифро-аналоговое
преобразование
|011|101|1 io|l io|l 11|110|1 io|ioi|oi i|ooi|ooi|ooo|ooi|ooi|oi 1|101|11 о|
и
н/ч
фильтрация
Выходной
сигнал
334
Глава 3
Существование строгих формальных правил для записи
звука позволяет использовать ЭВМ не только для хранения
в цифровом виде речи и музыки, но и для синтеза звука и
его обработки.
Создание (синтез) звука позволяет осуществить:
• имитацию различных естественных звуков и акустиче-
ских музыкальных инструментов;
• получение принципиально новых звуков, не встречаю-
щихся в природе.
Обработка звука направлена на получение новых звуков
из уже существующих, либо придание им дополнительных
или устранение существующих качеств. v
Каждый из методов синтеза и обработки звука имеет
свою математическую и алгоритмическую модель.
Обработка речи, как особого вида звука, включает в себя
синтез речи и автоматическое распознавание речи.
уметь
Задание 1
Какие существуют два способа кодирования музыки? Назовите
их преимущества и недостатки. Ответьте, есть ли аналогия с дву-
мя способами представления изображений, если да, то какая.
Задание 2
Подсчитайте, какой объём памяти (в килобайтах) займет 1 мину-
та речи при использовании 8-битового кодирования при частоте
дискретизации 8 кГц.
Задание 3
Если на вашем компьютере установлен музыкальный редактор,
то определите:
• какими способами пользователь может закодировать мело-
дию (имитация реального инструмента, нотный стан и пр.);
• существует ли возможность синтезировать произвольные
(необычные) звуки;
• какие методы обработки звуковой информации вам доступ-
ны.
Компьютер как средство обработки информации
335
Задание 4
По материалам компьютерной периодики подготовьте доклад о
возможностях и пользовательском интерфейсе какого-либо му-
зыкального редактора, либо о возможностях и принципах рабо-
ты какой-либо программы автоматизированного распознавания
речи.
Задание 5
Многие языки программирования имеют встроенные функции
для работы со звуком. Так, в языке Pascal для этого использует-
ся процедура SOUND.
Если вы работали со средой КуМир, то знаете, что для работы со
звуком используется функция НОТА(с, d), где с, d — числовые
параметры, причём с — реальная физическая частота звука в
герцах, d — долгота ноты, выраженная целым числом, равным
знаменателю соответствующей доли.
Определите, какие операторы известного вам языка программи-
рования позволяют воспроизводить звуки и какой способ коди-
рования звука они используют.
Глава 4
Информационные технологии
§4.1. Предмет применения
информационных технологий
ПОНЯТЬ
Информационные процессы, как правило, связаны с из-
менением информации. Они происходят в пространстве и во
времени. Но что мы имеем в виду, когда говорим, что ин-
формация изменилась?
Рассматривая в главе 1 текст как основной способ «суще-
ствования» информации в социальных и социотехнических
системах, мы выделяли три характеризующих его компо-
нента:
• смысл (семантический компонент);
• форма представления (выразительный, синтаксический
компонент);
• оценка воспринимающим субъектом (личностный, праг-
матический компонент).
Информационные процессы связаны с изменением по
крайней мере одного из названных компонентов.
Пример. Процесс хранения информации часто связан с изменени-
ем оценочного компонента. Газеты двадцатилетней дав-
ности, фильмы, снятые на заре кинематографа, берестя-
ные грамоты воспринимаются сейчас совсем иначе, чем
они воспринимались современниками создателей этих
документов.
Информационные технологии
337
Пример. Каждый день мы сталкиваемся с рекламой. Она яркая,
привлекающая внимание, разнообразная. Реклама даже
одного и того же товара часто меняется. С каким именно
компонентом информации связано это изменение? Оче-
видно, смысл любой рекламы один и тот же, он неизме-
нен — «купите именно этот товар», «воспользуйтесь
именно этой услугой». Меняется форма предъявления,
выразительная сторона. Очень часто меняется и оценка
рекламы человеком: интерес, раздражение, безразличие.
Пример. Вот уже почти две тысячи лет художники пишут карти-
ны на библейские сюжеты. Внешняя сторона этих кар-
тин хотя и меняется, но очень незначительно. Например,
согласно византийской традиции Богоматерь принято
изображать в синем платье и красной накидке, чему неу-
коснительно следовало большинство художников в тече-
ние столетий. Напротив, смысл, заложенный в этих кар-
тинах, менялся очень сильно. Их оценка также менялась
в зависимости от внешних обстоятельств и степени про-
никновения зрителя в замысел художника.
Человек, создающий или преобразующий какой-либо
текст, будь то газетная заметка, рекламный ролик или жи-
вописное полотно, всегда имеет в своем распоряжении опре-
делённый набор средств и приёмов работы с информацией,
заключённой в этом тексте. При этом выразительные
приёмы в большинстве своём служат способом передачи
смысла.
Можно сказать, что и художник, и автор рекламы поль-
зуются определёнными информационными технологиями,
то есть способами работы с информацией, ведущими к до-
стижению заданной цели. Внешне их деятельность схожа —
каждый из них работает с формой и цветом. Разница между
ними в том, что автор рекламы пользуется способами, на-
правленными на преобразование преимущественно вырази-
тельного компонента информации, оставляя её глубинный
смысл неизменным. Художник, напротив, старается выя-
вить смысловой компонент информации при помощи выра-
зительных средств.
В процессе обучения и общения вы неоднократно целе-
направленно преобразовывали текст (информацию) и часто
делали это по определённой технологии. Вы вполне можете
сформулировать, что можно понимать под технологией ре-
шения задачи с помощью компьютера, технологией написа-
ния сочинения на заданную тему или технологией созда-
ния видеофильма. Известны вам, по-видимому, названия и
общие черты таких социальных информационных техноло-
338
Глава 4
гий, как технология обучения (педагогическая техноло-
гия), технология проведения социологического исследова-
ния, технология создания имиджа фирмы, технология
проведения выборов.
irfeii .................... ~ ------~ ...
£/ К сожалению, социальные информационные тех-
0 нологии иногда используются для ведения так на-
зываемых информационных войн и манипулиро-
вания общественным сознанием.
Текст создаётся человеком, который закладывает в него
определённый смысл. Но этот смысл может быть далеко не
единственным и не всегда зависящим от человека, который
этот текст создал.
Пример. В уставе одной организации записано, что решения в ней
считаются правомочными, если они принимаются на со-
брании членов организации большинством голосов. Сра-
зу возникает вопрос, что понимается под большинством.
Это большинство от всех членов организации или боль-
шинство членов организации, присутствующих на собра-
нии? Предположим, что сотрудник данной организации
сначала считал верной первую точку зрения, а потом
стал склоняться ко второй. В данном случае можно пред-
положить, что на него было оказано внешнее воздействие
(информационное) со стороны лиц, которым более выгод-
на вторая точка зрения. Сам текст устава не изменился,
но произошло изменение его оценки и, как следствие,
смысла текста.
Подобная неопределённость формулировок открывает
широкие возможности для применения информационных
технологий именно в этом ключе. Еще Наполеон Бонапарт,
будучи первым консулом, дал знаменитую инструкцию ав-
торам новой республиканской конституции: «Пиши коротко
и неясно». С тех пор этот принцип соблюдался во многих по-
добных документах.
Традиционным полем применения информационных тех-
нологий для изменения прагматической составляющей ин-
формации служат исторические события, жизнь великих
людей и т. п.
Пример. В последние десятилетия была предпринята грандиозная
попытка изменить отношение людей к Великой Отечест-
венной войне (живых её участников осталось немного и
их уже мало кто слышит). Между тем, без осознания
Информационные технологии
339
смысла Великой Победы, этого важнейшего события на-
шей истории в XX веке, невозможно понять суть миро-
вых процессов и судьбу послевоенного СССР. Став Отече-
ственной, война востребовала национальное чувство
русского народа и его солидарность, воссоединила в ду-
шах людей, а значит, потенциально и в государственном
будущем разорванную нить русской и советской исто-
рии, что является предпосылкой самообновления Рос-
сии.
В общественном же сознании противостояние Запада и
СССР после войны пытались свести исключительно к
борьбе коммунизма и демократии. Это было нужно для
обоснования «правомерности» замены итогов Второй
Мировой войны, которую СССР выиграл, на итоги «хо-
лодной войны», которую СССР в роли носителя комму-
нистической идеи проиграл. Победа в «холодной войне»
расценивалась Западом как, быть может, самое сокру-
шительное поражение России. Демагогичные рассужде-
ния по этому поводу и сейчас можно встретить в прессе.
В настоящее время под информационными технологиями
чаще всего подразумеваются технологии преобразования ин-
формации с помощью компьютера. Однако компьютер толь-
ко оперирует с наборами знаков, то есть компьютерные ин-
формационные технологии связаны с преобразованием
выразительного, синтаксического аспекта информации.
Пример. Предположим, имеется текстовый файл, записанный в
формате ДКОИ-8. Преобразование его, например, в фор-
мат Winl251 происходит по вполне определённой техно-
логии. Ни смысл текста, ни ваше отношение к информа-
ции, заложенной в тексте, при таком преобразовании не
изменяются. Изменяются только коды символов в опера-
тивной памяти, начертания букв и расположение слов на
экране дисплея, то есть выразительный компонент ин-
формации.
Пример. Транслятор переводит написанную вами программу в ма-
шинные коды, чтобы затем передать её на выполнение
процессору. Технологии, в соответствии с которыми про-
исходит процесс трансляции, затрагивают только син-
таксический аспект текста программы.
Знание компьютерных информационных технологий не
может дать полного представления об информационных тех-
нологиях вообще и современных социальных информацион-
ных технологиях в частности. Способы преобразования
смыслового и оценочного компонентов информации выходят
за рамки традиционного использования компьютера.
340
Глава 4
знать
Информация в обществе (социальных системах) сущест-
вует чаще всего в виде текстов, «записанных» на одном из
языков кодирования информации.
Любой текст можно характеризовать с точки зрения его
синтаксиса, семантики, прагматики.
Информационные процессы, протекающие в социальной
среде, во многом отличаются от информационных процес-
сов, протекающих в технических средах.
Информационные процессы могут приводить к преобразо-
ванию:
• синтаксиса, или структуры текста:
• семантики, или смысла текста;
• прагматики, или отношения человека к тексту.
Информационная технология есть организация информа-
ционных процессов, приводящая к заданной цели или, ины-
ми словами, целенаправленная организация информацион-
ных процессов.
Соответственно, информационные технологии могут быть
направлены на преобразование:
• синтаксиса, или структуры информации;
• семантики, или смысла информации;
• прагматики, или отношения человека к информации.
Компьютерные информационные технологии связаны в
основном с преобразованием выразительного, синтаксиче-
ского аспекта информации.
уметь
Задание 1
Предложите, каким образом можно сделать антирекламу средст-
ва от головной боли, то есть убедить зрителей, что данное средст-
во не нужно покупать.
Информационные технологии
341
Задание 2
Приведите примеры социальных информационных технологий,
цель которых:
а) имеет позитивный характер;
б) имеет негативный характер;
в) нейтральна.
Задание 3
Обучение (совместная деятельность ученика и учителя), по сути,
представляет собой совокупность информационных процессов.
Субъектами этих процессов являются учитель и ученик, объек-
том — учебная информация. Основные цели: развитие личности,
передача знаний, формирование умений.
Какие из известных вам информационных процессов (поиск, от-
бор, хранение, передача, обработка, кодирование и пр.) состав-
ляют основу любой педагогической технологии?
Определите, из каких основных этапов состоит педагогическая
технология и какими способами достигаются цели обучения.
Задание 4
Один из приёмов манипулирования общественным сознанием
можно представить посредством стандартной модели передачи
информации, внеся в неё определённые коррективы.
Стандартная модель передачи информации выглядит так:
отправитель сообщение —> получатель.
Модификации этой модели можно представить следующим обра-
зом:
вариант А: псевдоотправитель -> сообщение -> получатель,
вариант Б: отправитель -> псевдосообщение -> получатель,
вариант В: отправитель -> сообщение -> псевдополучатель.
Примером варианта А может служить распространение аноним-
ного сообщения, представление его как реальных слухов.
Вариант Б может представлять собой дублирующее сообщение,
передаваемое с целью закрепления в общественном сознании за-
данных стереотипов.
Вариант В может быть моделью секретного сообщения, которое
якобы не предназначено для чужих ушей, — «утечки» информа-
ции.
Приведите примеры (которые встречались вам при изучении ис-
тории или в средствах массовой информации) использования по-
добных приёмов манипулирования общественным сознанием.
Предложите возможные способы и средства противодействия та-
кого рода приёмам.
342
Глава 4
вопрос-проблема
Компьютер, как известно, может работать только с синтаксиче-
ским компонентом информации. Можно ли придумать способ
имитации работы компьютера со смысловым компонентом ин-
формации?
Замечание. Развитием и совершенствованием подобных способов
занимается теория искусственного интеллекта.
§4.2. Основные методы и средства
информационных технологий
В предыдущем параграфе мы выяснили, какие аспекты
информации могут быть преобразованы с помощью инфор-
мационных технологий. Здесь мы детально рассмотрим как
«устроены» информационные технологии. При этом акцент
будет сделан на преобразование синтаксического аспекта ин-
формации. Некоторые технологии преобразования семанти-
ческих и прагматических свойств информации будут рас-
смотрены в конце главы.
ПОНЯТЬ
Технология в переводе с греческого (techne) означает ис-
кусство, мастерство, умение.
По своей сути технология — это способ организации и
выполнения некоторого процесса.
Под процессом в данном случае будем понимать опре-
делённую совокупность действий, связанных с преобразова-
нием некоторого объекта и направленных на достижение
определённой цели.
В социальных и социотехнических (человеко-машинных)
системах цель определяется человеком (или группой людей),
выполнение процесса организует также человек, а непо-
средственное выполнение процесса может быть поручено
как человеку, так и техническим устройствам.
Информационные технологии
343
Организовать выполнение процесса — это значит:
• разработать план действий (методику, стратегию, алго-
ритм, способ), придерживаясь которого исполнитель мо-
жет достичь заданной цели;
• довести этот план до исполнителя;
• обеспечить исполнителя средствами, которые ему потре-
буются для выполнения запланированных действий.
Таким образом, выполнение процесса определяется вы-
бранной стратегией и реализуется при помощи опре-
делённой совокупности средств и методов.
Когда один и тот же процесс уже был организован и вы-
полнен многократно, из множества применявшихся страте-
гий, средств и методов можно выбрать те, которые позволяют
эффективнее, надёжнее, проще, с меньшими затратами ре-
сурсов достичь заданной цели. В этом случае часто говорят,
что разработана технология выполнения данного процесса.
Первоначально термин «технология» применялся лишь
по отношению к материальному производству, связанному с
преобразованием вещества или энергии.
Под технологией материального производства понимают
организацию процесса, определяемого совокупностью средств
и методов обработки, изготовления, преобразования, измене-
ния состояния, свойств, формы сырья или материала. Техно-
логия позволяет изменять качество или первоначальное со-
стояние вещества или энергии в целях получения нужного
продукта.
Процесс преобразования (обработки) информации по ана-
логии с процессами переработки материальных ресурсов ор-
ганизуется с помощью технологии (рис. 4.2.1).
Рис. 4.2.1
Информационная
технология
как аналог
технологии
материального
производства
Информационные
ресурсы (данные)
Информационный
продукт
Информационная
технология
Информация проявляется в информационных процессах,
каждый из которых может быть реализован различными
способами с использованием различных средств и методов.
Пример. Вы можете передать поздравление, позвонив по телефо-
ну, написав письмо и опустив его в почтовый ящик, вос-
пользовавшись услугами электронной почты. В послед-
нем случае ваши действия будут определяться тем, как
организован пользовательский интерфейс программы,
344
Глава 4
которой вы решите воспользоваться, какими возможно-
стями она обладает. Иногда достаточно в соответствую-
щих диалоговых окнах набрать электронный адрес друга
и текст поздравления. Возможно, вначале потребуется
подготовить текст поздравления в текстовом редакторе,
поместить его в файл на внешнем носителе и затем за-
дать специальные команды на отправку файла по ука-
занному адресу.
Пример. Конструктор может разработать сборочный чертёж изде-
лия с помощью логарифмической линейки, кульмана,
карандаша и ластика, может произвести расчёты в элек-
тронных таблицах, а сам чертёж нарисовать в графиче-
ском редакторе, а может воспользоваться возможностя-
ми специализированных программ автоматизированного
проектирования, в которых большую часть рутинной ра-
боты «берёт на себя» компьютер.
/ , Многие высококлассные специалисты отмечают,
что рутинная работа хоть и неинтересна, но помо-
гает выработать у человека такие навыки, которые
выручают его в сложных нестандартных ситуациях.
Именно рутинная работа часто «подвигает» к твор-
честву. Когда же всё даётся в «облегчённом вари-
анте», требуется приложить массу усилий, чтобы
не потерять квалификацию и не оказаться беспо-
мощным при отсутствии под рукой компьютера.
Информационная технология (ИТ) — совокупность
средств и методов преобразования информационных данных
для получения информации нового качества (информацион-
ного продукта) о состоянии объекта, процесса или явления.
Цель технологии материального производства — выпуск
продукции, удовлетворяющей потребности человека или об-
щества.
Цель информационной технологии — производство ин-
формации, удовлетворяющей информационные потребности
человека. Чаще всего эти потребности связаны с принятием
решений в таких сферах, как познание, общение, практиче-
ская (производственная) деятельность.
Отличительной особенностью технологии (в отличие от
простой, «нетехнологичной» совокупности средств и методов
обработки) является то, что применение одной и той же тех-
нологии к одинаковому исходному «сырью» даёт в результате
«продукт» одного и того же качества. С другой стороны, при-
Информационные технологии
345
меняя разные технологии к одному и тому же ресурсу, мож-
но получить разные продукты. Это справедливо как для мате-
риальных технологий, так и для технологий переработки
информации.
Пример. Если вы проводите социологические опросы, но резуль-
таты каждого следующего опроса обрабатываете и анали-
зируете по новой методике, то вряд ли можно доверять
выводам, которые вы сделаете.
Пример. Если текстовый, графический редакторы, электронные
таблицы и система управления базами данных, с кото-
рыми вы работаете, имеют сходные пользовательские
интерфейсы (например, входят в состав одного «офисно-
го пакета»), то выбор в любой из перечисленных про-
грамм пункта меню с общим для всех этих программ на-
званием, например, Сохранить файл, приведет к
появлению на экране дисплея всегда одного и того же
диалогового окна, поскольку в этом случае, скорее все-
го, будет использоваться одна и та же технология сохра-
нения результатов работы на внешнем носителе.
Информационная технология, как и любая другая, дол-
жна отвечать следующим требованиям:
• обеспечивать высокую степень разделения всего процесса
обработки информации на этапы, операции, действия;
• включать весь набор элементов, необходимых для дости-
жения поставленной цели;
• иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции
технологического процесса могут быть стандартизирова-
ны и унифицированы, что позволит более эффективно
осуществлять целенаправленное управление информаци-
онными процессами.
Как вы знаете, основными информационными процессами
являются поиск, отбор, хранение, передача, кодирование, за-
щита, обработка информации. Для каждого из этих процес-
сов разработаны свои информационные технологии. Сущест-
вуют технологии поиска информации, технологии защиты
информации, технологии передачи информации и т. д.
Информационные процессы могут быть обширными, вклю-
чающими в себя множество других информационных процес-
сов, процедур и операций (пример: процесс конструирования
изделия от эскизов до рабочих чертежей), и представлять собой
микропроцессы (пример: сравнение кодов двух символов). Соот-
ветственно, среди информационных технологий можно выде-
лить макро- и микротехнологии. Степень детализации этих
технологий при их описании также может быть различна.
346
Глава 4
Пример. Технология создания анимационного фильма на компью-
тере включает в себя множество самых разнообразных
операций, порядок выполнения которых более или менее
строго определён. Так, в случае трёхмерной графики сна-
чала чаще всего создаётся «каркас» изображения, затем
он «заполняется» подходящим материалом, преобразует-
ся в «реалистичное» изображение, дополняется эффек-
том движения и т. д.
Пример. Для того чтобы скопировать файл в среде Norton Com-
mander, достаточно соблюдать следующую технологию:
1) на одной из панелей установить каталог, откуда надо
скопировать файл (используя комбинацию клавиш
Alt+Fl для выбора диска, клавиши управления курсо-
ром и клавишу Enter);
2) на второй панели установить каталог, в который надо
скопировать файл (используя клавишу Tab для перехода
в эту панель, комбинацию клавиш Alt+F2, клавиши
управления курсором и клавишу Enter);
3) поставить курсор на имя нужного файла на первой
панели;
4) нажать клавишу F5;
5) подтвердить необходимость копирования клавишей
Enter.
Пример. Вы хотите сопроводить текст, набранный в текстовом ре-
дакторе, рисунком, созданным в графическом редакторе.
Иначе говоря, необходимо фрагмент одного документа
скопировать в другой документ. Если вы работаете в сре-
де Windows, то можете воспользоваться для этого одной
из следующих технологий копирования выделенных
фрагментов:
• динамический обмен данными (Dinamic Data Exchan-
ge, или DDE) через буфер обмена, то есть через об-
ласть памяти, предназначенную для временного хра-
нения некоторой порции информации. Поместить
выделенный фрагмент документа в эту область мож-
но, например, с помощью пунктов меню Правка / Ко-
пировать. Выбрать его из этой области можно с помо-
щью пунктов меню Правка / Вставить;
• связывание и внедрение объектов (Object Linking &
Embedding, или OLE), при котором можно установить
непосредственные ссылки на файл, из которого встав-
лен фрагмент. Делается это, например, с помощью
пунктов меню Правка / Установить связь. В этом
случае любые изменения выделенного фрагмента в ис-
ходном файле приводят к его автоматическому изме-
нению в документе, в который вставлен этот фраг-
мент;
Информационные технологии
347
• OpenDoc (открытый документ). Использование этой
технологии позволяет за считанные минуты создать
документ, состоящий из текста, рисунка, электрон-
ной таблицы и, главное, редактировать всё это, не вы-
зывая дополнительных программ, используя только
меню документа.
А для копирования в рамках одного документа можно
использовать технологию drag & drop («переместить и
оставить»), когда выделенный фрагмент документа «под-
хватывается» компьютерной мышью и перетаскивается в
новое место без обращения к буферу обмена.
Понятно, что подобные технологии (и составляющие их
процедуры) интересны прежде всего разработчикам про-
граммного обеспечения, но вряд ли воспринимаются как
«технологии» пользователями. Аналогично, многие так на-
зываемые сетевые технологии известны в основном разра-
ботчикам сетей и специалистам по их эксплуатации, но не
пользователям, которые подчас и не подозревают о наличии
большого числа разнообразных информационных сетевых
технологий.
Поскольку информационные компьютерные технологии
крайне разнообразны, как разнообразны задачи, решаемые
людьми с помощью компьютера, нет единого способа их за-
писи. Чаще всего запись технологии и входящих в неё опе-
раций осуществляется теми же способами, что и запись ал-
горитмов : словесным, с л овесно-пошаговым, табличным,
графовым (в виде блок-схемы) и т. п.
Составляющие информационной технологии
Используемые в производственной сфере такие технологи-
ческие понятия, как норма, норматив, технологический про-
цесс, технологическая операция и т. п., могут применяться и
по отношению к информационной технологии. Прежде чем
работать с этими понятиями в любой технологии, в том числе
и в информационной, всегда следует определить цель. Затем
надо попытаться провести структурирование всех предпола-
гаемых действий, приводящих к намеченной цели, и выбрать
необходимый программный инструментарий.
На рис. 4.2.2 технологический процесс переработки ин-
формации представлен в виде четырёхуровневой иерархиче-
ской структуры: этапы, операции, действия, элементарные
операции.
348
Глава 4
Рис. 4.2.2. Представление информационной технологии в виде
иерархической структуры, состоящей из этапов, действий, операций
Этап — это сравнительно длительный технологический
процесс, который можно рассматривать как завершённую
совокупность отдельных технологических операций.
Чаще всего этапы относительно независимы друг от дру-
га, хотя последовательность их реализации важна.
Пример. Технология создания шаблона формы документа в среде
текстового процессора Word 6.0 состоит из следующих
этапов*.
этап 1 — создание постоянной части формы в виде тек-
стов и таблиц;
этап 2 — создание постоянной части формы в виде кадра,
куда затем помещается рисунок;
этап 3 — создание переменной части формы;
этап 4 — защита и сохранение формы.
Операция — это скоординированные действия, объе-
динённые единой целью.
В результате выполнения всех операций некоторого этапа
создаётся конкретный объект, что и является целью реали-
зации этапа технологического процесса.
Пример. Рассмотрим этап 2 технологии создания шаблона формы
документа в среде текстового процессора Word 6.0 — со-
здание постоянной части формы документа в виде кадра
(см. предыдущий пример).
Информационные технологии
349
Он состоит из следующих операций:
операция 1 — создание кадра;
операция 2 — настройка кадра;
операция 3 — внедрение рисунка в кадр.
Действия — это совокупность стандартных для програм-
мной среды приёмов работы, приводящих к достижению
цели, поставленной для соответствующей операции.
В следующем примере каждое действие приводит к изме-
нению содержания экрана.
Пример. Рассмотрим операцию 3 предыдущего примера — вне-
дрение в кадр рисунка в среде текстового процессора
Word 6.0.
Она состоит из следующих действий:
действие 1 — установка курсора в кадр;
действие 2 — выполнение команд Вставка / Рисунок;
действие 3 — установка значений параметров в диало-
говом окне.
К элементарным операциям при работе за компьютером
относятся манипуляции с мышью («установить указатель
мыши на пункт меню», «щелкнуть левой кнопкой»), клавиа-
турой (нажать клавишу Enter, прервать выполнение опера-
ции нажатием клавиши Esc, ввести команду Delete), принте-
ром (заправить бумагу) и пр.
Необходимо понимать, что освоение информационной тех-
нологии и дальнейшее её использование сводятся к тому, что
вы должны сначала хорошо овладеть набором элементарных
операций, число которых ограничено. Из разных комбина-
ций этого ограниченного набора элементарных операций со-
ставляется действие, а из разных комбинаций действий со-
ставляются операции того или иного технологического этапа.
Совокупность технологических этапов образует технологиче-
ский процесс.
Технологический процесс необязательно должен
состоять из всех уровней, представленных на рис.
4.2.2. Он может начинаться с любого уровня и не
включать, например, этапы или операции, а со-
стоять только из действий. Для реализации эта-
пов технологического процесса могут использо-
ваться разные программные среды.
К настоящему времени информационные технологии
прошли несколько эволюционных периодов, смена кото-
350
Глава 4
рых тесно связана с научно-техническим прогрессом, появ-
лением новых технических средств переработки информа-
ции. В современном обществе основным техническим
средством технологии переработки информации служит
персональный компьютер, который существенно влияет
как на разработку и использование технологических про-
цессов, так и на качество информации, получаемой в резу-
льтате её переработки.
Внедрение персонального компьютера в информацион-
ную сферу и применение телекоммуникационных средств
связи определили новый этап развития информационной
технологии и, как следствие, изменение её названия за счёт
присоединения к нему одного из прилагательных, являю-
щихся в данном контексте синонимами: «новая», «компью-
терная», «современная».
К новым информационным технологиям относятся также
коммуникационные технологии, которые обеспечивают пе-
редачу информации разными средствами, — телефон, теле-
граф, телекоммуникации, факс и др.
Новая (компьютерная) информационная технология
(НИТ) — информационная технология с дружественным ин-
терфейсом работы пользователя, использующая персональ-
ные компьютеры и телекоммуникационные средства.
Прилагательное «компьютерная» подчёркивает, что
основным техническим средством её реализации является
компьютер.
Три основных принципа новой (компьютерной) информа-
ционной технологии:
• интерактивный (диалоговый) режим работы с компьюте-
ром;
• интегрированность (взаимосвязь) разных программных
средств;
• возможность гибкого изменения как данных, так и поста-
новки задачи в процессе её решения.
Появившийся сравнительно недавно термин НИТ — но-
вая информационная технология — постепенно начинает те-
рять слово «новая», под информационной технологией начи-
нают понимать НИТ. Заметим, что современные
информационные технологии основываются на использова-
нии не только компьютеров, но и других технических
средств.
Информационные технологии
351
знать
Технология в переводе с греческого (techne) означает ис-
кусство, мастерство, умение, и представляет собой способ
организации и выполнения некоторого процесса.
Под процессом в данном случае будем понимать опре-
делённую совокупность действий, связанных с преобразова-
нием некоторого объекта и направленных на достижение
определённой цели.
Выполнение процесса определяется выбранной страте-
гией и реализуется при помощи определённой совокупности
средств и методов.
Информационная технология — совокупность средств и
методов преобразования информационных данных для полу-
чения информации нового качества (информационного про-
дукта) о состоянии объекта, процесса или явления.
Цель информационной технологии — производство ин-
формации, удовлетворяющей информационные потребности
человека.
Отличительной особенностью технологии (в отличие от
простой, «нетехнологичной» совокупности средств и мето-
дов обработки) является то, что применение одной и той же
технологии к одинаковому исходному «сырью» даёт в резу-
льтате «продукт» одного и того же качества. С другой сторо-
ны, применяя разные технологии к одному и тому же ресур-
су, можно получить разные продукты. Это справедливо как
для материальных технологий, так и для технологий пере-
работки информации.
Три основных принципа, характеризующих компьютер-
ные информационные технологии:
• интерактивный (диалоговый) режим работы с компьюте-
ром;
• интегрированность (взаимосвязь) разных программных
средств;
• возможность «гибкого» изменения как данных, так и по-
становки задачи в процессе её решения.
Информационная технология, как и любая другая, дол-
жна отвечать следующим требованиям:
• обеспечивать высокую степень разделения всего процесса
обработки информации на этапы (фазы), операции, дейст-
вия;
352
Глава 4
• включать весь набор средств, необходимых для достиже-
ния поставленной цели;
• иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции
технологического процесса могут быть стандартизирова-
ны и унифицированы. Это позволяет более эффективно
осуществлять целенаправленное управление информаци-
онными процессами.
В современном обществе основным техническим средст-
вом технологии переработки информации служит персональ-
ный компьютер, который существенно влияет как на разра-
ботку и использование технологических процессов, так и на
качество получаемой информации.
Информационные технологии, основным техническим
средством в которых выступает компьютер или средства те-
лекоммуникации, называют новыми, или компьютерными
информационными технологиями.
Задание 1
Заполните следующую сравнительную таблицу (перенесите таб-
лицу в рабочую тетрадь):
Показатели сравнения Технология материаль- ного производства Информационная технология
Какова цель разработки технологии? Наиболее эффективное выполнение информа- ционного процесса
Какова цель применения (использования) техноло- гии? Удовлетворение потребностей людей в товарах
Что является «сырьём», для преобразования которого предназначена технология?
Что может быть результатом применения технологии?
На использовании каких основных средств основыва- ется технология?
Каковы основные способы описания технологии? Технические карты, технические задания, сетевые графики
Информационные технологии
353
Задание 2
Разделите следующие примеры на две группы: информационные
технологии и технологии материального производства.
1. Технология приготовления тортов в кондитерском цехе. ~4
2. Технология подготовки и рассылки по электронной почте при-
глашений на конференцию по новым информационным техно-
логиям.
3. Технология создания кинофильма на киностудии.
4. Технология анализа показателей качества учебной деятельно-
сти учащихся десятых классов школы.
5. Технология построения шестиугольника с помощью циркуля и
линейки.
6. Технология построения графика функции при помощи специ-
альной компьютерной программы.
7. Технология перевода стихотворения с русского языка на анг-
лийский.
Задание 3
Опишите технологию поиска, заказа и получения книг в библиоте-
ке по интересующей вас тематике, например, по робототехнике.
Можно ли рассматривать её как информационную технологию?
Задание 4
Опишите технологию сложения двух многозначных чисел.
Можно ли сказать, что это информационная технология? Можно
ли сказать, что это именно технология, а не набор правил или не
алгоритм?
Задание 5
В компьютерах последних моделей широко используются следу-
ющие технологии:
• WYSIWYG — What You See Is What You Get — относится к
взаимосвязи отображения на экране с твёрдой копией доку-
мента, которую можно получить на принтере;
• Plug & Play — относится к подключению дополнительных
периферийных устройств компьютера.
Переведите названия этих технологий на русский язык и попро-
буйте сформулировать, в чем их суть. В случае затруднения обра-
титесь к справочникам по вычислительной технике.
Объясните, почему один и тот же текстовый документ может
по-разному размещаться на листе, представленном на экране
компьютера, если к компьютеру подключаются разные принте-
ры (ответить вам поможет знание сути технологии WYSIWYG).
Объясните, почему ещё сравнительно недавно дискета с драйвером
устройства обязательно входила в комплект поставки этого устрой-
ства, а сейчас все чаще клавиатуры, мыши, принтеры и многие
другие устройства часто продаются без сопровождения драйверов
(ответить вам поможет знание сути технологии Plug & Play).
12 2793
354
Глава 4
вопрос- проблема
Вы, вероятно, заметили, что отличительные особенности и
свойства информационных технологий сходны с особенностями
и свойствами алгоритмов. Есть ли, по вашему мнению, разли-
чия между технологией и алгоритмом? Если есть, то в чём они
заключаются?
§4.3. Средства и технологии обработки
текстовой информации
ПОНЯТЬ
В этом параграфе мы рассмотрим некоторые средства и
технологии преобразования информации, представленной в
текстовой форме или, как её принято называть, «текстовой
информации».
Рассмотрите фрагменты следующих трёх текстовых доку-
ментов.
Милый дедушка, Константин Васильевич!
Во первых строках своего письма хочу поблагодарить
тебя за...
• ••
До свидания, милый дедушка.
Приезжай. Я тебя очень жду!
Документ 1
Документ 2
Согласовано
«_»2000 г.
ДОГОВОР
на поставку оборудования
Фирма «Экспресс» в лице генерального директора Светлова
Сергея Сергеевича, действующего на основании Устава, и...
• ••
Адреса и реквизиты сторон:
м.п. м.п.
Информационные технологии
355
Документ 3
• это полезно
• это отдых>
• это весело
• зто престижно
Что общего у всех этих документов? Все они текстовые.
Но назначение и оформление у них разное.
Документ 1 — это личное письмо. Нет никаких правил
его оформления, никаких требований к содержанию и, даже
если там встретятся ошибки или описки, ваш корреспон-
дент поймет всё правильно.
Документ 2 — юридический документ. Здесь и содержа-
ние, и оформление должны отвечать определённым требова-
ниям, соответствовать правилам делопроизводства. Есть
обязательные для таких документов реквизиты (шапка, под-
писи, место для печати и пр.), допустимые словосочетания
(«действующий на основании», «сторона обязуется», «сторо-
на имеет право»), принятые правила использования шриф-
тов и размещения текста на листе. В документах крайне не-
желательны синтаксические и орфографические ошибки.
Документ 3 — рекламный листок. Основное требование к
нему — привлекать внимание. Для этого он должен быть эс-
тетично оформленным. При его создании следует заботиться
не только о содержании, но и о том, чтобы размер заголовка
соотносился с размером текста, чтобы рисунок оттенял и от-
ражал содержание текста, чтобы схемы и таблицы легко
воспринимались и пр.
Подобные документы люди создавали и в «докомпьютер-
ную» эпоху. Письма писали пером или авторучкой (и при
этом очень красивым каллиграфическим почерком); дело-
вые бумаги печатали на пишущей машинке; если нужно
было что-то прорекламировать, обращались к художнику.
Но компьютеры и здесь смогли облегчить людям жизнь.
Контракты и личные заметки, приказы и научные ста-
тьи, макеты журналов и рекламные листки — всё это можно
быстро и удобно создавать на компьютере.
356
Глава 4
Специалисты, профессионально занимающиеся работой с
текстами — редакторы и корректоры, менеджеры и юристы,
драматурги и переводчики — осваивают всё новые и новые
«лингвистические» программы, осознав, что компьютер не-
сравненно лучше пишущей машинки.
Набирая текст на пишущей машинке, необходимо с само-
го первого удара по клавише заботиться о центрированном
расположении заголовков, соблюдении полей страниц, отво-
де необходимого места для последующей вставки формулы
или схемы, соблюдении размеров колонок в таблицах, пра-
вилах орфографии и о многом, многом другом. А главное,
даже незначительная переделка текста требует полной пере-
печатки всей страницы, не говоря уже о трудностях тиражи-
рования. Большинство из этих вопросов при компьютерном
наборе текстов превращаются из проблем в незначительные
оформительские детали. Чего компьютер пока не может, так
это «сочинить» содержание нужного вам текста, хотя и
здесь часто можно воспользоваться готовым шаблоном, хра-
нящимся в обширной базе самых разных документов.
Аппаратные средства
Для ввода текста обычно используется клавиатура. Ска-
нер вместе с программой оптического распознавания симво-
лов позволяет быстро перевести в электронную форму типо-
графский или машинописный текст. Световой карандаш
(LightPen) и специальный планшет вместе с программой
распознавания рукописного текста позволяет поместить в
память компьютера текст, написанный от руки.
Программные средства
Многообразие программных средств, предназначенных
для работы с текстами, можно подразделить на следующие
виды:
• электронные блокноты (записные книжки);
• текстовые редакторы;
• текстовые процессоры;
• редакционно-издательские системы (программы
вёрстки);
• программы, предназначенные для перевода с одного язы-
ка на другой;
• лингвистические корректоры;
• системы, осуществляющие интеллектуальный поиск и
интеллектуальную обработку текстов, размещённых в се-
тях.
Информационные технологии
357
Эти виды программных средств отличаются друг от дру-
га:
1) назначением;
2) функциональными возможностями по созданию и пре-
образованию непосредственно текста;
3) возможностями по сопровождению текста рисунками,
схемами, таблицами, звуком, анимацией, то есть «нетексто-
выми» объектами;
4) требованиями к аппаратным ресурсам.
Текстовые редакторы для большинства пользователей
компьютера — привычное и удобное средство для составле-
ния самых разнообразных текстовых документов.
Предназначены они, как это понятно из самого названия,
для редактирования текстов, то есть набора, корректировки,
оформления, печати и хранения текстовых документов.
Термин «документ» здесь используется не в
смысле «бумага, заверенная подписью и печа-
тью», а в смысле информации, хранящейся на ка-
ком-либо носителе.
Вы понимаете, что текстовые редакторы — это програм-
мы, вернее, комплексы программ. Разрабатывают их про-
граммисты, у которых может быть свой взгляд на то, что
должны уметь делать именно их программы и как они будут
это делать. Поэтому одна и та же операция в различных тек-
стовых редакторах может выполняться по-разному. Следо-
вательно, прежде чем приступить к работе в новом для вас
текстовом редакторе, необходимо выяснить его возможно-
сти, познакомиться с системой меню и способами задания
команд. Конечно, разработчики программного обеспечения
иногда договариваются об унификации наиболее часто испо-
льзуемых операций. Например, удаление ошибочного сим-
вола практически во всех редакторах можно осуществить
при помощи клавиш Delete или Backspace, вызвать подсказ-
ку можно клавишей F1 и т. д.
Какова же технология работы в текстовом редакто-
ре?
Прежде всего текст надо набрать, то есть ввести с клавиа-
туры (о сканировании текстов мы поговорим позже). Уже на
этом этапе можно «стирать» ошибочно введённые символы и
заменять их правильными, выбирать нужный размер и стиль
358
Глава 4
шрифта или цвет символов, сразу же заносить нужную ин-
формацию в таблицу и многое другое. Но можно и просто
ввести текст, не заботясь пока о его оформлении (иногда это
более удобно).
Если вы работаете одновременно с несколькими докумен-
тами, то каждый из них лучше поместить в отдельное окно.
Большинство существующих редакторов предоставляют та-
кую возможность.
Когда текст набран, можно приступать к его оформлению.
Для этого текстовый редактор предоставляет вам большой
набор допустимых операций над отдельными элементами
текста, например, операции над символами (удаление,
вставка, замена), строками (центрирование), абзацами (вы-
равнивание, установление межстрочного интервала и от-
ступов). При этом в большинстве редакторов совсем не обя-
зательно выделять или как-то отмечать эти элементы.
Достаточно, если текстовый курсор находится в области
нужного элемента. Но основной принцип оформления тек-
ста — «выдели и преобразуй».
Только выделив фрагмент текста, можно, например,
его скопировать или переместить как в рамках текущего
текста, так и в документ, открытый в другом окне редак-
тора.
После того, как текст оформлен, его необходимо распеча-
тать или сохранить на внешнем носителе.
Если вы не хотите, чтобы кто-то «испортил» созданный
вами документ, можно установить специальные атрибуты
документа и сделать его, например, доступным только для
чтения.
В текстовых редакторах существует и много других сер-
висных функций, но знакомиться с ними лучше в процессе
практической работы.
Текстовые процессоры пришли на смену текстовым ре-
дакторам вместе с появлением графического пользователь-
ского меню. Они обладают всеми возможностями текстовых
редакторов и рядом существенных дополнительных функ-
ций. Их отличает от текстовых редакторов:
• более развитый пользовательский интерфейс, который
включает в себя наряду со «словесным» меню еще меню
пиктограмм и меню «горячих клавиш», благодаря чему
одну и ту же операцию пользователь может выполнить
разными способами;
• возможность сопровождения текста графическими изоб-
ражениями, которые можно как импортировать из суще-
Информационные технологии
359
ствующего графического файла, так и создать средствами
самого текстового процессора, например, с помощью мас-
тера диаграмм;
• простота создания и редактирования таблиц. Одним дви-
жением мыши можно изменить ширину строк и столбцов
таблицы, выбрать тип её обрамления, подсчитать сумму
чисел в строке или столбце, упорядочить абзацы по алфа-
виту и пр.;
• наличие большого количества стандартных шаблонов до-
кументов, таблиц и рисунков;
• возможность ввода в текст формул, буквиц, «артистиче-
ских» заголовков, разбиения текста на несколько коло-
нок и пр.;
• возможность создания и использования макросов — опи-
саний на языке макропрограммирования некоторых наи-
более часто повторяющихся последовательностей дейст-
вий.
Наиболее известными текстовыми процессорами явля-
ются Microsoft Word, WordExpress, Accent, WordPad и
другие.
Редакционно-издательские системы, или программы
вёрстки, предназначены для подготовки печатной продук-
ции — газет, журналов, книг, брошюр, буклетов. Они дол-
жны обеспечивать все функции текстового процессора, а
также уметь работать с текстовыми и графическими файла-
ми, созданными в различных редакторах, поддерживать ав-
томатическое размещение текста на странице, автоматиче-
скую нумерацию страниц (с учетом брошюрования книги),
иметь возможность различной заливки фона под текстом
или слайдами, осуществлять режимы правильной цветопе-
редачи для печатающих устройств и многое другое.
Наиболее популярными программами профессиональной
вёрстки являются QuarkXPress, Ventura Publisher, PageMa-
ker, FrameMaker.
Системы проверки орфографии («Пропись», «Орфо» и
др.) могут существенно помочь корректорам, переводчикам,
литераторам, журналистам, референтам, составителям ана-
литических обзоров прессы. Эти программы осуществляют
грамматическую, синтаксическую, стилистическую провер-
ку художественных и научных текстов, имеют большие сло-
вари синонимов и антонимов, позволяют правильно осуще-
ствить перенос слов по слогам и многое другое.
360
Глава 4
знать
Текстом будем называть любую последовательность сим-
волов, к которым относятся буквы, пробел, знаки препина-
ния, цифры, знаки арифметических операций и операций
отношения и т. п.
К аппаратным средствам ввода текста относятся клавиа-
тура, сканер, световой карандаш.
Текстовый редактор — программное средство, предназна-
ченное для создания (ввода, набора), редактирования и
оформления текстов.
Основные функции текстового редактора:
• обеспечение ввода текста с клавиатуры или из существу-
ющего файла;
• редактирование текста (добавление, изменение, удаление
или копирование фрагментов текста — символов, слов
и т. д.);
• оформление текста (выбор шрифтов, способа выравнива-
ния, установление межстрочного интервала, интервала
между абзацами и т. п.);
• размещение текста на странице (установка размера стра-
ницы, полей, отступов; разбиение на колонки; расстанов-
ка номеров страниц, колонтитулов и пр.);
• сохранение текста в файле на внешнем носителе или по-
лучение твёрдой копии (печать текста);
• проверка орфографии, подбор синонимов, контекстный
поиск и замена;
• выдача подсказок и прочее.
Если рассматривать текст как систему, то элементами его
будут отдельные символы, слова, строки, предложения, аб-
зацы.
Абзацем в обычном тексте называют часть текста от од-
ной красной строки до другой.
В текстовом редакторе абзац — это часть текста от одного
признака конца строки до другого (чаще всего признак кон-
ца строки вставляется в текст автоматически при нажатии
клавиши ввода).
Информационные технологии
361
Над абзацами в текстовых редакторах выполняются та-
кие операции, как выравнивание, установка межстрочного
интервала, установка отступа красной строки.
В текстовых редакторах допустимы операции над отдель-
ными элементами текста, даже если они не выделены, на-
пример, операции над символами (удаление, вставка, заме-
на), абзацами (выравнивание, отступы), но основной
принцип оформления текста в текстовом редакторе — ^вы-
дели и преобразуй*.
В текстовых редакторах большинство операций по преоб-
разованию текста осуществляется над выделенными фраг-
ментами текста, например, такие операции, как копирова-
ние и перенос.
Наиболее распространённые текстовые редакторы: «Лек-
сикон», Edit, «Слово и дело», Ched, NotePad, Write.
Текстовый процессор отличается от текстового редактора
более широкими функциональными возможностями,
такими как:
• настраиваемое пользователем меню;
• использование контекстного меню;
• сопровождение текста таблицами и проведение в них про-
стейших расчётов;
• вставка графических объектов (рисунков, диаграмм, за-
головков и пр.) или создание рисунков с помощью встро-
енных инструментов;
• вставка формул, графиков, диаграмм;
• оформление текста списками, буквицами;
• использование инструмента автокоррекции текста и его
автореферирования;
• создание и использование макросов;
• фоновая проверка орфографии, синтаксиса и многое дру-
гое.
Наиболее распространенные текстовые процессоры: Word
(Microsoft Office), Word Pro (Lotus SmartSuite), WordPerfect
(Perfect Office), WordExpress, Accent, WordPad.
Редакционно-издательские системы (программы вёрстки)
должны обеспечивать все функции текстового процессора, а
также:
• воспринимать тексты, созданные в различных текстовых
редакторах;
• воспринимать отсканированные или нарисованные в гра-
фических редакторах иллюстрации, созданные на ПК
разных платформ, и корректировать их цвета;
362
Глава 4
• иметь больший набор шрифтов и возможность их графи-
ческого преобразования (сжатие, растяжение или сим-
метричное отражение по вертикали или горизонтали);
• иметь возможности для различного «обтекания» рисунка
текстом;
• обеспечивать автоматическое оптимальное размещение
текста на странице, автоматическую нумерацию страниц;
• обеспечивать адаптацию к различным печатающим
устройствам и прочее.
Задание 1
Изучите пользовательский интерфейс текстового редактора
(процессора), установленного на вашем компьютере. Ответьте на
следующие вопросы:
1. Какие типы меню он включает (командный, фиксированное
меню, ниспадающее меню, меню пиктограмм, «горячие клави-
ши», диалоговые окна)?
2. Как вызвать подсказку? Есть ли строка подсказок? Есть ли вы-
зов контекстно-зависимых подсказок?
3. Есть ли строка состояния и какая информация в ней отражает-
ся?
4. Может ли сам пользователь настраивать меню, то есть остав-
лять на экране только те элементы, которые ему необходимы?
5. Как перемещать большой текст (клавишами управления курсо-
ром, с помощью полос прокрутки и т. д.)?
6. Можно ли работать с несколькими документами одновременно?
Задание 2
Определите, каким образом можно сохранить текст, созданный в
текстовом редакторе (процессоре), в файле на внешнем носителе,
какие форматы файлов поддерживает данный редактор (процес-
сор) (TXT, DOC, WRI и прочие).
Задание 3
В текстовом редакторе (процессоре) введите произвольный текст
(например, своё любимое стихотворение). В процессе ввода, ре-
дактирования и оформления текста заполните таблицу «Прави-
ла работы в текстовом редакторе» по образцу, приведённому для
текстового процессора Microsoft Word.
Информационные технологии
363
Правила работы в текстовом редакторе Microsoft Word
Операция Клавиша (комбинация клавиш) Последовательность действий в меню
Перемещение по тексту Клавиши управления курсором (стрелки)
Перемещение в начало строки Ноте
Перемещение в конец строки End
Перемещение на экран вверх PgUp
Перемещение на экран вниз PgDn
Перемещение в начало текста CTRL+Home
Перемещение в конец текста Ctrl+End
Сохранение текста Shift+F12 Файл / Сохранить
Выделение фрагмента 1) Shift+стрелки; 2) при нажатой клавише мыши
Копирование фрагмента в буфер обмена Ctrl+Insert Правка / Копировать
Вставка фрагмента из буфера обмена Shift+Insert Правка / Вставить
• • • • • • • • •
Задание 4
Если текстовый редактор (процессор), установленный на вашем
компьютере, имеет развитые средства для работы с таблицами,
то создайте таблицу из задания 3, сохраните её в файле и продол-
жайте с ней работать на следующих практических занятиях.
Задание 5
Напишите технологию создания листа с вашими визитными
карточками, включающую:
• использование различных шрифтов;
• копирование одной карточки несколько раз, чтобы как мож-
но «плотнее» заполнить лист;
• проверку орфографии;
• установку параметров печати полученного листа и пр.
364
Глава 4
§4.4. Средства и технологии обработки
числовой информации
ШчМ понять
Ч№К«№ХЧ(т:К*К<ФЖ«СНПМЙМЮНМ1ММНИММ1ШВМШ*ИМЖИЖШШ'НШ*0*ЖтК*Ме»К^'>№Х-№^
В этом параграфе рассматриваются средства и технологии
обработки информации, представленной в числовой форме.
Следует заметить, что «числа» для компьютера — это всего
лишь знаки и только человек отождествляет их с числами.
Соответственно, он стремится перенести на них правила пре-
образования, характерные для «настоящих» чисел. В целом
это удаётся, но иногда возможности компьютера создают
для этого существенные препятствия.
Аппаратные средства
Специальные аппаратные средства для ввода/вывода чис-
ловой информации существуют, но они ограничены, как
правило, специальными автоматизированными измеритель-
ными системами. Подавляющее большинство пользователей
для ввода чисел использует клавиатуру, а для вывода —
принтер.
Обрабатывается числовая информация процессором.
Поскольку операции над вещественными числами, пред-
ставленными в форме с плавающей точкой, более громоздки,
чем операции над целыми числами, для их выполнения ино-
гда используется математический сопроцессор. Именно он
обеспечивает арифметику вещественных чисел с плавающей
точкой, разгружая при этом центральный процессор.
Пример. Операция деления чисел в форме с плавающей точкой
«распадается» на 40-80 элементарных операций (в зави-
симости от типа процессора).
По мнению специалистов, математический сопроцессор
может на 80% сократить время выполнения таких опе-
раций, как деление, умножение и возведение в степень.
Скорость выполнения сложения и вычитания при испо-
льзовании сопроцессора, как правило, не изменяется.
Иногда математический сопроцессор является отдельным
«самостоятельным» устройством, в последних моделях он
интегрирован прямо в центральный процессор, то есть кон-
структивно является неотъемлемым компонентом ЦПУ.
Информационные технологии
365
Программные средства
К программным средствам ввода и обработки числовой
информации относятся, в основном:
• электронные таблицы;
• пакеты прикладных программ (ППП) для статистической
обработки данных;
• специализированные математические ППП.
Электронные таблицы (SuperCalc, Excel, Lotus, Quattro
Pro, SDSS Spreadsheet, VistaCalc, GS-Calc и др.) относятся к
классу систем обработки числовой информации, называе-
мых Spreadsheet. Буквальный перевод термина «spreadshe-
et» с английского — «расстеленный лист (бумаги)».
Первая электронная таблица VisiCalc была разработана в
1981 году, и именно с этого момента принято вести отсчёт
истории электронных таблиц как самостоятельного вида
программного обеспечения.
Идея выделения таблиц в особый класс документов и со-
здания специализированной программы, выполняющей
всевозможные операции с табличными данными, оказалась
весьма удачной. Популярность электронных таблиц (ЭТ)
стала стремительно расти.
Сегодня ЭТ занимают одно из лидирующих мест в струк-
туре продаж делового программного обеспечения. Последнее
поколение ЭТ характеризуется новым уровнем функциональ-
ных возможностей. Помимо традиционных средств (таких
как вычисление с использованием стандартных функций, ав-
топересчёт, объединение рабочих листов) современные паке-
ты ориентированы на работу в сетях, дополнены средствами
коллективной работы, значительно расширены функции по
созданию деловой графики и ведению баз данных.
Области применения электронных таблиц:
• бухгалтерский и банковский учёт;
• планирование распределения ресурсов;
• проектно-сметные работы;
• инженерно-технические расчёты;
• статистическая обработка больших массивов информа-
ции;
• исследование динамических процессов.
Основные возможности электронных таблиц:
• решение расчётных задач, проведение вычислений по
формулам, заданным пользователем;
• решение оптимизационных задач;
366
Глава 4
• анализ и моделирование на основе результатов вычисле-
ний;
• оформление таблиц, отчётов;
• построение диаграмм требуемого вида;
• создание и ведение баз данных с возможностью выбора
записей по заданному критерию и сортировки по любому
параметру;
• перенесение (вставка) в таблицу информации из докумен-
тов, созданных в других программных средствах;
• печать итоговых документов;
• коллективное использование данных, хранящихся в таб-
лицах, распространение и просмотр электронных таблиц
всеми участниками рабочей группы.
Элементами электронной таблицы являются столбцы,
строки, ячейки, блоки ячеек.
Чаще всего строки пронумерованы (1,2, 3, 4, ...),а столб-
цы поименованы латинскими буквами и комбинациями
букв (А, В, С, АА, АВ, IV).
Элемент, находящийся на пересечении столбца и строки,
называется ячейкой (клеткой).
Прямоугольная область таблицы называется блоком
(диапазоном, интервалом) ячеек. Блок задается адресами
верхней левой и правой нижней своих ячеек, перечисленны-
ми чаще всего через двоеточие.
Каждая ячейка таблицы Excel имеет следующие характе-
ристики (рис. 4.4.1):
• адрес;
• содержимое;
• изображение;
• формат;
• имя;
• примечание
(комментарий).
имя содержимое изображение
Рис. 4.4.1. Фрагмент таблицы в Excel
Адрес ячейки — имя (номер) столбца и номер строки, на
пересечении которых находится ячейка. Используется в
формулах в виде ссылки, а также для быстрого перемеще-
ния по таблице.
Содержимым ячейки может быть:
• число (целое со знаком или без (-345), дробное с фиксиро-
ванной точкой (253,62) или с плавающей точкой
(2,5362е+2));
• текст;
• формула.
Информационные технологии
367
Формула всегда начинается со знака «=» и может содер-
жать числовые константы, ссылки на адреса ячеек, встроен-
ные функции.
Аргументы функций всегда заключаются в круглые скоб-
ки. Стандартные функции можно ввести как с клавиатуры,
так и с помощью пункта меню Вставка / Функция или
кнопки [А].
Изображение — то, что пользователь видит на экране мо-
нитора.
Если содержимым ячейки является формула, то изобра-
жением будет её значение.
Текст, помещенный в ячейку, может быть виден целиком,
либо (если соседняя ячейка не пуста) будет видно столько
символов, какова ширина ячейки.
Изображение числа зависит от выбранного формата. Одно
и то же число в разных форматах («дата», «процент», «де-
нежный» и т. д.) будет иметь различное изображение.
Формат ячейки определяется форматом чисел, шрифтом,
цветом символов, видом рамки, цветом фона, выравнивани-
ем по границам ячейки, наличием защиты ячейки.
Имя употребляется как замена абсолютного адреса ячей-
ки для использования его в формулах.
Пример. Назначив ячейке СЗ имя «Произведение», в ячейку D3
можно поместить формулу =Произведение/3 (вместо
формулы =СЗ/3). В этом случае при копировании форму-
лы адрес ячейки меняться не будет.
Примечание — сопроводительный текст к содержимому
ячейки. Ввести примечание в ячейку можно с помощью
пункта меню Вставка / Примечание. Ячейка, имеющая
примечание, отмечается в рабочем листе точкой в правом
верхнем углу.
В приложении к этому параграфу приведены технологии
решения расчётной и оптимизационной задачи, а также по-
строения графика функции с помощью Excel.
Преимущества использования ЭТ при решении задач:
1. Решение задач с помощью электронных таблиц освобож-
дает пользователя от составления подробного алгоритма
решения задачи и отладки соответствующей программы.
Нужно только определённым образом записать в таб-
лицу исходные данные и математические соотноше-
ния, входящие в модель решения задачи.
2. При использовании однотипных формул нет необходимо-
сти вводить их многократно, можно скопировать фор-
368
Глава 4
мулу в нужные ячейки. При этом произойдёт автомати-
ческий пересчёт адресов ячеек, встречающихся в
формуле. Если же необходимо, чтобы при копировании
формулы ссылка на какую-то ячейку не изменилась, то
существует возможность задания абсолютного (неизме-
няемого) адреса ячейки.
3. Изменение содержимого любой ячейки приводит к авто-
матическому пересчёту значений всех ячеек таблицы,
в которых есть ссылки на данную.
4. Исходные данные и результаты расчётов можно анализи-
ровать как в числовом виде, так и представить их с помо-
щью деловой графики (гистограммы, секторные диаграм-
мы, графики зависимостей и пр.). Причём изменение
данных, по которым строились графики, автоматически
отражается в изменении графического образа.
Пакеты статистической обработки (Systat, Statistica, Sta-
dia и др.) предназначены, как это ясно из названия, для про-
ведения статистической обработки больших массивов дан-
ных.
Статистический анализ широко используется:
• в народном хозяйстве при:
анализе результатов деятельности предприятий и органи-
заций;
составлении краткосрочных планов и долговременных
прогнозов;
оценке состояния финансового, сырьевого и др. рынков;
анализе прибыльности инвестиционной деятельности и
многом другом;
• в социологии и психологии для обработки и анализа ре-
зультатов опросов, тестирования, анкетирования;
• в научной деятельности для обработки результатов экспе-
риментов, оценки их достоверности, проверки гипотез
и прочее.
Заметим, что многие электронные таблицы позволяют
пользователю рассчитать не только простые статистиче-
ские показатели, такие как максимальное, минимальное и
среднее значения или сумма квадратов отклонения от сред-
него значения, но и произвести более сложные расчёты с
использованием встроенных статистических функций вы-
числения коэффициентов корреляции, характеризующих
степень сходства результатов разных измерений, ранга чис-
ла в списке чисел, коэффициентов функций распределения
данных и многих других. Пакеты статистической обработ-
Информационные технологии
369
ки включают в себя реализацию более сложных статисти-
ческих методов. Например, они существенно облегчают
проведение различных видов анализа данных: регрессион-
ного (установление связи между переменными — результа-
тами статистических измерений), кластерного (определе-
ние основных классов, составляющих изучаемый процесс
или явление), факторного (выявление факторов, объясня-
ющих результаты статистических измерений) и других.
Как правило, пакеты статистической обработки имеют
развитые средства графического представления исходных
данных и результатов расчёта. Причём, это не только двумер-
ные диаграммы и графики, но и многомерные изображения
(рис. 4.4.2).
STADIA-6.0
yl ©I 9lMul»dculFnJfea Ч *1
Файл График=Г6 Вычисл=Г7 Преобр=Г8 Статист-Г9 Окна Помощь=П
Рис. 4.4.2. Фрагмент экрана статистического пакета Stadia
Математические пакеты (Eureka, Mathcad, Mathcad Pro-
fessional, Matlab, Maple, Mathematica и др.) позволяют ре-
шить практически любую математическую задачу и пред-
ставить результаты расчётов в табличном или графическом
виде. Причём, многие математические пакеты имеют разви-
тые средства построения трёхмерных поверхностей, задавае-
мых с помощью функций.
13 2793
370
Глава 4
Пример. Если вы хотите построить график архимедовой спирали,
заданной в полярных координатах, в пакете Mathcad до-
статочно щёлкнуть в панели инструментов «Графики» по
кнопке «Полярные координаты», затем в открывшемся
окне ввести имя функции (в нашем случае г(<р) = а<р,
а=2), в правом верхнем углу окна ввести наибольшее
значение аргумента (например, 2л) и щёлкнуть по рабо-
чему полю вне окна графиков. На экране появится нуж-
ный график (рис. 4.4.3).
Рис. 4.4.3
График
архимедовой
спирали
знать
К аппаратным средствам ввода числовой информации от-
носится клавиатура, вывода — принтер, обработки — про-
цессор и сопроцессор.
К программным средствам ввода и обработки числовой
информации относятся:
• электронные таблицы;
• пакеты прикладных программ для статистической обра-
ботки данных;
• специализированные математические пакеты приклад-
ных программ.
Электронные таблицы — специализированные програм-
мы, выполняющие всевозможные операции с табличными
данными.
Последнее поколение ЭТ характеризуется новым уровнем
функциональных возможностей. Помимо традиционных
средств (таких как вычисление с использованием стандарт-
ных функций, автопересчёт, объединение рабочих листов)
современные пакеты ориентированы на работу в сетях, до-
Информационные технологии
371
полнены средствами коллективной работы, значительно рас-
ширены функции по созданию деловой графики и ведению
баз данных.
Пакеты статистической обработки (Systat, Statistica, Sta-
dia и др.) предназначены, как это ясно из названия, для про-
ведения статистической обработки больших массивов дан-
ных.
Математические пакеты (Eureka, Mathcad, Mathcad Pro-
fessional, Matlab, Maple, Mathematica и др.) позволяют ре-
шить практически любую математическую задачу и пред-
ставить результаты расчётов в табличном или графическом
виде. Причём, многие математические пакеты имеют разви-
тые средства построения трёхмерных поверхностей, задавае-
мых с помощью функций.
Задание 1
В приложениях к этому параграфу представлены технологии ре-
шения расчётной и оптимизационной задач, построения графика
функции в Excel.
Если на вашем компьютере установлен Excel, то выполните эти
лабораторные работы.
Если на вашем компьютере установлена другая программа, отно-
сящаяся к классу электронных таблиц, то:
• определите, предоставляет ли она пользователю возможно-
сти решения задач подобного рода;
• решите, по возможности, данные задачи и запишите техно-
логию их решения.
Задание 2
С помощью справочной системы вашей ЭТ (или документации к
ней) определите, какие возможности предоставляются пользова-
телю по автозаполнению данных в таблице. Опишите техноло-
гию автозаполнения данных.
Примечание. В Excel это можно сделать, например, с помощью
меню Правка/Заполнить/Прогрессия.
Задание 3
Если на вашем компьютере установлен какой-нибудь математи-
ческий пакет, прорешайте задачи, данные в приложениях, с его
помощью. Сравните, где технология решения проще и удобнее
для вас.
372
Глава 4
Приложение 4.4.1
Решение расчётной задачи в ЭТ EXCEL
Расчётные формулы в Excel всегда начинаются со знака
«=». Их можно ввести:
• непосредственно набирая с клавиатуры;
• набирая с клавиатуры только знак = и знаки арифмети-
ческих операций, а вместо набора адресов ячеек щёлкая
левой клавишей мыши по соответствующей ячейке или
выделяя нужный блок;
• с помощью Мастера функций — кнопка [Л] или меню
Вставка / Функция.
Мастер функций шаг 1 из 2
Выберите функцию и нажмите кнопку Шаг > для ввода ее аргументов,
категория функции; / V \ Имя функции: % ,
Последние использовавшиеся
Все
Финансовые
Дата и время_____________
Мат. и тригонометрия
Статистические
Просмотр и ссылки
База данных
Текстовые
Логические
г Информационные
СУММ(число1;число2;..)
Суммирует аргументы. .
Справка
Отмена |
РИМСКОЕ
слчис
СТЕПЕНЬ
СУММ
СУММЕСЛИ
СУММКВ
СУММКВРАЗН
СУММПРОИЗВ
СУММРАЗНКВ
СУММСУММКВ
СЧЁТЕСЛИ
< Шрг | Шаг > I Закончить
Использование Мастера функций позволяет вводить фор-
мулы безошибочно.
Постановка задачи
Вы готовитесь к проведению международных соревнова-
ний по одному из видов спорта. Правила в данном виде
спорта таковы:
• выступление каждого спортсмена оценивают N судей;
• максимальная и минимальная (по одной, если их несколь-
ко) оценки каждого спортсмена отбрасываются;
• в зачет спортсмену идёт среднее арифметическое
оставшихся оценок.
Требуется подсчитать оценки всех спортсменов и опре-
делить оценку победителя.
Информационные технологии
373
Математическая модель
Пусть bik — оценка i-ro судьи, выставленная /?-му спортсмену;
bmaxk, bmink — максимальная и минимальная
оценки, полученные fc-ым спортсменом;
Sk — итоговая оценка k-ro
Р — оценка победителя.
Тогда
спортсмена;
bmaxk = max (bik)
bmink = min (b.ft)
Ybik -bmaxk
для 1< i
для 1< i
- bmink
k
Технология решения задачи
Подготовьте следующую таблицу и занесите в неё необхо-
димые данные и формулы:
А В С D Е
1 Спортсмен 1 Спортсмен 2 Спортсмен 3 Спортсмен 4
2 Судья 1 7,2 5,5 9,0 6,8
3 Судья 2 7,8 5,8 9,4 7,3
4 Судья 3 7,4 5,3 9,6 7,0
5 Судья 4 7,9 5,2 9,8 7,1
6 Судья 5 7,0 5,7 9,3 6,9
7 •
8 Мах оценка =МАКС(В2:В6)
9 Min оценка =МИН(В2:В6)
10
11 Оценка спортсмена = (СУММ(В2:В6)- В8-В9)/3
12
13 Оценка победителя =МАКС(В11:Е11)
1. В ячейки В1:Е1 занесите фамилии спортсменов, а в ячей-
ки А2:А6 — фамилии судей.
2. В ячейку А8 занесите текст «Мах оценка», в ячейку А9 —
текст «Min оценка».
3. В ячейку В8 занесите формулу =МАКС(В2:В6), а в ячей-
ку В9 — формулу =МИН(В2:В6).
4. Скопируйте содержимое ячейки В8 в ячейки С8:Е8 (обра-
тите внимание, что формула при копировании изменит-
ся).
374
Глава 4
5. Скопируйте содержимое ячейки В9 в ячейки С9:Е9 (обра-
тите внимание, что формула при копировании изменит-
ся).
6. В ячейку АН занесите текст «Оценка спортсмена».
7. В ячейку В11 занесите формулу =(СУММ(В2:В6)-В8-В9)/3.
8. Скопируйте содержимое ячейки В11 в ячейки С11:Е11
(обратите внимание, что формула при копировании изме-
нится).
9. В ячейку А13 занесите текст «Оценка победителя».
10. В ячейку В13 занесите формулу =МАКС(В11:Е11).
11. Заполните блок В2:Е6 оценками, данными судьями каж-
дому спортсмену (оценки проставляются в десятибалль-
ной системе).
12. Определите победителя.
Приложение 4.4.2
Решение оптимизационной задачи в ЭТ EXCEL
Постановка задачи
Старинная русская задача. Пошла баба на базар на людей
посмотреть да кое-что продать. Сколько надо взять бабе
на базар для продажи живых гусей, уток и кур, чтобы выру-
чить как можно больше денег, если она может взять това-
ра массой не более Р килограмм и известно, что:
• масса одной курицы — Ь2, стоимость — с2,
• масса одной утки — ЬЗ, стоимость — сЗ,
• масса одного гуся — &4, стоимость — с4.
Математическая модель
Пусть d2, d3, d4 — соответственно число кур, уток и гу-
сей, взятых бабой для продажи.
Задача бабы — выручить как можно больше денег — опи-
сывается целевой функцией
с2 • d2 + сЗ • d3 + с4 • d4 -> шах.
Так как баба может взять не более Р кг товара, то должно
выполняться условие
Ъ2 • d2 + ЬЗ • d3 + Ь4 • d4 Р.
Кроме того, очевидны следующие условия:
d2 > 0; d3 > 0; d4 > 0;
d2, d3, d4 — целые.
Информационные технологии
375
Технология решения задачи
1. Занесите исходные данные в таблицу.
В С D
1 Живность Масса Стоимость, руб. Количество
2 куры 1,5 4
3 утки 2 4,5
4 гуси 3,5 8
5
6 Целевая функция =C2*D2+C3*D3+C4*D4
7 Ограничение =B2*D2+B3*D3+B4*D4
2. Заполните поля диалогового окна, вызываемого коман-
дой меню Сервис / Поиск решения, следующим образом
(диапазон ячеек D2:D4 можно вводить с клавиатуры,
можно выделять в ЭТ с помощью мыши):
После нажатия клавиши «Выполнить» диалогового окна
в ячейках D2:D4 появится решение задачи.
Приложение 4.4.3
Табулирование и построение графиков функций
в ЭТ EXCEL
Постановка задачи
Дана функция у(х) = — х2 - Зх + 2.
Требуется:
1. вычислить значения функции у для значений аргумента
х =-5; -4,5; -4; ... 7; 7,5; 8;
376
Глава 4
2. построить с помощью Excel график функции у(х) и опре-
делить (приблизительно), при каких значениях аргумен-
та х значение функции у = 0.
Технология решения задачи
Что делать? Как делать?
1. Введите заголовки столбцов В ячейку А1: «х» В ячейку В1: «Дх)»
2. Введите начальные данные В ячейку А2: число -5 В ячейку В2: формулу =А2А2/2-3*А2+2
3. С помощью автозаполнения занесите в столбец А значения переменной х Поставьте курсор на ячейку А2; выполните команду Правка/Заполнить/ Прогрессия выберите По столбцам; Арифметическая; выберите Шаг: 0,5; Предельное значение: 8
4. Вычислите значения /(х) для данных значений х Скопируйте содержимое ячейки В2 в ячейки ВЗ:В28
5. Постройте график функции y=f(x) с помощью Мастера диаграмм Выделите блок А1:В28; вызовите Мастер диаграмм; отведите место под график; выберите: XY точечная, 6 тип
6. Определите по графику приблизительно те значения х, при которых у=0
Табулирование функции: График функции в Excel 5.0:
у - — х2 - Зх + 2
2
для -5 < х < 8
X Лх)
-5 29,5
-4,5 25,625
-4 22
-3,5 18,625
-3 15,5
-2,5 12,625
-2 10
4,5 -1,375
5 -0,5
5,5 0,625
6 2
6,5 3,625
7 5,5
7,5 7,625
8 10
Информационные технологии
377
§4.5. Средства и технологии обработки
графической информации
Графика, картинки, фотографии — для компьютера это
тоже знаки. Их преобразование производится с помощью
очень интересных, но иногда весьма непростых технологий.
Аппаратные средства
К аппаратным средствам создания и обработки графиче-
ских изображений (рисунков, схем, фотографий и пр.) отно-
сятся в основном:
• мониторы и видеокарты, поддерживающие графический
режим отображения;
• видеоускорители, ускоряющие выполнение графических
операций и тем самым разгружающие центральный про-
цессор;
• ЗБ-акселераторы, способные самостоятельно, без участия
процессора, рассчитывать взаимное расположение фигур
в трёхмерном пространстве и в реальном масштабе време-
ни отображать требуемую двумерную проекцию на экране
монитора;
• манипуляторы «мышь», без которых не мыслится работа
большинства современных программных средств работы с
графикой;
• сканеры как устройства оцифровки графических изобра-
жений;
• дигитайзеры (совместно со световым пером и графиче-
ским планшетом), преобразующие в векторный формат
изображение, полученное в результате передвижения
руки оператора;
• принтеры и графопостроители (плоттеры) в качестве
основных устройств вывода графических изображений.
Программные средства
К программным средствам создания и обработки графиче-
ских изображений относятся:
• графические редакторы;
• аниматоры;
• программные средства для работы с трёхмерной графикой;
378
Глава 4
• средства деловой графики;
• средства для создания презентаций, функции которых
часто совмещают функции вышеперечисленных средств.
Перечисленные средства могут встречаться в виде:
• отдельных самостоятельных программ (чаще всего это
графические редакторы);
• отдельных модулей, входящих в состав других програм-
мных средств (например, Мастер диаграмм как составная
часть текстового процессора или электронных таблиц);
• сложного комплекса программных модулей (большинство
программных средств для работы с трёхмерной графикой,
средства автоматизированного проектирования и т. п.).
Программы компьютерной графики и анимации пред-
ставляют профессиональный интерес для художников и ди-
зайнеров, полиграфистов и кинематографистов, разработчи-
ков компьютерных игр и создателей образовательных
программ, клип-мейкеров и учёных, а также любых специа-
листов, которым необходимо создавать, использовать и об-
рабатывать самые разнообразные изображения.
По своему профессиональному назначению средства
компьютерной графики и анимации можно подразделить на
следующие группы:
• пакеты компьютерной графики для полиграфии — позво-
ляют дополнять текст иллюстрациями разного происхож-
дения, создавать дизайн страниц и выводить полиграфи-
ческую продукцию на печать с высоким качеством;
• программы двумерной компьютерной живописи — гра-
фические редакторы;
• презентационные пакеты, используемые как средства со-
здания разнообразных слайдов для сопровождения докла-
дов, выступлений, рекламных акций;
• программы двумерной анимации, используемые для со-
здания динамических изображений и спецэффектов в
кино;
• программы для двумерного и трёхмерного моделирова-
ния, применяемые для дизайнерских и инженерных раз-
работок;
• пакеты трёхмерной анимации, используемые для созда-
ния рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;
• комплексы для обработки видеоизображений, необходи-
мые для наложения анимационных спецэффектов на ви-
деозапись;
• программы для научной визуализации.
Информационные технологии
379
Графические редакторы (Painter, Adobe Photoshop, Ado-
be Illustrator, Corel Draw!, FreeHand, Picture Man и другие)
предназначены преимущественно для просмотра, создания и
редактирования плоскостных (двумерных) статичных изоб-
ражений.
Они используются и как самостоятельные средства, и в
качестве одного из модулей дизайнерских, презентацион-
ных или анимационных программ.
Этот класс программ часто носит название 2В-графика
(D от англ, dimension — размерность). Они моделируют раз-
личные изобразительные инструменты (карандаш, ручка,
уголь, аэрограф и др.), позволяют имитировать рисунки ак-
варелью и маслом, а также создавать эффект натуральной
среды. На рис. 4.5.1 показан рисунок, созданный в графиче-
ском редакторе.
Рис. 4.5.1
Рисунок, созданный
в графическом редакторе
Пользовательское меню графического редактора чаще
всего включает в себя возможность выбора:
• цвета линий и фона;
• толщины и типа линий;
• инструментов (графические примитивы, сопровождение
надписями, средства выделения фрагмента изображения
и прочее);
• простейших вариантов преобразования выделенного
фрагмента (копирование, удаление, симметричное ото-
бражение, масштабирование, наклон, растушёвка и про-
чее);
• операций над изображением в целом (сохранить на внеш-
нем носителе, установить атрибуты изображения — раз-
мер, цветность, формат файла и прочее, вывести на пе-
чать и т. п.);
• операций над слоями изображения (наложение слоёв, ис-
пользование прозрачности слоя и пр.).
380
Глава 4
Применение всевозможных эффектов базируется на алго-
ритмах, работа которых заключается в преобразовании цве-
тов отдельных пикселей изображения в соответствии с опре-
делёнными математическими формулами.
Пример. Графический редактор Photoshop 5.0 включает в себя
в качестве инструментов для обработки изображений
разнообразные эффекты.
1. Применяя последовательно поворот изображения на
90°, эффект «Ветер», обратный поворот на 90°, эффект
«Дрожание», эффект «Размытие», и смену палитры,
можно из обычного текста получить изображение «ог-
ненной» надписи (рис. 4.5.2).
Рис. 4.5.2. «Огненная» надпись из обычного шрифта
2. Последовательно применив к белому листу фильтр
«Облака», стиль «Найти края» и выбрав режим автома-
тического подбора уровней чёрного и белого цвета, мож-
но получить вполне реалистичное изображение камени-
стой поверхности (рис. 4.5.3).
Рис. 4.5.3. «Каменистая» поверхность
Большинство графических редакторов создают растровые
(точечные) изображения, хотя имеют возможности работать
и с векторной графикой. Программы-аниматоры и програм-
мы для работы с трёхмерной графикой часто используют
векторный способ кодирования изображений. Это связано с
тем, что при использовании растровой графики существен-
ную часть работы по построению изображения надо делать
вручную, в том числе прорисовывать промежуточные кадры
в анимации.
Настоящее объёмное (трёхмерное, 3D) изображение про-
ще создать с помощью векторной графики. Этот метод боль-
ше походит на черчение, причём часто трёхмерное. С помо-
Информационные технологии
381
щью векторной графики объекты строятся из так
называемых примитивов — линий, окружностей, кривых,
кубов, сфер и т. д. Примитив не нужно рисовать — выбрав
пиктограмму с изображением или названием, например,
сферы, вы просто задаёте её параметры (координаты центра,
радиус, количество граней, составляющих трёхмерные по-
верхности и т. п.), а уж компьютер чертит её сам.
Технологию создания трёхмерного изображения можно
разделить на три основных этапа.
Этап 1. На этом этапе, который называется каркасной ап-
проксимацией, строится каркас будущего изображения —
производится представление всех криволинейных поверхно-
стей в виде пространственной сети, состоящей из двумерных
граней. Чем мельче это разбиение, тем более правдоподобно
будет выглядеть картинка.
Этап 2. Этап геометрических построений поверхностей
включает построение сцены: заполнение поверхностей, со-
здание перспективы, учёт влияния источников света и пр.
Этап 3. На заключительном этапе выбираются материалы
(текстуры), в соответствии с которыми происходит раскрас-
ка поверхностей, и запускается процесс визуализации (Ren-
dering). Это, как правило, довольно длительная процедура
построения реалистичного изображения по созданной кар-
касной модели и указанным материалам.
Процесс создания трёхмерного объекта и его преобразова-
ние в двумерное представление осуществляется совместно
центральным процессором и графическим процессором, рас-
положенным на карте видеоадаптера или ЗП-акселератора.
При этом координаты объекта сначала преобразуются в фи-
зические, а затем в 2П-координаты экрана монитора (путём
построения различных ортогональных и аксонометрических
проекций). После этого ЗП-акселератор выполняет раскрас-
ку и заполнение каждого пикселя изображения. Этапы со-
здания трёхмерного изображения проиллюстрированы на
рис. 4.5.4.
Аниматоры (Animator Pro, Power Animator, Animation
Works Interactive, Animo и др.) могут работать как с дву-
мерными, так и с трёхмерными изображениями.
В отличие от традиционной анимации, где каждый кадр
рисуется вручную, в компьютерной двумерной анимации
значительную часть рутинной работы берёт на себя програм-
ма.
382
Глава 4
Рис. 4.5.4
Поэтапное
создание
трёхмерного
изображения
Пример. Используя специальные инструменты пользовательского
меню программы-аниматора, можно задать движение по
траектории (программа создаст соответствующие проме-
жуточные кадры — рис. 4.5.5) или плавно изменить па-
литру в течение нескольких кадров (например, постепен-
но затемнить изображение или убрать часть цветов).
Траектория
Промежуточных
кадров - 20
Рис. 4.5.5. Задание движения выделенного объекта-спрайта
Некоторые технологии создания анимационной графики
Классическая анимация. Этот метод представляет собой
поочерёдную смену рисунков, каждый из которых нарисо-
ван отдельно (принцип мультфильма). Он очень трудоёмок
из-за необходимости создания каждого рисунка.
Спрайтовая анимация. Это анимация, чаще реализуемая
при помощи языка программирования или специального
инструментального средства. В спрайтовой анимации отсут-
ствует понятие кадра (принцип подвижных игр). Спрайт
представляет собой растровое изображение небольшого раз-
Информационные технологии
383
мера, которое может перемещаться по экрану независимо от
остального изображения (рис. 4.5.5).
Морфинг. Это преобразование одного графического обра-
за в другой. Часто выполняется программно. Программа, ре-
ализующая специальные математические методы преобразо-
вания данных, генерирует заданное количество промежу-
точных кадров, которое обеспечивает плавный переход на-
чального образа в конечный.
Анимация цветом. Положение объектов не изменяется,
меняется лишь цвет.
Трёхмерная анимация (программы 3D Studio, Power Ani-
mator, Truespace, Prisms, Three-D, RenderMan, Crystal Topas
и др.) по технологии напоминает кукольную: вы создаете
каркасы объектов, накладываете на них материалы, компо-
нуете всё это в единую сцену, устанавливаете освещение и
камеру, а затем задаёте количество кадров в фильме и дви-
жение предметов. Посмотреть происходящее можно с помо-
щью камеры, которая тоже может двигаться.
Пример. Программа 3D Studio позволяет работать с неограничен-
ным числом камер с масштабированием изображения в
реальном времени, подвижными камерами; возможно
управление углом зрения, а также моделирование круп-
ноформатной камеры с изменяющейся перспективой.
3D Studio позволяет использовать несколько впечатляю-
щих способов работы со светом, например, может задать
лучевой источник света, имитирующий падение солнеч-
ного света с образованием теней; подсветку неподвиж-
ных и движущихся цветных растровых образов и т. д.
Движение объектов в трёхмерном пространстве задаётся
по траекториям, ключевым кадрам и с помощью фор-
мул, связывающих движение частей сложных конструк-
ций. Подобрав нужное движение, освещение и материа-
лы, вы запускаете процесс визуализации. В течение
некоторого времени компьютер просчитывает все необхо-
димые кадры и выдаёт вам готовый фильм.
Недостаток, следующий из такой техники создания изоб-
ражения, — это чрезмерная гладкость форм и поверхно-
стей и некоторая механистичность движения объектов.
Правда, эти проблемы преодолимы. В анимационных па-
кетах улучшаются средства визуализации, обновляются
инструменты для создания спецэффектов и увеличивают-
ся библиотеки материалов. Для создания «неровных»
объектов, например, волос или дыма, используется тех-
нология формирования объекта из множества частиц.
Вводятся разнообразные методы «оживления», разраба-
384
Глава 4
тываются новые технологии совмещения видеозаписи и
анимационных эффектов, используются инструменты
точной синхронизации звука и изображения, что позво-
ляет сделать сцены и движения более реалистичными.
Пример. Программа Power Animator использует движение по по-
добию как один из методов «оживления». Записав на
цифровую видеокамеру движения живого актёра, можно
«заставить» созданный в аниматоре персонаж повторять
их с помощью специальной функции. В результате гном
из «Белоснежки» будет двигаться с изяществом выбран-
ного актёра. А если что-то не понравится, есть возмож-
ность подредактировать всё по ходу дела.
Технология открытых систем позволяет работать сразу
с несколькими пакетами. Можно создать модель в одном па-
кете, разрисовать её в другом, оживить в третьем, допол-
нить видеозаписью в четвёртом.
Программы двумерного и трёхмерного моделирования
(AutoCAD, Sketch!, Ray Dream Designer, Crystal 3D Desig-
ner, AutoStudio и др.) применяются для дизайнерских и ин-
женерных разработок.
Пример. Программу AutoCAD часто рассматривают как графиче-
ское ядро систем автоматизированного проектирования
(САПР): она реализует основные операции по созданию и
редактированию линий, дуг и текста, создает 2D- и
ЗБ-модели; автоматизирует решение многих расчётных
задач, возникающих в процессе проектирования.
В программе Auto Studio к традиционным методам
трёхмерной графики добавлены средства редактирова-
ния моделей и анимации, разработанные специально для
дизайнеров автомобилей.
Средства компьютерного графического моделирования
используются конструкторами и архитекторами. Широко
применяются они и в научных исследованиях (рис. 4.5.6).
Программы для научной визуализации (Surfer, Grapher,
IRIS Explorer, PV-Wave, Khronos, Data Visualizer, MapVie-
wer и др.) могут быть предназначены для различных це-
лей — от решения проблем муниципального планирования
до визуализации солнечных взрывов.
Наиболее часто они применяются:
• для создания поверхностей, описываемых функциями
типа z=f(x,y), и графиков, описываемых функциями типа
y=f(x);
• для построения цветных карт;
• для создания моделей погодных условий и океана и т. п.
Информационные технологии
385
Рис. 4.5.6
Моделирование
работы сердца
Пример. Пакет MapViewer позволяет вводить и корректировать
карты — изменять масштаб, преобразовывать координа-
ты, а также обрабатывать и выводить в графическом
виде числовую информацию, связанную с картами — на-
пример, демографические данные.
С помощью пакета Earth Watch можно моделировать и
демонстрировать трёхмерную картину метеоусловий над
Землей, строить топологические поверхности по косми-
ческим снимкам и давать прогноз погоды на неделю впе-
ред (рис. 4.5.7).
Рис. 4.5.7
Компьютерная модель
метеорологической
обстановки
GOES-iS Satellite Image
О5/1Э*»6 14:32 СОТ
386
Глава 4
знать
К аппаратным средствам создания и обработки графиче-
ских изображений (рисунков, схем, фотографий и пр.) отно-
сятся в основном:
• монитор и видеокарта, поддерживающая графический ре-
жим отображения;
• видеоадаптеры (видеоускорители);
• SD-акселераторы;
• манипуляторы «мышь»;
• сканеры;
• дигитайзеры;
• принтеры и графопостроители (плоттеры).
К программным средствам создания и обработки графи-
ческих изображений относятся:
• программы двумерной компьютерной живописи — гра-
фические редакторы, предназначенные преимущественно
для создания и обработки плоскостных (двумерных) ста-
тичных изображений;
• средства деловой графики;
• пакеты компьютерной графики для полиграфии — позво-
ляют дополнять текст иллюстрациями разного формата,
создавать дизайн страниц и выводить полиграфическую
продукцию на печать с высоким качеством;
• презентационные пакеты, используемые как средства со-
здания разнообразных слайдов для сопровождения докла-
дов, выступлений, рекламных акций;
• программы двумерной анимации, используемые для со-
здания динамических изображений и спецэффектов в
кино;
• программы для двумерного и трёхмерного моделирова-
ния, применяемые для дизайнерских и инженерных раз-
работок;
• пакеты трёхмерной анимации, используемые для созда-
ния рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;
• программы для научной визуализации.
Информационные технологии
387
уметь
.^♦tWfrWlBWMWWh *.«**>* **> «-*•••»*#
Задание 1
Определите, с каким типом графики — векторной или растро-
вой — работает графический редактор, установленный на вашем
компьютере. Обладает ли он хотя бы некоторыми функциями
аниматора?
Задание 2
Посмотрите на рис. 4.5.8.
Окружности 2а и 26 получены «сжатием» рисунков 1а и 16, соот-
ветствено, в два раза по вертикали и горизонтали. Окружности
За и 36 получены «растяжением» рисунков 2а и 26, соответствен-
но, тоже в два раза по вертикали и горизонтали. Но окружность
За отличается от 1а. Это несоответствие, «необратимость» рисун-
ков, полученных путём противоположных преобразований, час-
то встречается при использовании растровой графики. Серия 16,
26, 36 — это преобразования, сделанные в векторной графике.
Проделайте подобное «сжатие - растяжение» в графическом ре-
дакторе, установленном на вашем компьютере (если он предо-
ставляет вам такую возможность). Отличается ли первоначаль-
ное изображение от конечного, если да, то почему?
Задание 3
Создайте в графическом редакторе или аниматоре выбранное
вами изображение. Опишите технологию его создания по анало-
гии со следующим примером.
388
Глава 4
Технология создания восьмиконечной звезды в редакторе Paint-
brush:
1. Выбрав команду меню Параметры / Атрибуты образа, устано-
вите ширину изображения 8 см, высоту — 8 см, цвет —
чёрно-белый.
2. Выберите инструмент «Незакрашенная окружность», толщину
линии в 1 пиксель.
3. Удерживая нажатой клавишу Shift (переключатель регистров),
нарисуйте окружность.
4. Выберите инструмент «Прямая
линия». Удерживая нажатой
клавишу Shift, проведите через
центр окружности перпендику-
лярные прямые (рис. 4.5.9(1)).
5. При нажатой клавише Shift
проведите прямую из центра
окружности под углом 45° впра-
во вверх (рис. 4.5.9(2)).
6. При нажатой клавише Shift
проведите прямые так, как это
показано на рис. 4.5.9(3).
7. Выберите инструмент «Лас-
тик», осторожно удалите лиш-
ние линии (рис. 4.5.9(4)). Более
точное удаление ненужных ли-
ний и точек можно произвести
с помощью меню Просмотр /
Приблизить. (Щелчок левой
кнопкой мыши ставит точку,
правой — стирает). Возврат в
обычный режим просмотра осу-
ществите с помощью команды
меню Просмотр / Отодвинуть.
8. Выберите инструмент «ножни-
цы» и выделите полученное
изображение. Удерживая нажа-
той клавишу Ctrl, с помощью
мыши скопируйте выделенный
фрагмент на свободную область
листа.
9. Выберите команду меню Преобразования / Повернуть по гори-
зонтали. Перевёрнутый выделенный фрагмент с помощью
мыши переместите к исходному рисунку до совмещения верти-
кальных и горизонтальных линий (рис. 4.5.9(5)).
10. Повторите пункт 8.
8
Рис. 4.5.9. Последователь-
ность создания рисунка
Информационные технологии
389
11. Повторите пункт 9, но теперь поверните фрагмент по вертикали
(рис. 4.5.9(6)).
12. Вновь выделите (при нажатой клавише Shift) полученное изоб-
ражение.
13. Выберите пункты меню Преобразования / Сжать+растянутъ.
На свободном месте листа выделите квадратную область мень-
шего размера (при нажатой клавише Shift, чтобы не нарушить
пропорций — рис. 4.5.9(7)).
14. Выделите полученное изображение и переместите его с помо-
щью мыши до наложения осевых линий преобразованного и ис-
ходного изображений (рис. 4.5.9(8)).
15. С помощью команды меню Правка / Приблизить откорректи-
руйте рисунок (если это необходимо).
Задание 4
Если на вашем компьютере установлены программа-аниматор
или программа создания трёхмерной графики, опишите техно-
логию создания какого-либо изображения с её помощью.
§4.6. Средства и технологии обработки
звуковой информации
понять
Даже первые персональные компьютеры отличались от
калькуляторов и больших ЭВМ тем, что они могли издавать
звуки с помощью маленького динамика, установленного в
их корпусе. И хотя акустические возможности этих компь-
ютеров были более чем скромными, уже на заре компьютер-
ной эры появились музыкальные редакторы, с помощью ко-
торых можно было создать звуковой файл для подключения
к той или иной программе, написанной пользователем.
С появлением в 1989 году звуковых карт перед пользова-
телями открылись новые возможности. И дело даже не в
том, что на порядок улучшилось качество звука. Появилась
звуковая подсистема — комплекс программно-аппаратных
средств, предназначенный для:
• записи звуковых сигналов, поступающих от внешних ис-
точников, например, микрофона или магнитофона. В
процессе записи входные аналоговые звуковые сигналы
390
Глава 4
преобразуются в цифровые и далее могут быть сохранены
на винчестере ПК;
• воспроизведения записанных ранее звуковых данных с
помощью внешней акустической системы или головных
телефонов (наушников). При воспроизведении звуковой
сигнал считывается с носителя информации, преобразует-
ся из цифрового в аналоговый и направляется к акустиче-
ской системе;
• микширования (смешивания) при записи или воспроиз-
ведении сигналов от нескольких источников;
• одновременной записи и воспроизведения звуковых сиг-
налов;
• обработки звуковых сигналов: редактирования, объеди-
нения или разделения фрагментов сигнала, фильтрации,
изменения его уровня и т. п.;
• управления панорамой стереофонического звукового сиг-
нала (кажущимся расположением источников звука) и
уровнем сигнала в каждом канале при записи и воспроиз-
ведении;
• обработки звукового сигнала в соответствии с алгорит-
мами объёмного (трёхмерного — 3D Sound) звучания,
что позволяет получить объёмное звуковое поле даже
при использовании обычной стереофонической акусти-
ческой системы;
• генерирования с помощью синтезатора звучания музы-
кальных инструментов (мелодичных и ударных), а так-
же человеческой речи и любых других звуков;
• управления работой внешних электронных музыкаль-
ных инструментов через специальный интерфейс MIDI
(Musical Instrument Device Interface);
• воспроизведения звуковых компакт-дисков;
• выполнения таких операций, как управление компьюте-
ром и ввод текста с помощью микрофона.
Аппаратные средства
Звуковая система компьютера обычно выполняется в
виде самостоятельных звуковых карт, устанавливаемых на
материнской плате, но может быть размещена и на другой
карте расширения. Отдельные функциональные модули зву-
ковой системы могут выполняться в виде дочерних плат,
устанавливаемых в соответствующие разъёмы звуковой кар-
ты. Дочерняя плата обычно расширяет базовые возможно-
сти звуковой системы.
Информационные технологии
391
В классическую звуковую систему входят:
• модуль записи и воспроизведения звука, который осуще-
ствляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразо-
вание звуковых данных;
• модуль синтезатора;
• модуль интерфейсов, обеспечивающий взаимодействие
программных и аппаратных средств;
• модуль микшера;
• акустическая система (микрофон, колонки и т. п.).
Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на
звуковой карте. Каждый из модулей может быть выполнен
в виде отдельной микросхемы или входить в состав много-
функциональной микросхемы.
Программные средства
К программным средствам ввода и обработки звуковой
информации относятся в основном:
• музыкальные редакторы;
• синтезаторы звуков, в частности, синтезаторы речи;
• программы для распознавания речи;
• редакторы оцифровок реальных звуков (сэмплов);
• звуковые редакторы;
• генераторы стилей;
• программы для улучшения качества фонограмм и др.
Пример. Чем компьютер полезен музыканту?
Возможности компьютера весьма привлекательны для
музыкантов. Композитор может не только написать пар-
титуру для оркестра из многих инструментов, но и син-
тезировать все эти инструменты, добавить партию певца
и прослушать полученное, а также многократно всё из-
менить и перепробовать массу вариантов, не беспокоя ор-
кестрантов.
Наиболее популярными программными средствами для
синтеза, обработки и воспроизведения звука являются Ada-
gio, TiMidity, Playmidi, Tracker, Gmod, MikMod, XAudio,
S3mod, Nspmod, Yampmod и др.
Создание (синтез) звука в основном преследует две цели:
• имитацию различных естественных звуков (шум ветра и
дождя, звук шагов, пение птиц и т. п.), а также акусти-
ческих музыкальных инструментов;
• получение принципиально новых звуков, не встречаю-
щихся в природе.
392
Глава 4
Обработка звука обычно направлена на получение новых
звуков из уже существующих (например, голос робота),
либо придание им дополнительных качеств или устранение
существующих (например, добавление эффекта хора, удале-
ние шума или щелчков).
Так же, как создание всевозможных анимационных эф-
фектов и эффектов трёхмерной графики базируется на ис-
пользовании разнообразных математических методов, каж-
дый из методов синтеза и обработки звука имеет свою
математическую и алгоритмическую модель. Именно это
позволяет любой из них реализовать на компьютере.
Программы обработки цифрового звука (Cool Editor, So-
und Forge, Samplitude, Software Audio Workshop) дают воз-
можность прослушивать выбранные участки, делать вырезки
и вставки, амплитудные и частотные преобразования, звуко-
вые эффекты (эхо, реверберацию, фленжер, дистошн), нало-
жение других оцифровок, изменение частоты оцифровки, ге-
нерировать различные виды шумов, синтезировать звук.
Какие основные методы используются для обработки
звука?
Монтаж. Состоит в вырезании из записи одних участков,
вставке других, их замене, размножении и т. п. Называется
также редактированием. Практически каждый музыкаль-
ный редактор имеет такие возможности редактирования.
Все современные звуко- и видеозаписи в той или иной мере
подвергаются монтажу.
Амплитудные преобразования, например, усиление или
ослабление звука.
Частотные (спектральные) преобразования, например,
фильтрация — усиление или ослабление определённых по-
лос частот.
Фазовые преобразования. Слуховой аппарат человека ис-
пользует фазу для определения направления от источника
звука. Фазовые преобразования стереозвука позволяют по-
лучить эффекты вращающегося звука, движущегося источ-
ника звука и им подобные.
Временные преобразования. Заключаются в добавлении
к основному сигналу его копий, сдвинутых во времени на
различные величины. При небольших сдвигах (порядка ме-
нее 20 мс) это дает эффект размножения источника звука
(эффект хора), при больших — эффект эха.
Формантные преобразования оперируют с форманта-
ми — характерными полосами частот, встречающимися в
звуках, произносимых человеком. Каждому звуку соответ-
Информационные технологии
393
ствует свое соотношение амплитуд и частот нескольких фор-
мант, которое определяет тембр и разборчивость голоса. Из-
меняя параметры формант, можно подчеркивать или
затушёвывать отдельные звуки, менять одну гласную на
другую, сдвигать регистр голоса и т. п.
Развитие систем ввода в ЭВМ и вывода из ЭВМ речевой
информации обуславливает возможности расширения сферы
эффективного применения вычислительной техники.
Обработка речевой информации включает в себя синтез
речи и автоматическое распознавание речи.
Устное сообщение можно представить как последователь-
ность элементарных звуков, называемых фонемами, и пауз
между ними. От числа фонем, выделяемых в устной речи,
зависит точность её описания. На практике для кодирова-
ния русской устной речи выделяют порядка 40—45 фонем,
каждой из которых ставится в соответствие кодирующее её
обозначение. Последовательность кодов, описывающих фо-
немы устного сообщения, вводится и хранится в памяти
ЭВМ и при необходимости выводится из неё через специаль-
ные устройства, называемые синтезаторами речи.
В настоящее время сфера применения синтезаторов речи
непрерывно расширяется — используются различные авто-
матизированные информационно-справочные системы, сис-
темы автоматизированного контроля, способные голосом
предупредить человека о состоянии контролируемого объек-
та, и другие системы.
Разработаны устройства, позволяющие преобразовать
письменный текст в соответствующее ему фонемное пред-
ставление, что даёт возможность воспроизводить в виде
речи произвольный текст, хранящийся в памяти компьюте-
ра. Вероятно, вскоре многие программы и устройства «за-
говорят», сообщая пользователю о нештатных ситуациях,
давая советы и информацию.
Пример. Одной из услуг сети Интернет является озвучивание сооб-
щения. Вы отправляете на соответствующий сервер по
электронной почте письменное сообщение с указанием те-
лефонного номера, по которому это сообщение следует пе-
редать. В течение указанного времени «компьютерный
секретарь» дозвонится по данному телефону и с помощью
синтезатора речи передаст сообщение в звуковой форме.
Немало усилий было положено на то, чтобы снабдить
программы и операционные системы графическим интер-
фейсом пользователя. Сейчас развивается новое направле-
ние — речевой интерфейс пользователя. Голосовые нави-
394
Глава 4
гаторы (PilotVoice, Listen, Just Voice, Speech Recognizer,
QwickSwitchBitWare, Voice Assist) управляют программами,
в какой-то мере заменяя клавиатуру и мышь.
Автоматическое распознавание речи. Растёт популяр-
ность средств автоматического распознавания речи (Automa-
ted Speech Recognition, ASR). Системы ASR преобразуют
речь в закодированный «письменный» текст. Для этого про-
изводится спектральный анализ оцифрованной речи и опре-
деляются при помощи специальных математических мето-
дов минимальные звуковые единицы языка — фонемы.
Программами для диктовки являются DragonDictate, Of-
fice TalkKolvox Communication, Power Secretary, VoiceType
Dictation.
Существующие системы распознавания речи ориентиро-
ваны или на слитную, или на дискретную речь. Слитная (не-
прерывная) речь — это нормальная плавная человеческая
речь. Если система рассчитана на дискретную речь, то гово-
рить надо с паузами между словами.
Большинство систем зависимы от диктора — перед нача-
лом работы пользователь должен «обучить» программу, про-
износя определённый текст. Но есть и разработки, которые
не требуют этого (speaker-independent — независимые от
диктора).
В настоящее время словарь систем для распознавания
слитной речи составляет порядка 2000 слов. Это существен-
но меньше словаря систем для дискретной речи (около 50
тысяч слов). Обычно чем меньше словарь, тем более непре-
рывной может быть речь, а система распознавания — менее
зависимой от диктора.
Описать все области, где применяется анализ звука и
речи, сложно: это биометрия, судебная экспертиза, медици-
на, обучение, научные исследования, конструкторская дея-
тельность и другие.
Голос человека можно использовать как пропуск в систе-
мах с ограничением доступа (например, в автоматическом
контрольно-пропускном пункте).
При производстве судебной экспертизы материалов зву-
козаписи часто нужно провести идентификацию личности,
то есть ответить на вопрос — принадлежит ли голос на двух
фонограммах одному и тому же человеку?
Можно определять эмоциональное состояние (уровень
стресса) по параметрам устной речи. Этот способ имеет то
преимущество, что к человеку не нужно подсоединять дат-
чики.
Информационные технологии
395
Речевое сопровождение обучающих программ позволяет
сделать процесс восприятия учебного материала более пол-
ным.
Доступность компьютеров и звуковых плат сильно облег-
чила жизнь инженеров и учёных, имеющих дело с обработ-
кой звука и речи. В былые времена, чтобы создать новую ме-
тодику, нужно было сопрягать разные аналоговые приборы
(генераторы, осциллографы, анализаторы спектра и т. п.) и
думать о том, как ввести полученную информацию в компь-
ютер. А компьютеры тогда были громоздкими и не имели
штатных средств ввода/вывода звука. Сейчас проще — вы-
бирай плату с подходящими параметрами (а выбор весьма
широк) и вставляй в свободный разъём. Затем принимай и
обрабатывай информацию в своё удовольствие (в реальном
масштабе времени).
По мнению специалистов, не за горами то время, когда
цифровая аппаратура полностью вытеснит аналоговую. И
это не удивительно. Качество воспроизведения с ком-
пакт-диска или звуковой кассеты с цифровой записью не
ухудшается от многократного проигрывания. Цифровая об-
работка звука позволяет реализовать самые разнообразные
эффекты без привлечения сложной аналоговой аппаратуры.
Конечно, не совсем без аппаратуры, а только без традицион-
ных громоздких систем. Зато потребуется более совершен-
ное программное обеспечение.
Ж
знать
_мрв-------------------—----—*—————— ----------
Звуковая система компьютера обычно выполняется в
виде самостоятельных звуковых карт, устанавливаемых на
материнской плате.
Звуковая система включает в себя:
• модуль записи и воспроизведения звука, который осуще-
ствляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразо-
вание звуковых данных;
• модуль синтезатора;
• модуль интерфейсов, обеспечивающий взаимодействие
программных и аппаратных средств;
• модуль микшера, который позволяет осуществить смеши-
вание сигналов от разных источников;
• акустическую систему (микрофон, колонки и т. п.).
396
Глава 4
Программные средства обработки звуковой информации:
• музыкальные редакторы;
• синтезаторы звуков, в частности, синтезаторы речи;
• системы автоматического распознавания речи;
• звуковые редакторы;
• голосовые навигаторы, позволяющие реализовать рече-
вой интерфейс пользователя;
• программы диктовки, позволяющие преобразовывать
речь в «письменный» текст;
• программы для улучшения качества фонограмм и др.
Основные операции над звуком: оцифровка, редактиро-
вание, синтез, распознавание.
Обработка (редактирование) звука обычно направлена на
получение новых звуков из уже существующих, придание
звуковому сигналу дополнительных качеств или устранение
существующих (в частности, устранение помех).
Основные методы обработки звука: монтаж, амплитуд-
ные, частотные, фазовые, временные, формантные преобра-
зования.
Создание (синтез) звука направлен на:
• имитацию различных естественных звуков и акустиче-
ских музыкальных инструментов;
• получение принципиально новых звуков, не встречаю-
щихся в природе.
Системы автоматического распознавания речи преобразу-
ют речь в закодированный «письменный» текст. Относятся
к системам искусственного интеллекта.
Распознавание речи связано с применением сложных ма-
тематических методов и большим объёмом вычислений.
Компьютерный анализ звука и речи применяется в био-
метрии, судебной экспертизе, медицине, обучении, научных
исследованиях, конструкторской деятельности и т. д.
vgz расширь свой кругозор
Какие методы используются для синтеза звука?
1. Аддитивный (additive). Основан на утверждении
Ш. Фурье о том, что любое периодическое колебание можно
представить в виде суммы чистых тонов (синусоидальных ко-
лебаний с различными частотами и амплитудами). Для этого
Информационные технологии
397
нужен набор из нескольких синусоидальных генераторов с
независимым управлением, выходные сигналы которых сум-
мируются для получения результирующего сигнала. На этом
методе основан принцип создания звука в духовом органе.
2. Разностный (subtractive). Идеологически противопо-
ложен первому. В основу положена генерация звукового
сигнала с богатым спектром (множеством частотных состав-
ляющих) с последующей фильтрацией (выделением одних
составляющих и ослаблением других) — по этому принципу
работает речевой аппарат человека. Основным органом син-
теза в этом методе служат управляемые фильтры.
3. Частотно-модуляционный (frequency modulation — FM).
Благодаря простоте цифровой реализации, метод получил
широкое распространение в студийной и концертной прак-
тике (типичный представитель класса синтезаторов —
Yamaha DX). Однако практическое использование этого ме-
тода достаточно сложно из-за того, что большая часть зву-
ков, получаемых с его помощью, представляет собой шумо-
подобные колебания, и достаточно лишь слегка изменить
настройку одного из генераторов, чтобы чистый тембр прев-
ратился в шум. Однако метод дает широкие возможности по
синтезу разного рода ударных звуков, а также — различных
звуковых эффектов, недостижимых в других методах разум-
ной сложности.
4. Сэмплерный (sample — выборка). Записывается реаль-
ное звучание (сэмпл), которое затем в нужный момент вос-
производится.
Метод позволяет получить сколь угодно точное подобие
звучания реального инструмента, однако для этого требуют-
ся достаточно большие объёмы памяти. С другой стороны,
запись звучит естественно только при тех же параметрах,
при которых она была сделана, иначе естественность резко
падает. На самом деле этот метод нельзя с полным правом
называть синтезом — это скорее метод записи-воспроизведе-
ния. Однако в современных синтезаторах на его основе вос-
производимый звук можно подвергать различной обработ-
ке — модуляции, фильтрованию, добавлению новых
гармоник, звуковых эффектов, в результате чего звук может
приобретать совершенно новый тембр, иногда совсем непо-
хожий на первоначальный.
5. Таблично-волновой (wave table). Разновидность
сэмплерного метода, когда записывается не все звучание це-
ликом, а его отдельные фазы. Эти фазы записываются на
различных частотах и при различных условиях (мягкий или
398
Глава 4
резкий удар по клавише рояля, различное положение губ и
языка при игре на саксофоне и т. п.), в результате чего по-
лучается семейство звучаний одного инструмента.
6. Метод физического моделирования (physical model-
ling). Состоит в моделировании физических процессов, опре-
деляющих звучание реального инструмента на основе его за-
данных параметров (например, для скрипки — порода
дерева, состав лака, геометрические размеры, материал
струн и смычка и т. п.). В связи с крайней сложностью точ-
ного моделирования даже простых инструментов и огром-
ным объёмом вычислений метод пока развивается медленно.
7. WaveGutde технология представляет собой разновид-
ность физического моделирования, при которой моделирует-
ся распространение колебаний, представленных дискретны-
ми отсчётами, по струне (одномерное моделирование) и по
резонансным поверхностям (двумерное моделирование) или
в объёмном резонаторе (трёхмерное).
§4 .7. Средства и технологии работы
в глобальных сетях
ПОНЯТЬ
Использование компьютеров становится значительно эф-
фективнее, если пользователи имеют возможность обмени-
ваться информацией (данными, программами, интересными
алгоритмическими находками, профессионально важными
сведениями и пр.). Передача информации с помощью внеш-
них носителей лишь отчасти решает эту проблему, а подлин-
ным решением является объединение компьютеров в сети.
В зависимости от количества компьютеров, входящих в
сеть, и от разделяющего их расстояния, сети могут относить-
ся к следующим типам:
• соединение двух ПК через порты (специальные разъёмы)
для подключения периферийных устройств. Такая пере-
дача данных удобна, когда вы работаете с компьютером
типа «ноутбук» и хотите регулярно передавать данные на
основной ПК. Недостаток в том, что когда один компью-
тер передаёт, другой в это время может только принимать
данные — он заблокирован;
Информационные технологии
399
• локальная сеть (Local Area Network, или LAN) представ-
ляет собой соединение нескольких ПК, находящихся, как
правило, в одном здании или в соседних зданиях;
• региональная сеть (Metropolitan Area Network, или MAN),
объединяющая компьютеры, расположенные в пределах
города, региона;
• глобальная сеть (Global Area Network, или GAN), соеди-
няющая компьютеры, расположенные в разных странах
и на разных континентах.
Пример. Автоматизированная система управления производствен-
ным процессом на предприятии строится чаще всего на
основе локальной сети.
Компьютеризированная система управления городским
хозяйством строится на базе региональной сети. Её веду-
щим программным обеспечением является, как правило,
геоинформационная система (ГИС). Данные о предприя-
тиях, улицах, жителях города привязываются в ГИС к
соответствующей территории. Перемещаясь по карте го-
рода, вы можете получить о нём информацию историче-
ского, экономического, культурного характера.
Аппаратные средства
К аппаратным средствам работы в сетях относятся:
• линии связи (кабели, радиосвязь, спутниковая связь);
• сетевые карты;
• модемы;
• серверы — компьютеры, выделенные для управления сете-
выми ресурсами — сервер печати для управления принте-
ром, коммуникационный сервер для связи с модемами,
файловый сервер, которому в сети принадлежит централь-
ная роль.
Программные средства
Сеть нуждается в соответствующем программном обеспе-
чении, управляющем потоком данных.
Прежде всего режимы работы в сети должна поддержи-
вать операционная система. Наиболее распространенные се-
тевые операционные системы — Microsoft Windows NT,
OS/2, Warp Connect, Unix, Solaris, Novell NetWare.
Коммуникационные программы поддерживают сетевые
протоколы, то есть соглашения о правилах обмена данными
по сетям.
Браузеры (Browser) — программы, обеспечивающие взаи-
модействие с пользователем посредством графического интер-
400
Глава 4
фейса и транслирующие его указания в команды, понятные
компьютерам и сетевым протоколам (Navigator — NetScape
Communication, Spry Mosaic, Internet Explorer и др.).
Огромное количество информационных ресурсов разме-
щено в настоящее время в глобальной сети Интернет. Интер-
нет не является отдельной сетью: на самом деле это объеди-
нение многих региональных и локальных сетей. Именно
поэтому Интернет часто называют «сетью сетей». Если вы
подключены к какой-либо сети, являющейся частью Интер-
нета, то имеете доступ к ресурсам любого из компьютеров,
входящих в неё.
Основные средства обмена информацией в глобальных
сетях (сетевые услуги):
• электронные доски объявлений (Bulletin Board System,
или BBS);
• электронная почта (e-mail);
• телеконференции;
• обмен файлами между компьютерами (протокол обмена
файлами называется File Transfer Protocol — FTP);
• параллельные беседы в Интернете (Internet Relay Chat,
или IRC);
• поисковые системы «Всемирной паутины» (World Wide
Web, или WWW).
Электронная почта (e-mail). Электронная почта является
исторически первой информационной услугой компьютер-
ных сетей и не требует обязательного наличия высокоскоро-
стных и качественных линий связи.
Принципы её функционирования аналогичны работе
обычной почты. Однако электронная почта имеет несколько
преимуществ:
• высокую скорость пересылки сообщений (письмо обыч-
ной почтой доставляется адресату за несколько дней или
недель, а по электронной почте за несколько секунд или
часов);
• возможность пересылки не только текстовых сообщений,
но и «прикреплённых» файлов, содержащих графику,
звук и прочее (однако некоторые серверы вводят ограни-
чения на размер пересылаемого сообщения);
• одновременную рассылку писем нескольким абонентам.
Любой пользователь Интернета может получить свой поч-
товый ящик на одном из почтовых серверов Интернета, в
котором будут накапливаться передаваемые и получаемые
электронные письма.
Информационные технологии
101
Для того чтобы электронное письмо дошло до адресата,
кроме текста послания оно должно содержать электронный
адрес получателя письма (см. раздел «Расширь свой круго-
зор»).
Текст электронного письма можно набирать в редакторе,
входящем в состав программного обеспечения компьютера,
или непосредственно в редакторе почтовой программы (на-
пример, Outlook Express). В первом случае текст послания
может быть отправлен как «прикреплённый файл». Для от-
правки электронного письма отправитель должен подклю-
читься к сети и передать на свой почтовый сервер сообще-
ние. Почтовый сервер сразу отправляет письмо через
систему свободных в данное время почтовых серверов сети
на почтовый сервер получателя, с которого письмо попадёт в
его почтовый ящик. Адресат получит письмо лишь после
того, как соединится с сервером и «заберёт» почту из своего
почтового ящика.
Электронная доска объявлений (BBS). Электронная до-
ска объявлений — прикладная программа, установленная
на главной машине, оборудованной модемами. Иногда BBS
называют сам компьютер, на котором установлена указан-
ная программа.
Пользователи подключаются к этой машине и регистри-
руются на ней. Каждый пользователь сети имеет уникаль-
ное имя-адрес. На диске BBS-ЭВМ выделена область, доступ-
ная всем пользователям, — каждый может обратиться к
этой области и записать туда свою информацию либо скопи-
ровать информацию оттуда на свой ЦК.
Кроме того, дисковое пространство машины BBS разбито
на отдельные зоны, называемые почтовыми ящиками. Каж-
дый почтовый ящик закреплён за отдельным пользовате-
лем — другие пользователи доступа к нему не имеют. Тем
самым, реализуется и такая услуга, как электронная почта.
В разных сетях возможны различные способы организа-
ции электронной доски объявлений.
Связь между узлами сети осуществляется с помощью спе-
циальной программы-почтальона, которая отвечает на
внешний вызов и выясняет, кто обращается — человек или
другая BBS-ЭВМ. В первом случае запускается програм-
ма-BBS, которая принимает сообщение и помещает его либо
в общую часть дисковой памяти, либо в чей-то почтовый
ящик. Во втором случае принимается передаваемая почта
или файлы и выявляется, нет ли почты в обратном направ-
лении; если есть, то она передаётся.
14 -2793
402
Глава 4
Пользователь, обратившись в любой момент времени к
общей части дисковой памяти, либо к своему почтовому
ящику, может ознакомиться с объявлениями (доступной
всем информацией), либо с адресованной ему корреспонден-
цией.
Большинство станций BBS объединены в сеть FidoNet —
международную некоммерческую сеть пользователей компь-
ютеров многих стран.
Телеконференции или группы новостей (Newsgroupe). В
Интернете существует много различных конференций, каж-
дая из которых посвящена обсуждению какой-либо пробле-
мы. Каждой конференции выделяется свой почтовый ящик
на серверах Интернета, поддерживающих работу телеконфе-
ренций. Участники конференции могут посылать свои сооб-
щения на любой из этих серверов, а так как серверы перио-
дически обмениваются содержимым почтовых ящиков,
материалы конференций в полном объёме доступны на лю-
бом таком сервере.
Принцип работы в телеконференциях похож на принцип
работы с электронными досками объявлений. Абонент сети
может «подписаться» на интересующие его группы ново-
стей. После этого он получает возможность отправлять свои
сообщения по тематике данной телеконференции и автома-
тически получать все новые сообщения по этой теме, отправ-
ленные другими пользователями сети.
Чтобы стать участником конференции, необходимо заре-
гистрироваться. При регистрации каждый участник конфе-
ренции получает уникальное имя (NIC) и пароль для «вхо-
да» на конференцию.
Название телеконференции состоит из нескольких слов,
разделенных точками, последовательно сужающих тему.
Большинство конференций регулируется специальной ре-
дакционной коллегией, которая называется модератором. В
обязанности модератора входит просмотр посланий и выне-
сение решения — публиковать данные послания (рассылать
их участникам группы) или нет.
Пример. Некоторые стандартные обозначения телеконференций:
• сотр — конференция, где обсуждается всё, что связа-
но с компьютерами и программированием;
• sci — всё, что касается науки;
• гес — отдых, хобби, увлечения;
• talk — эта группа предназначена для любителей по-
спорить.
Информационные технологии
403
Протокол обмена файлами (File Transfer Protocol —
FTP). С помощью FTP-технологий осуществляется обмен
файлами между компьютерами. На множестве FTP-серверов
можно найти полезные утилиты, демонстрационные версии
программ, мультимедийные ролики, картинки и т. п. До-
ступ к большинству FTP-серверов свободный, в качестве
входного пароля пользователю достаточно набрать адрес
своей электронной почты.
Параллельные беседы в Интернете, или Internet Relay
Chat (IRC), или просто Chat — целый мир виртуального об-
щения.
Технически эти беседы организованы как система связан-
ных между собой IRC-серверов, разбросанных по всему
миру. В сети Интернет, по оценкам специалистов, одновре-
менно ведут беседы несколько тысяч человек, присоединив-
шиеся к нескольким сотням «разговорных каналов».
IRC можно представить себе как огромное здание со
множеством комнат (они называются каналами), в каждой
из которых собираются люди и ведут беседы. Пользова-
тель запускает у себя программу IRC-клиент, подключает-
ся к одному из серверов и может общаться с другими лю-
дьми, также подключившимися к этому каналу. Он
получает на экран своего компьютера тексты реплик от
всех участников «кибербеседы» и может тут же ввести
свой текст, который займёт свое место в последовательно-
сти реплик данной беседы. Кроме текстов таким же обра-
зом в «разговор» могут встраиваться картинки, аудио- и
видео-клипы и т. п. Каналы, как и комнаты, могут быть
открыты для всех желающих, но бывают и закрытые ка-
налы, на которые можно попасть, имея ключ или по спе-
циальному приглашению.
Каждый общающийся в Chat имеет псевдоним, по которо-
му к нему могут обратиться или ответить на его вопрос. Chat
предоставляет возможность параллельного общения сразу
на нескольких каналах.
По поводу времяпровождения в Chat существуют
два взаимоисключающих друг друга мнения. С од-
ной стороны, считают, что сеть — это особый мир,
существующий в виртуальном пространстве и
почти не пересекающийся с реальной жизнью, а
человек, проводящий часы за экраном дисплея,
отрывается от реальной жизни и в конце концов
становится неприспособленным к ней.
404
Глава 4
С другой стороны, есть мнение, что сеть, конечно
же, можно использовать как альтернативный мир,
куда легко убежать от проблем реальности, но не
более, чем как в любую другую субкультуру. Уход
от реальной жизни совершает любой человек, ко-
торый всё своё время отдаёт любимому делу, хоб-
би. Сама же сеть не располагает к уходу от реаль-
ного мира, а, напротив, способна обогатить лич-
ность, дав новые знакомства и новые представле-
ния о мире. Опасность Интернета в том, что сеть
затягивает. Именно в силу своей огромной инфор-
мационной наполненности. Там столько интерес-
ного, что каждый раз выходишь из сети с сожале-
нием, что чего-то не успел посмотреть.
Истина, по-видимому, где-то посередине: во всём
хороша мера и разумное разнообразие. Получать
много информации, конечно же хорошо, особенно,
если она профессионально важна для вас, но вре-
менные затраты на её получение подчас бывают
несопоставимы с пользой, а если учесть ещё и не-
благоприятное влияние на здоровье долгого сиде-
ния на одном месте в напряженном состоянии... В
общем, думайте сами, жить ли вам в реальном или
виртуальном мире.
Всемирная паутина (World Wide Web — WWW). На се-
годняшний день это наиболее интересный информационный
ресурс — гипертекстовая система навигации в Интернете.
Система навигации — это совокупность программ, позво-
ляющих пользователю ориентироваться во всем многообра-
зии информации, размещённой в сети, и находить необходи-
мые ему фактические данные, полезные программы.
Гипертекст — система взаимосвязанных текстов.
Иными словами, гипертекст — это текст со вставленными
в него словами (командами) разметки, ссылающимися на
другие места этого текста, другие документы, картинки и
прочее. Во время чтения такого текста (в соответствующей
программе, обрабатывающей его и выполняющей соответст-
вующие ссылки или действия) вы видите выделенные в тек-
сте слова. Если щёлкнуть мышью на таком слове, то будет
выполнено некое действие, связанное с данным выделенным
словом, например, на экране появится текст, на который
ссылалось это слово, возможно, это другой участок текста
этого же документа, но, может быть, совсем другой доку-
мент.
Информационные технологии
405
От обычного гипертекста WWW отличается главным об-
разом тем, что позволяет устанавливать ссылки не только на
соседний файл, но и на файл, находящийся на компьютере в
другом полушарии Земли. По вашему запросу связь будет
установлена автоматически. В WWW по ссылкам гипертек-
ста можно не только попасть в совершенно другой тексто-
вый документ, но и войти в какую-нибудь программу, вооб-
ще произвести какое-либо действие.
В WWW к информационным ресурсам можно обращаться
не только по гиперссылкам, но и непосредственно по адресу.
Система адресации носит название URL (Uniform Resource
Locator). Структура адреса следующая:
<тип_связи>://<имя_требуемого_сервера>
Типы_связи соответствуют стандартным услугам Интер-
нета. Вот некоторые из них:
http — Hyper Text Transfer Protocol, основа WWW, —
тип связи, необходимый при обращении к любо-
му WWW-серверу;
ftp — используется при обращении к FTP-серверам;
news — открывает доступ к телеконференциям.
Имя_требуемого_сервера может включать в себя не-
сколько уровней, разделённых точками. Первый уровень,
как правило, — обозначение страны (располагается послед-
ним в имени), второй — обозначение организации, третий
— отдела организации и т. д. Кроме того, можно сразу ука-
зать и требуемые имена каталогов, файлов.
Пример, http: //www. glassnet. ru — некоммерческая сеть пере-
дачи данных Glassnet;
http://www.Exponenta.ru/Statistica/ — образова-
тельный математический сайт, каталог, посвящённый
пакету статистических программ;
http://www.computerra.ru/site/voting/ — компью-
терный журнал, каталог, в котором проводятся опросы
мнения читателей.
Текст WWW может включать в себя рисунки, мультиме-
дийные ролики, таблицы и многое другое. На сайтах можно
найти научные статьи и тексты художественных книг, фото-
галереи и целые виртуальные музеи, новости обществен-
но-политической жизни и курсы акций на биржах.
Благодаря своим широким возможностям, красоте и про-
стоте использования программ, обеспечивающих навигацию
в сети и работу с информационными ресурсами, «Всемирная
паутина» завоевала огромную популярность во всем мире.
406
Глава 4
Для поиска информации в сети разработаны самые разно-
образные поисковые системы: AU, AltaVista, Rambler,
Yahoo!, Aport и многие другие.
знать
В зависимости от количества компьютеров, входящих в
сеть, и от разделяющего их расстояния, сети могут относи-
ться к следующим типам:
• соединение двух ПК (псевдосеть);
• локальная сеть— соединение нескольких ПК, находя-
щихся, как правило, в одном здании или в соседних зда-
ниях;
• региональная сеть, соединяющая компьютеры, располо-
женные в пределах города, региона;
• глобальная сеть, соединяющая компьютеры, располо-
женные в разных странах и на разных континентах.
Аппаратные средства работы в сетях:
• линии связи (кабели, радиосвязь, спутниковая связь);
• сетевые карты;
• модемы;
• серверы — компьютеры, выделенные для управления се-
тевыми ресурсами.
Сетевые протоколы — соглашения о правилах обмена
данными по сетям.
Программные средства работы в сетях:
• операционная система, поддерживающая режимы рабо-
ты в сети;
• коммуникационные программы, поддерживающие сете-
вые протоколы.
Браузеры — программы, обеспечивающие взаимодейст-
вие с пользователем и транслирующие его указания в
команды, понятные компьютерам сети и соответствующие
сетевым протоколам.
Основные средства обмена информацией в глобальных
сетях (сетевые услуги):
• электронные доски объявлений (Bulletin Board System,
или BBS);
• электронная почта (e-mail);
• телеконференции, или группы новостей (NewsGroup);
Информационные технологии
407
• обмен файлами между компьютерами (протокол FTP);
• параллельные беседы в Интернете (Internet Relay Chat,
или IRC);
• поисковые системы «Всемирной паутины» (World Wide
Web, или WWW).
Система навигации — это совокупность программ, позво-
ляющих пользователю ориентироваться во всём многообра-
зии информации, размещённой в сети.
Гипертекст — система взаимосвязанных текстов, пере-
ход между которыми осуществляется при активизации вы-
деленных специальным образом фрагментов текста (слов,
рисунков и пр.)
В WWW к информационным ресурсам можно обращаться
по гиперссылкам и непосредственно по адресу.
Переход по гиперссылкам осуществляется с помощью
специальных поисковых программ — браузеров или навига-
торов в сети.
Система адресации в WWW носит название URL (Uni-
form Resource Locator).
Структура адреса следующая:
• <тип_связи>://<имя_требуемого_сервера>;
• Типы_связи соответствуют стандартным услугам Интер-
нета;
• Имя_требуемого_сервера может включать в себя не-
сколько уровней, разделённых точками. Первый уро-
вень, как правило, — обозначение страны (располагает-
ся последним в имени), второй — обозначение
организации, третий — отдела организации и т. д. Кро-
ме того, в адресе могут быть указаны имя требуемого ка-
талога, путь к файлу.
интересный факт
В начале 70-х годов Министерство обороны США присту-
пило к разработке системы связи, которая должна была сое-
динить между собой компьютеры всех центров противора-
кетной обороны страны. Самые высокие требования
предъявлялись к надёжности системы: выход из строя лю-
бых её элементов (компьютеров и линий связи) не должен
был сказаться на качестве и скорости связи между осталь-
ными участниками информационного обмена. По названию
408
Глава 4
разрабатывающей сеть организации — Advanced Research
Projects Agency (Бюро перспективных исследований) — она
получила название ARPAnet. Вначале услугами сети поль-
зовался крайне ограниченный крут людей — военные и про-
граммисты. Но затем, опираясь на их опыт, многие органи-
зации стали создавать системы компьютерной связи между
своими подразделениями, предприятиями, разнесёнными на
большие расстояния.
В конце 80-х годов появилась первая крупная научно-об-
разовательная сеть. Национальный научный фонд США орга-
низовал 5 вычислительных центров, базирующихся на супер-
компьютерах. Сотни научных лабораторий и университетов,
которым потребовался доступ к этим компьютерам, объеди-
нились в одну сеть.
Пионерами гипертекста по праву признаются В. Буш,
выдвинувший концепцию системы Мемекс в 40-е годы, а
также Д. Энгельбарт и Т. Нельсон, работавшие над этой тех-
нологией в 60-е годы. Сам термин «гипертекст» придумал
Нельсон в 1965 году.
Классическое определение гипертекста, которое дал Нель-
сон в 1987 году, — это «форма письма, которое ветвится или
осуществляется по запросу». Иначе, это «нелинейное пись-
мо», которое «больше чем» текст (hypertext).
Более формальное определение гипертекста звучит так:
гипертекст — это представление текстовой информации как
сети, в которой читатели получают свободу перемещаться
нелинейным образом.
Дальнейшим развитием идеи гипертекста является ги-
пермедиа.
Гипермедиа — это синтез гипертекста и мультимедиа.
То есть гипермедиа-документ может включать не только ги-
пертекст, но и графику, а также звук и видео. Причём эти
элементы также могут являться ссылками.
Излюбленным примером использования графических
ссылок является «чувствительная карта», используемая для
навигации в сети. Такие карты представляют собой изобра-
жения географической карты местности с выделенными точ-
ками, в которых расположены различные серверы сети.
Гипертекстовые системы представляют собой новый
класс систем управления информацией. Цель создания таких
систем — дать возможность пользователям создавать, распро-
странять, связывать друг с другом и использовать массивы
самой разнородной информации в форме текста, графики,
изображений, аудио-видео информации, программ и т. п.
Информационные технологии
409
В общих чертах гипертекстовую систему можно рассмат-
ривать как систему баз данных, которая обеспечивает совер-
шенно разные методы доступа и управления информацией.
Однако в отличие от традиционных систем баз данных, ко-
торые имеют регулярную, упорядоченную структуру, гипер-
текстовые системы баз данных не имеют строгой структу-
ры, и пользователь волен оперировать информацией различ-
ными доступными ему методами.
Основная идея гипертекстовых систем заключается в
концепции автоматически поддерживаемых связей как
внутри одного документа, так и между различными доку-
ментами. Поддержка таких связей позволяет организовы-
вать нелинейные текстовые структуры. Преимущества нели-
нейных документов очевидны — в отличие от линейного
документа, например, статьи в журнале, которая является
одноуровневой, неизменяемой и имеющей ограниченный на-
бор ссылок, гипертекстовый документ представляет собой
гибкую структуру. Читатель по желанию может либо огра-
ничиться поверхностной информацией одного уровня, либо
при необходимости получать более полную информацию
других уровней, не тратя времени на поиск нужных доку-
ментов по ссылкам.
расширь свой кругозор
В настоящее время в России имеется широкий доступ в
сети FidoNet и Интернет, которые позволяют передавать
данные не только внутри страны, но и по всему миру.
Системы адресов электронной почты в сетях FidoNet и
Интернет различаются.
Структура адресов электронной почты в Internet:
<идентификатор_абонента>@<домен>
Идентификатор_абонента — это зарегистрированное
имя пользователя.
Домен определяет почтовый компьютер, к которому под-
ключён данный абонент. Домен может включать в себя не-
сколько уровней, разделённых точками. Первый уровень,
как правило, — обозначение страны, второй — обозначение
организации и т. д.
410
Глава 4
Пример. Составные части адреса ivanov@admin.tstu.ru означают:
ivanov — имя абонента;
admin.tstu — адрес сервера почты абонента (host-name),
где:
admin — имя компьютера на почтовом узле, где абонент
ivanov владеет почтовым ящиком;
tstu — организация, к которой прикреплён пользователь
ivanov (в нашем случае это сокращение от Tambov
State Technical University);
ru — название страны (Russia).
Структура адресов электронной почты в FidoNet:
Z:RRNN/SS[.PR]
ИЛИ
<зона>:<регион_сеть>/<узел>[.<поинт>]
Весь мир поделен на шесть зон: 1 — Северная Америка,
2 — Европа, в том числе Россия, 3 — Австралия и Новая Зе-
ландия, 4 — Центральная и Южная Америка, 5 — Африка,
6 — Азия.
Регион — это страна или группа стран, обозначается од-
ной или двумя цифрами. России присвоен номер региона 50,
Украине, Белорусии, Молдавии — 46 и т. д.
Номер сети в регионе также обозначается двумя цифра-
ми. Для Москвы это 20, для Санкт-Петербурга — 30, для
Воронежа — 25, для Новосибирска — 00 и т. д.
Узел и пойнт — это непосредственно пользователи сети.
Причем «полноценным» пользователем в сети FidoNet явля-
ется узел, а пойнты подключены к узлам.
Пример. Типичный адрес в сети FidoNet: 2:5025/99.7
§4.8. Социальные информационные
технологии
/£тО понять
Социальные информационные технологии, — это техно-
логии, объектом которых является отдельный человек, со-
циальные группы или целые общества. Применение этих
технологий ставит своей целью формирование у людей зара-
нее заданных качеств.
Информационные технологии
411
При анализе любой социальной ИТ подразумевается, что
есть люди, которые её разрабатывают (разработчики), есть
те, кто её применяет (заказчики), и есть люди, на которых
она направлена как на объекты воздействия.
Любая технология разрабатывается в соответствии с не-
которой целью. Эта цель всегда известна разработчикам и
заказчикам ИТ, но она может быть известна или не известна
тем, на кого направлена технология. В зависимости от этого
будем выделять открытые социальные ИТ и социальные
ИТ со скрытой целью.
Пример. Процесс обучения в школе организован по определённой
технологии, цель которой явно провозглашена в законо-
дательстве страны и уставе школы.
Цель применения технологии обучения любому предмету
формулируется в государственных образовательных
стандартах и конкретных программах учебного курса.
Цель любой рекламной кампании — способствовать про-
движению рекламируемого товара (услуги) на рынок.
Это примеры открытых социальных ИТ.
Социальные ИТ со скрытой целью эффективны только
при определённой организации общества, о котором пойдёт
речь ниже.
Стержнем современной западной цивилизации является
то, что мы здесь назовём Торговым обществом. Оно является
идеальным полигоном применения социальных информаци-
онных технологий.
Торговое общество существенно отличается от известных
ранее социальных образований, прежде всего отсутствием
явно поставленных целей.
Дело в том, что цель (или цели) — являются основой кон-
солидации людей, поэтому обычно общество стремится эту
цель сформулировать, исходя из своих представлений о
мире и месте в нём человека, и пропагандировать её всеми
доступными ей средствами.
Торговое общество принципиально этих целей не форму-
лирует или формулирует их в бессодержательном виде («гу-
манизация», «развитие демократии и общечеловеческих
ценностей» и пр.). Этой же тенденцией пронизаны все ин-
ституты Торгового общества (образование, политика, биз-
нес). На эту черту обращали внимание многие выдающиеся
умы западного мира. В частности, А. Эйнштейн говорил,
что «совершенные средства при неясных целях — характер-
ный признак нашего времени».
412
Глава 4
Однако отсутствие явных формулировок вовсе не означа-
ет, что отсутствуют сами цели применения технологий, про-
сто часто они не находятся на поверхности.
Единственной абсолютной ценностью Торгового общества
является товар, именно он становится носителем консолиди-
рующего и управляющего воздействия. Это воздействие
основано на хорошо известном психологическом эффекте но-
визны: человек всегда стремится увидеть, узнать, приобре-
сти нечто новое, ранее неизвестное. Торговое общество доби-
лось впечатляющих успехов в решении этой проблемы: оно
научилось создавать «эффект новизны» на протяжении жиз-
ни целых поколений и тем самым «избавило» значительную
часть общества от решения настоящих жизненных проблем.
Эта стратегия требует огромных материальных затрат.
Но главное — необходимо «заставить» человека жить по
правилам Торгового общества, основное из которых — не-
прерывно покупать (и, соответственно, продавать).
Идеологи Торгового общества утверждают, что товарные
и товарно-денежные отношения появились едва ли не с за-
рождения цивилизации и являются её неотъемлемой ча-
стью. Между тем многие выдающиеся исследователи Торго-
вого общества считают, что это далеко не так.
Пример. Крупнейший исследователь капитализма М. Вебер при-
водит такой пример.
Некий хозяин поручил работнику собрать урожай и дого-
ворился, что заплатит ему по талеру с десятины. Рабо-
тник убрал две десятины и получил за это два талера.
В следующий раз хозяин заплатил работнику по два та-
лера с десятины. Но работник убрал всего лишь одну де-
сятину и получил за это те же два талера.
В данном случае работника не интересовали деньги как
таковые. У него было вполне определённое представле-
ние о своих потребностях, которые укладывались в два
талера. Сверх этой суммы деньги были ему не нужны (во
всяком случае не ценой дополнительной работы).
Поведение работника из данного примера с точки зрения
Торгового общества — «неправильное». Он должен хотеть
зарабатывать больше денег, чтобы потом их потратить, а по-
том снова заработать и т. д. Заставить его силой сделать это,
очевидно, невозможно. И вот именно здесь и начинают рабо-
тать социальные информационные технологии, которые не-
заметно для человека подводят его именно к «желаемому»
образу действий.
Информационные технологии
413
К таким технологиям можно отнести: рекламу, марке-
тинг, public relations. Рассмотрим на примере, что это за
технологии и как они «работают».
Пример. Вспомним строки стихотворения А. С. Пушкина «Анчар»:
...Но человека человек,
Послал к Анчару властным взглядом,
И тот послушно в путь потек,
И к утру возвратился с ядом.
В данном случае ситуация жестокая, но вполне опре-
делённая.
Царь определил цель — получить яд. Он реализует эту
цель — посылает за ним к Анчару раба, который добыва-
ет яд, но умирает сам. Этот способ решения проблемы
можно было бы назвать «командно-административным».
Если перейти на социальные информационные техноло-
гии, то решение той же проблемы выглядело бы так.
Перед дворцом царя появляется большое красочное объ-
явление:
ЯД ДЕРЕВА АНЧАР - СТРАШЕН ДЛЯ ВРАГОВ,
- БЕЗОПАСЕН ДЛЯ ДРУЗЕЙ
АНЧАР - И ТЫ ПОБЕДИТЕЛЬ!
.1J По вопросам указания дороги обращаться к Абдулле,
надежность и конфиденциальность гарантированы
Очевидно, это реклама.
Далее, предположим, к царю приходит некто и расска-
зывает, что в пустыне растёт замечательное дерево, кото-
рое было бы полезно для его милитаристских целей, что
оно обладает ядом такой силы, что все соседи сразу скло-
нят перед ним головы. Дорогу к этому дереву некто пока-
жет исключительно из уважения к владыке и за совер-
шенно ничтожную плату.
Это — маркетинг.
Наконец, к царю приходит раб и говорит, что он слы-
шал, какое есть замечательное дерево Анчар, и он готов
принести необходимый для царя яд в обмен на свободу.
Это — public relations.
На первый взгляд эти технологии выглядят не как пред-
писания, а как информирование, которое должно помочь
царю выбрать правильное решение: быть завоевателем
или гуманистом. Внешне это всегда выбор, но, по
сути, — это вполне определённое предписание.
Действительно, реклама никогда не появится перед двор-
цом царя-пацифиста и к нему не придёт специалист по
414
Глава 4
маркетингу. Чтобы технология «сработала», её пользова-
тели должны быть уверены, что имеют дело с царем-аг-
рессором, которому позарез нужна территория соседей.
Тогда есть гарантия, что он обязательно узнает от заин-
тересованных лиц путь к дереву смерти — Анчару.
Приведённый пример показывает, что перечисленные
выше социальные ИТ (а на самом деле и другие схожие тех-
нологии) основаны на одной и той же идее — препарирование
реальной ситуации: преувеличении одних сторон, сокрытии
других. Иными словами, социальные ИТ очень часто основа-
ны на неадекватных информационных моделях.
Так, в приведённом выше примере ни одна из технологий
не подчёркивает тот факт, что сбор яда от дерева Анчар —
смертельно опасное занятие («и умер бедный раб у ног непо-
бедимого владыки...»). А ведь это — существенный признак
объекта, но знание о нём наносит вред коммерческим инте-
ресам, а поэтому и реклама, и маркетинг, и public relations
о нём «скромно» умалчивают.
Все хорошо знают, что такое сенсация. Но большинство
людей не отдают себе отчета, что сенсация — один из мно-
гих видов социальных информационных технологий.
Сенсация — это сообщение о событии, которому при-
даётся столь важная значимость и уникальность, что на них
концентрируется и определённое время удерживается вни-
мание публики. Под прикрытием сенсации можно или
умолчать о важном событии, которое в обществе не должны
заметить, или прекратить скандал, но так, чтобы о нём не
вспоминали. Подготовка сенсации — нередко кропотливая и
дорогостоящая работа, которую выполняют высокопрофес-
сиональные специалисты.
Пример. Предположим, что оператор снял на плёнку некоторое
важное событие, например, официальную встречу глав
государств двух стран. Является ли полученная при
этом информационная модель (киносюжет) адекватной
моделью? Однозначного ответа здесь нет, поскольку
оператор в принципе не может заснять всю встречу, он
снимает только её определенный фрагмент, причём в со-
ответствии с политическими установками и личными
вкусами. Далее, телеведущий уже в соответствии со сво-
ими установками и вкусами выбрасывает из сюжета
лишние кадры, а то и добавляет новые — из другой за-
писи. В результате зрителю преподносится информаци-
онная модель события, но нередко это — неадекватная
модель.
Информационные технологии
415
Реальным фактом, иллюстрирующим этот умозритель-
ный пример, является история снимка «сербского лагеря
смерти», который в 1992 году обошёл весь мир, обсуж-
дался в Конгрессе США и послужил поводом для широ-
кой антисербской пропаганды и жёсткой антисербской
позиции во время боснийской войны. Этот кадр был пу-
щен в эфир журналистами английской телекомпании
ITN (Independence Television Network). На нём были
изображены боснийские мусульмане, которые беседуют с
журналистами из-за колючей проволоки. Позже история
этого снимка была опубликована в одном западном жур-
нале в 1997 году. На нём был изображен не лагерь, а
пункт сбора беженцев, находящийся в здании школы.
Колючая проволока отделяла школьный двор от шоссе.
Вход и выход за проволоку был свободным, что было
видно на других кадрах, которые не пошли в эфир. Жур-
налисты беседовали с «узниками» через проволоку, но
они могли её обойти и снимать людей, отдыхающих на
свежем воздухе. Все эти кадры были помещены в Интер-
нете.
Примечательна реакция телекомпании. Она подала в суд
на журнал за клевету: журналисты не употребляли слов
«лагерь смерти» и не утверждали, что за проволоку нель-
зя было выйти. Просто о некоторых фактах они умолча-
ли.
Мало построить неадекватную информационную модель.
Чтобы добиться необходимых результатов, социальная ИТ
должна быть разработана так, чтобы человек не сумел уви-
деть неадекватность предъявляемой информационной моде-
ли.
Поскольку ранее мы выяснили, что адекватность модели
моделируемому объекту всегда оценивается в рамках опре-
делённого мировоззрения, общей культуры человека, то для
беспрепятственного внедрения в сознание неадекватных ин-
формационных моделей часто необходимо изменение всего
«строя» человеческой культуры.
Социальные ИТ со скрытой целью эффективно работают
только при определенном типе культуры, так называемой
мозаичной культуре.
Мозаичная культура есть целенаправленная замена ку-
льтуры гуманитарной, при которой свод знаний и идей
представляет собой упорядоченное, иерархически постро-
енное целое. Мозаичная культура, напротив, рассыпается
на мозаику случайных, плохо связанных и плохо структу-
рированных понятий.
416
Глава 4
Гуманитарная культура передаётся из поколения в поко-
ление, и даёт представление о мире в целом.
Напротив, мозаичная культура строится из разрозненных
обрывков, связанных простыми чисто случайными отноше-
ниями близости по времени усвоения, по ассоциации идей.
Но сила сцепления этих связей очень часто оказывается не
меньшей, чем связей логических.
Поскольку информационные модели записываются на не-
котором языке кодирования информации, основным инстру-
ментом воздействия социальных ИТ является язык.
Как сказал однажды знаменитый философ XX века
М. Хайдеггер — «язык был самой священной из всех ценно-
стей», именно в языке отражалась история и культура наро-
да.
Язык, используемый в социальных информационных
технологиях, напрямую зависит от поставленных целей.
Пример. Всем хорошо известно, что война — исключительно тра-
гический период в истории любого народа. С другой сто-
роны, во время войны множество людей «прозревает» —
начинают более адекватно видеть окружающий его мир.
Это, в свою очередь, может разрушить все модели, со-
зданные социальными информационными технология-
ми. Чтобы спасти их, нужно построить новую неадекват-
ную модель, снижающую трагический накал войны.
По-видимому, впервые подобная модель была построена
во время Вьетнамской войны. Она была основана на спе-
циальном языке. В этом языке военные действия назы-
вались «программой умиротворения»; бомбардировки —
«защитной реакцией»; мёртвые зоны, в которых диокси-
ном была уничтожена вся растительность — «санитар-
ными кордонами»; напалм — «мягким зарядом»; кон-
центрационные лагеря — «стратегическими селениями»
и пр.
Аналогичная практика, как известно, использовалась и
во время югославской войны.
W знать
Социальные информационные технологии, — это техно-
логии, объектом которых является отдельный человек, со-
циальные группы или целые общества.
Информационные технологии
417
Особенности социальных ИТ:
• применение социальных ИТ ставит своей целью формиро-
вание у людей заранее заданных качеств;
• всегда есть разработчики социальных ИТ, есть те, кто её
применяет (заказчики), и есть люди, на которых она на-
правлена как на объекты воздействия;
• любая технология разрабатывается в соответствии с за-
данной целью, которая всегда известна разработчикам и
заказчикам ИТ, но может быть известна или не известна
тем, на кого направлена технология.
К социальным информационным технологиям относятся:
обучение, воспитание, технологии средств массовой инфор-
мации, реклама, маркетинг, имиджмейкерство, public rela-
tions.
Существуют открытые социальные ИТ и социальные ИТ
со скрытой целью.
Социальные ИТ со скрытой целью эффективны только
при определённой организации общества и определённом
типе культуры.
Большинство социальных ИТ со скрытой целью основаны
на использовании неадекватных информационных моделей.
Часто для построения таких моделей применяется специаль-
но разработанный язык, целенаправленно искажающий
представление о реальном объекте.
уметь
Задание 1
Из курса истории России приведите примеры использования от-
крытых социальных ИТ и социальных ИТ со скрытой целью.
Задание 2
Придумайте ситуацию, когда использование социальных ИТ со
скрытой целью является оправданным и способствует утвержде-
нию духовных ценностей в обществе.
Задание 3
Подумайте, какие существуют способы выявления неадекватно-
сти информационных моделей и, тем самым, нейтрализации воз-
можного негативного воздействия социальных ИТ. Приведите
примеры.
418
Глава 4
Задание 4
В книге «Великая шахматная доска» (The Grand Chessboard)
3. Бжезинского — одного из самых жёстких противников СССР,
а позднее и России — есть следующие строки: «Главной целью
реалистической и долгосрочной большой стратегии Запада дол-
жна быть консолидация геополитического плюрализма в преде-
лах бывшего Советского Союза».
Проанализируйте эту фразу и ответьте на вопросы:
1. В чём, на ваш взгляд, истинный смысл этой фразы?
2. О какой социальной ИТ в этом случае может идти речь?
вопрос- проблема
Как известно, в Торговом обществе подавляющее число
вещей является товаром, включая и информацию. К какой
категории товаров следует отнести информацию?
Приложение
Логические
схемы понятий
420
Приложение
Логические схемы понятий
421
Материальные предметы
Волны различной природы
Вещество в различных
состояниях
Машинные носители
Виды носителей
Виды
Свойства
Кодирование
По общественному
значению
Аудиальная
Тактильная
Обонятельная
По способу
восприятия
По форме
представления
Код
^Вкусовая
екетовая
Числовая
Графическая
Языки
кодирования
Музыкальная
^Комбинированная/
Общественная
Специальная
Личная
Объективность
Достоверность
Полнота
Актуальность
Полезность
Понятность
Алфавит
Двоичный
алфавит
Язык мимики и жестов
Язык рисунков, чертежей
Язык науки
Язык искусства
Языки
программирования
422
Приложение
Логические схемы понятий
423
424
Приложение
Логические схемы понятий
425
Имитационные
426
Приложение
Двоичная —
Восьмеричная —
Шестнадцатеричная —
— Прямой
— Обратный
— Дополнительный
Модель цве-
топередачи
Системы
счисления
Коды
чисел
Двоичная
арифметика
Г рафическая
____________ информация
г Матричный
принцип
Данные
Команды
Машинная
арифметика
Представление
чисел
компь
Системное
Специальное
Программное
обеспечение
Звуковая
информация
Дискретизация
Двоичные
^одирование^фо'о""'^ Оцифровка
Арифметические
основы
Числовая
Символьная
—-—------\ информация
Таблицы
кодировки ]
Система
адресации
Файловая
система
Взаимодействие
устройств
Представление
информации
Организация
процесса обработки
информации
Код команды —
Параметры —
Формат записи —
Операционная
система
Операционная
оболочка
— Инструментальное
Среда
программирование
— Сервисное
— Архиваторы
Драйверы
устройств
Антивирусная
защита
Утилиты—
Логические схемы понятий
427
— Код команды
— Параметры
— Адреса данных
— Формат записи
Логические
операции
Структурные
формулы
Сумматоры А
Триггеры
Шифраторы
Алгебра
логики
Представление
команд
Преобразователи
информации
Логические
основы
История и
перспективы
развития
Аппаратное
обеспечение
Устройства
компьютера
Прикладное
— Редакторы
Системы обработки
числовой информации
— ИПС, СУБД
__Системы
искусственного интеллекта
— АСУ
— Программы пользователей
— Обучающие программы
— Игровые программы
Поколения
ЭВМ
Этапы «компьютерной
революции» у
Развитие
пользовательского
интерфейса
Архитектура
Принципы
архитектуры
фон Неймана
— Назначение
Информационные
технологии
— Принципы работы
— Виды, особенности
__Пользовательские
характеристики
__Программная
поддержка
Принципы
открытой
архитектуры
428
Приложение
Мышь
Трекбол
Джойстик
Световое
перо
Дигитайзер
Видеопамять
Клавиатура I— Символьная
____ __1\ информация
Манипулятор —Управляющая
---—------информация
Сканер
Микрофон
Г рафическая
информация'
Звуковая
информация
Видеоадаптер
Монитор
(дисплей)
Вспомогательные
Отображение
информации
Ввод
информации
Принтер
Г рафопостроитель
Акустические
системы
Вывод
информации
Блок питания —
Система —
охлаждения
Корпус и др.
УСТРО
компь
Дополнительные
Платы
расширения
Мультикарта —
Звуковая карта
Видеокарта
Сетевая карта и др. —
Логические схемы понятий
429
перфокарты —т— перфораторы/считывание с перфокарт
магнитные ленты----лентопротяжки, стримеры
магнитные диски----дисководы магнитных дисков
оптические диски 7^7 дисководы компакт-дисков
Носители
информации
Устройства считывания/записи
Винчестер
Контроллеры
устройств
__Математический
сопроцессор
— Видеоакселератор
Генератор
тактовой частоты
Лаймер
— Чипсет—Часы реального времени
^Контроллеры
Процессор
звуковой карты
Процессор
клавиатуры и др.
430
Приложение
Логические схемы понятий
i и
Учебное издание
Бешенков С. А., Ракитина Е. А.
Информатика. Систематический курс
Художник Н. Лозинская
Компьютерная верстка В. Носенко
Подписано в печать 5.07.01. Формат 60х90]/]6.
Бумага офсетная. Гарнитура Школьная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 27,0. Тираж 15000 экз. Заказ 2793.
Издательство «Лаборатория Базовых Знаний»
Адрес для переписки: 103473, Москва, а/я 9
Телефон: (095)955-0398. E-mail: lbz@aha.ru
Лицензия на издательскую деятельность № 066140
от 12 октября 1998 г.
Гигиеническое заключение № 77.99.1.953.П.1815.4.99
от 12.04.1999 г.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в полиграфической фирме «Полиграфист».
160001, г. Вологда, ул. Челюскинцев, 3