Інформатика. Інформація та її властивості

Урок №1

Тема. Інформатика. Інформація та її властивості

Мета: сформувати: поняття інформації, даних, інформаційного повідомлення; поняття про інформаційну надлишковість повідомлень; поняття про інформатику як науку та галузь діяльності людини; пояснити: способи подання повідомлень; способи оцінювання кількості інформації; розглянути: види повідомлень; одиниці вимірювання довжини двійкового коду: біт, байт, кілобайт, мегабайт, гігабайт, терабайт; правила техніки безпеки в кабінеті інформатики; навчити: визначати довжину двійкового коду повідомлення; розвивати п’янять, логічне мислення, увагу; виховувати інтерес до вивчення інформатики і суміжних дисциплін

Хід уроку

І. Організаційний етап

Ви починаєте вивчати новий предмет — інформатику. Інформатика — це широка галузь новітніх технологій, пов’язаних з інформаційною діяльністю людини. Інформатика як наука досить молода: вона сформувалась у другій половині ХХ століття, але вже стала необхідною складовою освіти сучасної людини. Англійський варіант назви інформатики звучить як Соmрutеr Sсіеnсе — комп’ютерна наука. Найвидатнішим досягненням у цій галузі було створення персональних комп’ютерів, які швидко стали невід’ємною частиною повсякденного життя. Завдяки комп’ютерам ви відкриваєте для себе не лише нові ігри та розваги, а й вікно в неосяжний світ Інтернету, у світ створення комп’ютерних зображень, текстів, різноманітних математичних обчислень.

Яку роль відіграють інформація, інформатика, інформаційні технології в житті сучасної людини? На це та інші питання ми спробуємо дати відповідь, вивчаючи тему «Інформація. Інформаційні процеси та системи» (тема розрахована на 2 уроки).

ІІ. Оголошення теми уроку, мотивація навчальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Інформатика

 Інформатика — це наука, яка вивчає структуру і властивості інформації, а також закономірності та методи подання, пошуку, зберігання, обробки та передачі інформації за допомогою комп’ютерних систем.

Термін інформатика походить від двох слів: інформація й автоматика.

Інформатика — комплексна наукова й інженерна дисципліна. Можна вважати, що вона виникла одночасно з першими спробами механізувати й автоматизувати розумову діяльність людини. Зародження інформатики припадає на ХVІІ століття, коли з’явилися перші механічні обчислювальні машини. Подальший розвиток інформатики також визначався ступенем розвитку інженерно-технічних можливостей людства. Отже, інформатика розвивається паралельно з технікою зв’язку, технікою автоматичного регулювання й керування (механічною, електромеханічною, електронною), технікою запам’ятовування, зчитування й запису, реєстрації, перетворення, опрацювання й передачі інформації.

Основа інформатики — інформаційні технології — сукупність засобів і методів, за допомогою яких здійснюються інформаційні процеси в усіх сферах життя й діяльності людини. Сьогодні у світі немає жодної науки, яка розвивалася б такими швидкими темпами, як інформатика.

2. Основні напрями розвитку інформатики

• Теорія інформації — вивчає властивості інформації та інформаційні процеси;
• математичне моделювання — вивчає методи обчислювальної і прикладної математики, їх застосування до досліджень у різних галузях людських знань;
• теорія штучного інтелекту — моделює способи мислення людини;
• системний аналіз — вивчає засоби підготовки й прийняття рішень;
• біоінформатика  — вивчає інформаційні процеси в біологічних системах;
• соціальна інформатика — вивчає інформаційні процеси в суспільстві;
• розробка обчислювальних систем і програмного забезпечення;
• комп’ютерна графіка, анімація, засоби мультимедіа;
• телекомунікаційні системи й мережі;
• інформатизація виробництва, науки, освіти, медицини, торгівлі, промисловості, сільського господарства та інших галузей людської діяльності.

Роль інформатики в розвитку сучасного суспільства величезна. З нею пов’язаний початок принципових змін у галузі накопичення, передавання, опрацювання й використання інформації.

Постійне зростання можливостей комп’ютерної техніки, розвиток інформаційних мереж, створення нових інформаційних технологій приводять до значних змін в усіх сферах суспільства: у науці, техніці, виробництві, освіті, медицині тощо.

Ключовим поняттям інформатики як науки є абстрактне (неозначуване) поняття — інформація.

Термін «інформація» походить від латинського «іnfоrmаtіо», що означає пояснення, виклад, тлумачення. Поняття «інформація» багатозначне, належить до первісних понять інформатики. Строгого означення йому не дають, але характеризують його, перераховуючи властивості інформації.

3. Інформація. Властивості інформації

Хоча інформація є неозначуваним, філософським поняттям, вона відіграє важливу роль у житті людини. У більшості випадків інформацію використовують для прийняття рішень.

Властивості інформації:

1) Об’єктивність. Інформація — відображення зовнішнього світу, а він існує незалежно від нашої свідомості, знань, думок та суджень про нього.

2) Достовірність. Інформація є достовірною, якщо вона відображає істинний стан справ. На основі достовірної інформації приймаються правильні рішення.

3) Повнота. Інформацію можна назвати повною, якщо її достатньо для розуміння ситуації та прийняття правильного рішення.

4) Актуальність інформації — важливість, істотність для певного часу.

5) Корисність. Ступінь корисності інформації залежить від потреб конкретних людей і від тих задач, які за допомогою здобутої інформації можна розв’язати. Корисність — це практична цінність інформації для конкретної людини.

6) Зрозумілість. Інформація повинна бути представлена в доступному для сприйняття вигляді.

Спробуємо дати означення терміну «інформація». (Відповіді учнів. Узагальнення.)

Таким чином:

• інформація — це набір відомостей про об’єкти, явища й процеси навколишнього світу;
• інформація — це відомості, знання, які ми отримуємо із зовнішнього світу або які передаються від одного об’єкта до іншого (наприклад, від одного комп’ютера до іншого);
• інформація — це загальнонаукове поняття, яке включає обмін відомостями між людьми, між людиною й автоматичним пристроєм, між автоматичними пристроями, обмін сигналами в тваринному і у рослинному світі.

4. Характерні риси інформації

1) Інформація — це нематеріальна субстанція, але передається вона за допомогою матеріальних носіїв — знаків і сигналів — або за допомогою фізичних процесів, які змінюються з перебігом часу. (У разі запису інформації на СDдиск його маса не змінюється.)

2) Інформація залежить не тільки від самих знаків та сигналів, але й від їх взаємного розташування. (Сир — рис)

3) Якщо з однієї точки простору інформація передасться в іншу, то в початковій точці вона не зникає. (Читаючи книгу, ми отримуємо інформацію, але при цьому вона залишається на папері.)

4) Інформація є зрозумілою лише для того, хто здатний її розпізнати.

(Приклад: текст іноземною мовою)

У широкому розумінні інформація — це відображення реального (матеріального) світу у вигляді знаків та сигналів.

5. Повідомлення

Інформація передається за допомогою повідомлень. Повідомлення — послідовності сигналів різної природи: звук, текст, зображення, жести, електричні сигнали тощо. Повідомлення можуть передаватися від людини до людини, від людини до пристрою та навпаки, а також між пристроями.

Між людьми повідомлення звичайно передаються в усній чи письмовій формі, а між пристроями – за допомогою сигналів.

Інформація залежить від того, як інтерпретується (трактується) повідомлення, за допомогою якого вона передається.

За формою подання можна виділити наступні види інформації (повідомлень):

1) текстова — інформація, яка міститься в усій друкованій літературі або відображається технічними пристроями у вигляді текстів;

2) графічна — картини, малюнки, графіки, діаграми, схеми тощо;

3) звукова — усне мовлення, музичні композиції, мелодії, шумові ефекти;

4) числова — набори числових даних;

5) керувальна — вказівки, команди, накази, які передаються певним виконавцям;

6) комбінована або мультимедійна — інформація, що утворюється як комбінація об’єктів попередніх видів. Прикладом такої інформації є wеb-сторінки.

Виконавцями команд можуть бути живі істоти та технічні пристрої, такі, як роботи, станки з числовим програмним керуванням, комп’ютери.

Інформацію (повідомлення) умовно можна поділити на масову та спеціалізовану.

За способом сприйняття розрізняють такі види повідомлень:

• візуальні: форма предметів, колір, тексти, малюнки, скульптури, візуальні сигнали, дії;
• звукові: музика, спів птахів, крики тварин, доповідь, усне спілкування;
• тактильні: твердий — м’який, гладкий — жорсткий, рідкий — твердий;
• нюхові: різкий, їдкий, запах диму, запах парфумів тощо;
• смакові: солоний, солодкий, гіркий, кислий.

6. Шум

Але не будь-яке повідомлення несе інформацію. Наприклад, повідомлення «2 + 2 = 4» для вас не є інформацією, бо ви це давно вже знаєте.

Одне і те ж повідомлення може нести різну інформацію для різних людей залежно від рівня їх обізнаності. Наприклад, текстове повідомлення може містити корисну й некорисну інформацію для конкретної людини.

Ту частину повідомлення, яке не несе корисної інформації, називають шумом.

Прикладом шуму є повідомлення, написане, наприклад, китайськими ієрогліфами або вимовлене японською мовою, якщо ми не знаємо цих мов.

Не підвищують рівня нашої обізнаності (а отже, несуть шум) повідомлення про результат футбольного матчу, який ми вже знаємо, повідомлення про відомі формули з курсу фізики або математики тощо.

Інформація може перетворюватися на шум. Якщо ми почули по одному з каналів телебачення повідомлення про прогноз погоди на завтра вперше, то воно несе для нас інформацію. Якщо ми того самого дня почули це повідомлення ще раз, то воно буде для нас уже шумом.

З іншого боку,і шум може перетворюватися на інформацію. Так, повідомлення формули для обчислення коренів квадратного рівняння є шумом для учня 7го класу (він її не розуміє). І воно ж стає інформацією для цього учня у 8-му класі під час вивчення відповідної теми.

7. Кодування повідомлень

Для інформації важлива форма її подання. Звичніше виражати інформацію природною мовою спілкування. Одна й та сама інформація може мати різні форми, наприклад, відомості про погоду можуть бути висловлені російською або українською, англійською або німецькою мовою.

Мова спілкування — далеко не єдина форма подання інформації. Коли потрібно оперувати з числами і величинами, використовують різні символьні позначення, наприклад: v— швидкість, m — маса, t — час тощо. В обчислювальній техніці інформацію найчастіше подають у двійковій системі, тобто за допомогою двох чисел 0 і 1.

У процесі передачі інформація може спотворюватися або втрачатися в результаті дії зовнішніх факторів, наприклад дії електромагнітних полів.

Кодування — це процес заміни знаків одного набору знаками іншого набору зі збереженням змісту тієї інформації, яка подається за допомогою цих знаків. Якщо кодування здійснюється за допомогою двох елементів (наприклад, «+» і «–» чи «0» і «1»), то таке кодування називається двійковим. Двійкове кодування інформації для подання її в пам’яті обчислювальних машин здійснюється за допомогою цифр 0 і 1 двійкової системи числення. Подання інформації за допомогою двійкових кодів конструктивно й технічно виявилося зручним тому, що двом знакам, які для цього використовуються, можуть відповідати два різні фізичні стани: намагнічена або розмагнічена елементарна ділянка на поверхні магнітного диска, тече через провідник струм чи ні, зафіксовано світловий промінь чи ні тощо.

Кодування текстової інформації. Сукупність усіх символів, за допомогою яких здійснюється спілкування з комп’ютером, утворює кодову таблицю. Однією з найбільш відомих кодових таблиць є таблиця АSСІІ (Аmеrісаn Stаndаrd Соdе fоr Іnfоrmаtіоn Іntеrсhаngе). Вона містить 256 символів. Символи в кодових таблицях нумеруються числами, і ці номери називаються кодами символів.

Тексти слід розглядати як послідовності символів, і текстова інформація в пам’яті обчислювальних машин подається у вигляді послідовності числових кодів тих символів, зяких вона складається.

Кодування графічної інформації. Графічна інформація, яку можуть опрацьовувати обчислювальні машини, є дискретною. Графічні зображення на екранах моніторів формуються шляхом підсвічення всіх точок екрана певним кольором. Елементом графічного зображення є точка — піксель (Рісturе Еlеmеnt). У практиці використовують таблиці, які містять 16, 256, 65536, понад 4 млн і більшу кількість кольорів.

Поширеним підходом до кодування графічних зображень є занесення в пам’ять обчислювальних машин кодів кольорів точок, з яких вони складаються, причому в такій послідовності, в якій ці точки знаходяться на екрані (у кожному рядку зліва направо). Кодування числової інформації. Двійкові коди цілих чисел будуються шляхом переведення їх у двійкову систему числення.

Для запам’ятовування цілих чисел виділяється певна кількість байт, які називаються машинними словами. Крайній лівий біт машинного слова виділяється для кодування знака числа. Решта бітів займає двійкове подання числа без знака, яке за потреби доповнюється незначущими нулями до потрібної довжини.

Кодування звукової інформації. За своєю фізичною природою звук, який сприймається органами слуху людини, — це звукові хвилі, які розповсюджуються у пружному середовищі. Математично такі хвилі описуються рівняннями, до складу яких входять такі визначальні числові величини, як частота коливань, амплітуда, фаза зміщення. А це є числа, які кодуються за загальноприйнятими правилами.

Кодування керувальної інформації. Керувальна інформація призначена для сприйняття її деяким виконавцем. Якщо виконавцем є технічний пристрій, то він володіє певною системою команд, які можна подавати на його вхід. Якщо виконавцем команд є мікропроцесорна техніка (калькулятори, комп’ютери тощо), то систему команд таких виконавців утворюють команди їх процесорів. Для комп’ютерів ці команди утворюють мову машинних команд. Керувальна інформація в такому випадку записується у вигляді відповідних програм.

8. Одиниці вимірювання інформації

Основною одиницею інформації в обчислювальній техніці є біт.

 Біт — це найменша порція інформації, яку одержують у виборі між двома подіями.

Назву «біт» для одиниці інформації обрано не випадково. Подія, що має два можливих варіанти, може бути записана за допомогою двох цифр: 0 і 1. Число, що набуває двох значень, називається двійковим числом, або англійською мовою Bіnаrу Dіgіt (скорочено bіt — біт).

Біт — одиниця досить дрібна, її недостатньо для вимірювання обсягів інформації, якими оперують сучасні комп’ютери та інші обчислювальні пристрої. Тому використовують більші одиниці, основною із них є байт:

1байт = 2³ = 8бітів.

Байт кратний біту і є послідовністю з восьми двійкових знаків 0 і 1, наприклад, 10110100 або 00101110.

Ще більшими одиницями інформації є одиниці, кратні байту:

1 Кбайт (кілобайт) = 2¹⁰ байти = 1024 байти,

1 Мбайт (мегабайт) = 2¹⁰ кілобайти = 1024 Кбайти,

1 Гбайт (гігабайт) = 2¹⁰ мегабайти = 1024 Мбайти,

1 Тбайт (терабайт) = 2¹⁰  гігабайти = 1024 Гбайти,

1 Пбайт (петабайт) = 2¹⁰ терабайти = 1024 Тбайти.

Зверніть увагу, що префікс «кіло» означає не 1000, а число 1024. Саме стільки дає піднесення двійки в десятий степінь.

9. Інформаційні процеси

 Інформаційні процеси — це процеси пошуку та накопичення, опрацювання та використання, представлення, зберігання та захисту інформації.

Опрацювання інформації — це процес її перетворення, який виконується за деякими правилами. Опрацювання інформації слід відрізняти від перетворення, яке не змінює змісту вхідної інформації (наприклад, підсилення звукових сигналів). Опрацювання інформації залежить від змісту вхідної інформації, але під час самого опрацювання інформація не осмислюється, а лише перетворюється за розробленими алгоритмами. Пристрій, за допомогою якого здійснюється опрацювання інформації, називають процесором.

Процесор разом із запам’ятовувальними пристроями та пристроями введення/виведення інформації, які в сукупності призначені для виконання певних функцій, називають персональним комп’ютером.

На сьогодні людство володіє надзвичайно величезними інформаційними ресурсами. Користування цими ресурсами можливе лише за умови володіння сучасними інформаційними технологіями, під якими розуміють цілеспрямовану організовану сукупність інформаційних процесів із використанням засобів комп’ютерної техніки. Широкомасштабне втілення в життя інформаційних технологій ставить перед суспільством завдання виховання інформаційної культури, яка передбачає не тільки розуміння їх сутності та основ функціонування, але й володіння знаннями й навичками у використанні сучасних інформаційних технологій для розв’язання пізнавально-освітніх, ділових, виробничих та інших проблем. Володіння цими знаннями стає обов’язковим атрибутом будь-якої професійної діяльності.

ІV. Осмислення набутих знань

Перегляд презентації «Інформація. Інформаційні процеси».

V. Практичне завдання

Робота з клавіатурним тренажером. Інструктаж з техніки безпеки.

VІ. Домашнє завдання

Опрацювати конспект уроку і відповідний розділ підручника

VІІ. Підбиття підсумків уроку

Узагальнення навчального матеріалу.