Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2

^








Лекция 1. Базисные понятия инфы Введение
Мы начинаем 1-ое знакомство с величайшим достижением нашей цивилизации, стоящем в одном ряду с изобретением книгопечатания и открытием электричества – компом. Поначалу мы вспомним базисные понятия информатики, как науки, изучающей Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 главные нюансы получения, хранения, преобразования и передачи инфы. Потом мы раскроем суть, механизм работы компьютера как технического устройства. Потом мы изучим более рациональные методы соединений компьютерных устройств и технологий с Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 целью получения наибольшей эффективности хранения, обработки и передачи инфы.

Особенностью нашего курса будет пристальное внимание к базовым нюансам компьютерных и сетевых технологий. Еще одна особенность, мы будем держать в голове, что ПК издавна закончил быть Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 просто вычислителем. Это универсальная система обработки огромных и разнородных информационных потоков. А что такое информационный поток? Либо более непосредственно - Что такое информация?

В сотках книжек и учебниках это понятие трактуется по Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2-разному. А ведь все мы интуитивно осознаем, что же все-таки это такое. В чем тут дело? А дело в том, что понятие инфы стоит в одном ряду с такими базовыми понятиями Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 как энергия, вещество, энтропия, время. Вправду, в природе существует два базовых вида взаимодействия: обмен веществом и обмен энергией (не будем вдаваться в тонкости фактической эквивалентности этих 2-ух явлений). Фундаментальность их проявляется в Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 том, что все другие взаимодействия происходят только средством этих взаимодействий. Эти два взаимодействия являются симметричными и подчиняются базовому закону сохранения – сколько вещества и/либо энергии один объект передал другому, столько он растерял Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2, а другой заполучил (рассматриваются замкнутые системы, в каких утраты можно охарактеризовать просто другими видами взаимодействия).

Когда в процессе взаимодействия приобретения и утраты НЕ совпадают, НЕ равны – такое взаимодействие именуют несимметричным. Разумеется, что Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 в предельном случае несимметричного взаимодействия при передаче некой субстанции меж объектами какой-то из них ее приобретает, а другой НЕ теряет.

Исходя из этого, попробуем выделить нужный и достаточный признак Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2, по которому можно будет найти, относится то либо другое явление к обмену веществом/энергией либо к обмену информацией. В этом контексте сформулируем более общее свойство инфы.

Хоть какое взаимодействие меж объектами, в процессе которого Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 один приобретает некую субстанцию, а другой ее не теряет именуется ИНФОРМАЦИОННЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ. При всем этом передаваемая субстанция именуется ИНФОРМАЦИЕЙ.

Отсюда следуют некие тривиальные характеристики инфы:

В первый раз понятие инфы ввел южноамериканский математик Клод Шеннон, рассматривая процесс передачи сообщения меж 2-мя точками в 1948 г. как численную Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 меру неопределенности либо неупорядоченности, с которой посланное сообщение прибывает в пункт предназначения. Он именовал этот параметр энтропией, применив термин из термодинамики, который там употребляется для оценки неупорядоченности материи и охарактеризовывает несимметричные Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 взаимодействия. Более того, Шеннон предложил формулу, позволяющую найти количество инфы, находящееся в сообщении:

I = Log 2 P

где I – количество инфы в битах либо энтропия вероятности;

P – возможность, величина неопределенности, число вероятных вариантов.

М
одель передачи Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 сообщения по Шеннону


Отметим одну увлекательную особенность этого выражения: знак с высочайшей вероятностью возникновения кодируется несколькими битами, тогда как маловероятный знак просит многих бит. Другими словами, энтропия системы, объекта с огромным Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 числом степеней свободы очень велика, больше величина хаоса, кавардака. Но не многим и не сходу стала тривиальной связь количества инфы и энтропии, попробуем разобраться в этом.

В работах Планка, а приемущественно Больцмана понятие Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 энтропии трактовалась, как мера неумолимой тенденции всякой системы двигаться от наименее возможного состояния к более возможному состоянию. Более возможным состоянием системы является Сбалансированное состояние, а неважно какая система движется к состоянию равновесия Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2. Содержание второго постулата (принципа) термодинамики определяет этот закон более строго – энтропия замкнутой системы не убывает (вырастает для необратимых процессов и остается неизменной для обратимых:

Hs = k Ln Wt


где k – неизменная Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 Больцмана;

Wt – термодинамическая возможность состояния системы.


Сравним это выражение с определением количества инфы данное Шенноном. Разумеется сходство обоих выражений и это сходство носит базовый нрав. Как мы уже гласили, энтропия является функцией статистического Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 состояния системы (мерой ее неупорядоченности, хаоса). Пусть имеется некая система, энтропия которой равна Н нач. После получения некой инфы (или о состоянии объекта, или о содействии с наружной средой) энтропия должна уменьшаться (вырастает Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 порядок, миниатюризируется хаос). В широком смысле можно сказать, что информация, принимаемая объектом, нужно является для него целесообразной, в неприятном случае это – дезинформация. Как следует, количество приобретенной инфы можно найти последующим образом Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2:

I = Н нач – Н кон

Количество получаемой объектом инфы численно равно неопределенности по выбору действий ведущих к достижению целей объекта либо энтропии устраненной благодаря сообщению. Разумеется, что в этом случае идет речь Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 о синтаксической мере инфы. Информация избавляет неопределенность, структурирует систему.

Пример:

Примитивные формы информационного взаимодействия в чистом виде можно выделить уже в неживой природе. Вправду, каталическое взаимодействие. Объект, именуемый катализатором изменяет скорость Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 протекания хим реакции меж группой других объектов, сам катализатор остается постоянным по всем своим свойствам. Ярким примером информационного взаимодействия в процессе которого миниатюризируется энтропия всей системы, а хим, физические характеристики катализатора Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 остаются постоянными – является реакция кристаллизации насыщенного солевого раствора в присутствии кристаллической «затравки».

Направьте внимание на очередное немаловажное свойство инфы – изменение может быть и без получения инфы, но при всем этом оно будет наименее возможным Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2.
^ Информация, энтропия и избыточность при передаче данных
Связь количества инфы и энтропии сообщения, введенные К.Шенноном, имеет большой практический энтузиазм. Если мы рассматриваем информацию как числовой параметр, выражающий энтропию некого сообщения либо результатов Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 проводимого опыта то, разумеется, мы можем рассматривать энтропию как меру вероятности, случайности. Тогда, нужное количество битов для шифровки 1-го знака (энтропия), к примеру, британского алфавита, содержащего 26 букв и символ пропуска, равна log Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 22 27 = 4,76 бита на знак. Учтем неравномерность использования букв британского алфавита (возможность повстречать буковку “e” в 12 раз выше, чем буковку “s”, учтем возможность следования определенных сочетаний), получим:

H= - (P1log2P1 + P2 log2P Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 22 +……+P26log2 P26)

Это значение средней длины кода именуется энтропией рассредотачивания вероятности, т.к. это мера количества порядка (либо кавардака) в кодах, представляющих знак языка. Вычисленное Шенноном значение энтропии Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 алфавита британского языка равно 3,3 бита на знак. Другими словами избыточность британского языка равна 70% (сопоставление с 4,76 битов на знак). Отсюда можно сделать достойные внимания практические выводы:

Вообщем говоря, тема компрессии (сжатии) данных очень принципиальна при передаче цифровых сообщений и тут расчет энтропии играет главную роль. Все современные модемы, аппаратура связи для IP-телефонии и почти Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети москва 2007 - страница 2 все другое имеют интегрированные механизмы компрессии данных.
Тема эта очень увлекательна, но нам пора приступить к рассмотрению тех прикладных параметров инфы, которые являются полностью необходимыми в исследовании компьютера и компьютерных технологий.

konspekt-uroka-po-discipline-semejnoe-pravo-tema-uroka-brak.html
konspekt-uroka-po-geografii-tema-klimat-yuzhnoj-ameriki.html
konspekt-uroka-po-kulture-bashkortostana-mnogo-li-cheloveku-zemli-nuzhno-l-n-tolstoj-i-bashkiriya.html