Основные подходы и принципы классификации информации

22

Сибирский университет потребительской кооперации

Сформулируйте основные подходы и принципы классификации информации.

Термин «информация» происходит от латинского слова information, означающего разъяснение, изложение, осведомление.

В различных науках, использующих понятие «информация», можно выделить три подхода к феномену информации:

1. Атрибутивный подход полагает информацию всеобщим свойством материи, проявляющимся во взаимодействии; неотъемлемым, вечно существующим атрибутом всех систем объективной реальности, организующим началом в живой и неживой природе. Такой подход, близкий к философскому пониманию информации, нашел  развитие в физике, системологии.

2. Функциональный подход предполагает, что информация и информационные процессы возникают лишь на определенной стадии развития форм движения материи, тем самым этот подход отрицает существование информации в неживой природе. Согласно данному подходу, информация через информационные процессы реализует информацию управления (самоуправления) в биологических, социальных и социотехнических (человеко-машинных) системах. Информация рассматривается как основное отличие живого от неживого. Такой подход к информации характерен для биологии, кибернетики.

3. Антропоцентристский подход ограничивает сферу применения понятия «информация» социальными и социотехническими системами. Информация определяется как содержание (смысл) сигнала или сообщения, полученного системой из внешнего мира. Информация как содержание воспринятого сигнала изучается в лингвистике, психологии, социологии. Информацию, понимаемую таким образом, часто называют семантической информацией.

В информатике отдельно рассматривают аналоговую информацию и цифровую.

Виды информации классифицируются:

1) по способу передачи и восприятия: зрительная, слуховая, тактильная, вкусовая, машинно-ориентированая;

2) по формам отображения: символьная, текстовая, графическая;

3) по содержанию (в зависимости от вида обслуживаемой человеческой деятельности): научная, производственная, управленческая, правовая;

4) для машинно-ориентированной информации характерны следующие формы представления: двоичная, текстовая, графическая, электронные таблицы, базы данных;

5) по виду представления информации подразделяется на одномерную и многомерную. Одномерная – сообщение, имеющее вид последовательности символов, каждый из которых несет только один признак, например, звуковые символы (речь). Многомерная – сообщение, в котором информацию несут не один, а множество признаков, например, текст (значение, цвет и шрифт написания знаков, алфавит), голос (аплитуда, тембр, высота звука).

Какова роль знака и языка при представлении информации?

Язык - множество символов и совокупность правил, определяющих способы составления из этих символов осмысленных сообщений. Семантика - система правил и соглашений, определяющая толкование и придание смысла конструкциям языка.

Кодирование информации - это процесс формирования определенного представления информации. При кодировании информация представляется в виде дискретных данных. Декодирование является обратным к кодированию процессом.
     В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации.
     Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.
     Знаки или символы любой природы, из которых конструируются информационные сообщения, называют кодами. Полный набор кодов составляет алфавит кодирования. Простейшим алфавитом, достаточным для записи информации о чем-либо, является алфавит из двух символов, описывающих два его альтернативных состояния ("да" - "нет", "+" - "-", 0 или 1).
     Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме, а все необходимые преобразования выполняют программы, работающие на компьютере.
     Любое информационное сообщение можно представить, не меняя его содержания, символами того или иного алфавита или, говоря иначе, получить ту или иную форму представления. Например, музыкальная композиция может быть сыграна на инструменте (закодирована и передана с помощью звуков), записана с помощью нот на бумаге (кодами являются ноты) или намагничена на диске (коды - электромагнитные сигналы).
     Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется. Это может быть сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, или, напротив, достижение взаимопонимания. Например, система дорожных знаков, флажковая азбука на флоте, специальные научные языки и символы - химические, математические, медицинские и др., предназначены для того, чтобы люди могли общаться и понимать друг друга. От того, как представлена информация, зависит способ ее обработки, хранения, передачи и т.д.
     Компьютер с точки зрения пользователя работает с информацией самой различной формы представления: числовой, графической, звуковой, текстовой и пр. Но мы уже знаем (упоминалось выше), что он оперирует только цифровой (дискретной) информацией. Значит, должны существовать способы перевода информации из внешнего вида, удобного пользователю, во внутреннее представление, удобное компьютеру, и обратно.

Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков. В основе языка лежит алфавит, то есть набор символов (знаков), которые человек различает по их начертанию. В основе русского языка лежит кириллица, содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует алфавит из десятков тысяч знаков (иероглифов).

Последовательности символов алфавита в соответствии с правилами грамматики образуют основные объекты языка — слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называются синтаксисом. Необходимо отметить, что в естественных языках грамматика и синтаксис языка формулируются с помощью большого количества правил, из которых существуют исключения, так как такие правила складывались исторически.

Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки (системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др.). Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличии строгих правил грамматики и синтаксиса.

Например, системы счисления можно рассматривать как формальные языки, имеющие алфавит (цифры) и позволяющие не только именовать и записывать объекты (числа), но и выполнять над ними арифметические операции по строго определенным правилам.

Некоторые языки используют в качестве знаков не буквы и цифры, а другие символы, например химические формулы, ноты, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире (код азбуки Морзе) и др.
Знаки могут -иметь различную физическую природу. Например, для представления информации с использованием языка в письменной форме используются знаки, которые являются изображениями на бумаге или других носителях, в устной речи в качестве знаков языка используются различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).

Поясните особенности знаний.

Знания - это специальная форма представления информации, позволяющая мозгу хранить, воспроизводить и понимать ее. Далеко не вся информация выступает в роли знания. Знания - это особая информация, зафиксированная и выраженная в языке. Типы отношений, определяющие связь знаний с внеязыковым миром, друг с другом и с системой человеческих действий подчиняются особым закономерностям - семантики, синтаксиса и прагматики.

Основные свойства знаний:

Внутренняя интерпретируемость. Вместе с элементом данных в ЭВМ хранится система имен. Это позволяет «знать», что хранится в памяти системы и уметь отвечать на запросы о содержании памяти..

Рекурсивная структурируемость. Информационные единицы могут расчленяться на более мелкие и объединяться в более крупные ( по аналогии с матрешкой).Для этого используются родо-видовые отношения и принадлежность элементов к определенному классу. (Число структурообразующих отношений - более 200 типов).

Взаимосвязь информационных единиц. Между единицами устанавливаются разнообразные отношения семантического и прагматического характера связей (явлений и фактов). Когда между единицами возникают такие отношения, фрагменты этой структуры выявляются новые информационные единицы.

Наличие семантического пространства. Оно характеризует близость-удаленность информационных единиц друг от друга. Знания на могут представлять собой бессистемное сборище единиц, они должны быть взаимосвязаны и взаимозависимы в семантическом пространстве.

Формы существования знаний:

- в памяти человека (эксперта)

- материализованные (канонизированные) - учебники, монографии  

- полуформализованная структурированная модель (поле знаний)

- формализованное знание на языке представления.

Типы знаний:

Глубинные знания - результат обобщения первичных понятий в абстрактные структуры;

Мягкие знания - допускают множественные расплывчатые решения (например, выработка рекомендаций); совокупность глубинных и мягких знаний дает возможность создавать мощные базы знаний;

Поверхностные знания - совокупность эмпирических ассоциаций и отношений между понятиями предметной области для стандартных ситуаций;

Концептуальные знания - выражают свойства объектов, процессов и ситуаций через Понятия (базовые элементы) предметной области. Описание каждого Понятия включает описание его компонентов, указание взаимосвязи с другими компонентами, зависимости между Понятиями. Концептуальные знания - жесткие. Применяются при решении задач анализа;

Экспертные знания - знания специалистов предметной области, они аккумулируют накопленный опыт. Этот тип знаний играет наиболее важную роль в слабоструктурированных предметных областях. Они мягкие и поверхностные. Совместное использование концептуальных и экспертных знаний позволяет сочетать логические и ассоциативные суждения, решать сложные задачи при низких вычислительных затратах;

Синтаксические знания - характеризуют синтаксическую структуру объекта, которая не зависит от смысла используемых Понятий;

Семантические знания - содержат информацию, связанную с смыслом рассматриваемых объектов;

Прагматические знания - описывают объекты относительно целей решаемых задач.

Объясните цикл по выполнению команды.

Программа в ЭВМ реализуется центральным процессором (ЦП) посредством последовательного исполнения образующих эту программу команд. Действия, требуемые для выборки (извлечения из основной памяти) и выполнения команды, называют циклом команды. В общем случае цикл команды включает в себя несколько составляющих (этапов):

выборку команды;

формирование адреса следующей команды;

декодирование команды;

вычисление адресов операндов;

выборку операндов;

исполнение операции;

формирование признака результата;

запись результата.

Перечисленные этапы выполнения команды в дальнейшем будем называть стандартным циклом команды. Отметим, что не все из этапов присутствуют при выполнении любой команды (зависит от типа команды), однако этапы выборки, декодирования, формирования адреса следующей команды и исполнения операции имеют место всегда.
       В определенных ситуациях возможны еще два этапа: косвенная адресация и реакция на прерывание.

Стандартный цикл команды.

Кратко охарактеризуем каждый из вышеперечисленных этапов стандартного цикла команды. При изучении данного материала следует учитывать, что приводимое описание имеет целью лишь дать представление о сущности каждого из этапов. В то же время распределение функций по разным этапам цикла команды и последовательность выполнения некоторых из них в реальных ЭВМ могут отличаться от излагаемых.

 Этап выборки команды.

 Цикл любой команды начинается с того, что центральный процессор извлекает команду из памяти, используя адрес, хранящийся в счетчике команд (СК). Двоичный код команды помещается в регистр команды (РК) и с этого момента становится «видимым» для процессора. Если длина команды совпадает с разрядностью ячейки памяти, то все понятно. Однако, система команд многих ЭВМ предполагает несколько форматов команд, причем в разных форматах команда может занимать 1, 2 или более ячеек, а этап выборки команды можно считать завершенным лишь после того, как в РК будет помещен полный код команды. Информация о фактической длине команды содержится в полях кода операции и способа адресации. Обычно эти поля располагают в первом слове кода команды, и для выяснения необходимости продолжения процесса выборки необходимо предварительное декодирование их содержимого. Такое декодирование может быть произведено после того, как первое слово кода команды окажется в РК. В случае многословного формата команды процесс выборки продолжается вплоть до занесения в РК всех слов команды.