Informatika I - 5. doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. KIN. Spojení: Ing. Bc. Marian Lamr INN

Transkript

1 Informatika I - 5 Sémiotický model informačních úrovní, signály modulace, přenosový kanál, znaky, datová úroveň informace, syntaxe. Kódy a kódování, číselné a znakové kódy. Přednáší: Konzultace: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. KIN Ing. Bc. Marian Lamr nebo dle dohody Spojení: jan.skrbek@tul.cz marian.lamr@tul.cz 1

2 Informace Informace (z lat. in-formatio, utváření, ztvárnění) je velmi široký, mnohoznačný pojem a užívá se v různých významech. V nejobecnějším slova smyslu je informace chápána jako údaj o reálném prostředí, o jeho stavu a procesech v něm probíhajících. Informace snižuje nebo odstraňuje neurčitost (entropii) systému (např. příjemce / uživatele informace). Množství informace je dáno rozdílem mezi stavem neurčitosti systému, kterou měl systém před přijetím informace, a stavem neurčitosti, která se přijetím informace odstranila. (Wikipedia) 2

3 DATA CAPTA INFORMACE ZNALOST MOUDROST capta capture data - výběr vhodných dat (ze všech dosažitelných) 3

4 Úrovně informace Technici/inženýři tvůrci počítačových systémů Administrativa novináři Manažeři lidé při rozhodování INFORMACE SIGNÁLY lidské poznání ZPRÁVY Sekvencím symbolů DATA je přiřazován obsah Sémantika vhodné signály prezentují symboly či sekvence symbolů Syntaxe zprávám je přiřazován význam (smysl) Pragmatika Fyzikální svět Myšlení - vytváření konceptuálních modelů světa Sémiotické pojetí informace 4

5 Signály INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ nejnižší úroveň informace fyzikální veličiny, zpravidla s nízkou energetickou úrovní (elektrické napětí, světlo, inkoustová stopa - statický signál). iniciují reakce na straně příjemce Informační systémy 1 jsou rozdílně vyhodnocovány živými organismy (např. reflexy) a neživými subjekty (senzory/čidla) 5

6 INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ Informační systémy 1 z hlediska neživých subjektů je signální úroveň informací předmětem zájmu techniků a inženýrů (optimalizace přenosu, zpracování a ukládání informace). u živých organizmů je předmětem zájmu o informační procesy např. neurofyziologie. Nervová soustava člověka (mozek) signály v ní vyvolávají nebo evokujjí konkrétní význam, který s nimi spojujeme na základě učení a získávání zkušeností. 6

7 Signály INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ pro záznam/uchování: optické (psané, tištěné) magnetické chemické mechanické, pro přenos/zpracování: optické zvukové elektrické elektromagnetické,... 7

8 INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ Elektrické/elektromagnetické signály pro přenos/zpracování Základní rozlišení dle průběhu: digitální signály: analogové signály: 8

9 INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ digitální signály: V 0 V Př. fyzikální reprezentace: log 0 = 0 V log 1 = 5 V tj. logika TTL 9

10 INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ analogové signály: amplitudová modulace frekvenční modulace 10

11 INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ Elektrické/elektromagnetické signály pro přenos/zpracování 11

12 Digitální signály: INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ Amplitudová modulace: Frekvenční modulace: 12

13 INFORMACE - SIGNÁLNÍ ÚROVEŇ Přenosový kanál - modemové spojení Modem modulátor / demodulátor Počítač ADSL modem, Mobilní telefon Digitální telefonie Modem Počítač wifi interface Digitální signál WWW - server 13

14 Úrovně informace INFORMACE ZPRÁVY DATA SIGNÁLY Fyzikální svět Myšlení - vytváření konceptuálních modelů světa 14

15 INFORMACE - DATOVÁ ÚROVEŇ Znaky jsou přípustné signály, které jsou rozeznávány člověkem nebo strojem (nesou určitý význam). 1) Znak, který zastupuje určitou skutečnost a nebo představu (fikci) má vždy fyzikální povahu a formu (rozmanitost). Rozeznáváme tři základní typy znaků: ikony, indexy a symboly 2) Znak jako stavební prvek slov (ve většině jazyků) existuje pak abeceda jako soubor elementárních) znaků, používaných pro presentaci (konceptuální informace). 15

16 INFORMACE - DATOVÁ ÚROVEŇ Znaky jsou přípustné signály, které jsou rozeznávány člověkem (nesou určitý význam). U ikon je vztah mezi označujícím a označovaným dán společným sdílením nějaké vlastnosti. Znaky v těchto vztazích jsou tedy ovlivněné objektem, jeho vnitřní přirozeností, sdílí s ním podobnost, nebo stejné uspořádání vzhledu, které znak vysílá a adresát přijímá. Tyto znaky patrně vznikají v člověku na základě schopnosti abstrahovat objekt a tak k němu vytvořit znak (ikonu - např.: obrazy, portréty, fotografie, schémata, diagramy, grafy). U indexu má vztah mezi znakem a objektem podobu konkrétního, aktuálního vztahu, příčinnosti, či posloupnosti. Existuje zde reálný vztah mezi příčinou a následkem, niterného vztahu označujícího a označovaného. Např.: stopa v písku značí přítomnost člověka, kouř znakem ohně, ukazující prst je označujícím, který má vůči označovanému indexální vztah. Zahoukání klaksonu auta. Zaklepání na dveře je indexem něčí přítomnosti. U symbolu je vztah mezi znakem a významem zcela arbitrární (volný, nenutný). Bez aktivního přispění interpreta, který by mu dodal označující spojení, nemá symbol význam. Znak je tedy možno interpretovat pouze na základě konvencí, nebo předem dohodnutých významů (kódu). Proto do této kategorie spadá většina přirozených jazyků. 16

17 INFORMACE - DATOVÁ ÚROVEŇ Informatika 1 Data Sekvence znaků jsou označovány jako data (př. čísla, slova, dopravní značky). Data jsou odrazem jevů, procesů a vlastností, které existují v okolním světě. Data umožňují zaznamenávání na tzv. nosiče dat (papír, film, disketa, CD-ROM, ) a zpracování. 17

18 INFORMACE - DATOVÁ ÚROVEŇ Informatika 1 Data představují vybrané signály (či jejich kombinace), které nesou určitý význam. Rozhodující pro datovou úroveň jsou syntaktická pravidla - přesné kódování a zápis jednotlivých znaků a možností jejich spojování (ne zcela přesně se jedná o "gramatiku"). Obsah a význam dat a tedy i porozumění přenášené či zpracovávané informaci je v tomto případě mimo zájem. S daty lze provádět některé vybrané operace, které mají obecný charakter jde o formalizované zpracování dat, které lze svěřit také strojům. 18

19 INFORMACE - DATOVÁ ÚROVEŇ Informatika 1 Předností počítačového zpracování je obrovská rychlost, se kterou lze formalizované operace nad daty provádět. Pozn: Nenechme se mýlit, jestliže se v souvislosti s využitím počítačů hovoří o informacích (zpracování informací, informační systémy aj.) - vždy se jedná o datovou úroveň. ČSN: Údaj (mnohdy číslo, data) je obraz vlastností objektu, vhodně formalizovaný pro přesnost, interpretaci, nebo zpracování prostřednictvím lidí nebo automatů. Informace je význam, který člověk přisuzuje údajům. 19

20 SYNTAXE - KÓDY Znaky jsou přípustné signály, které jsou rozeznávány člověkem (nebo strojem). KÓDY - pravidla pro jednoznačné přiřazení mezi znaky a jejich významem. Kódová abeceda - širší význam - představuje množinu, jejímiž prvky jsou elementárními znaky. Chceme-li takovou množinou vyjádřit více významů, než je počet prvků abecedy, je nutné tyto prvky sdružovat do (kódových) slov. 20

21 INFORMACE - KÓDY Specifické postavení v počítačových technologiích: Binární kódování - elementární znaky "O" a "1" (také "true"/"false" či "ano"/"ne"). - dokáží vyjádřit, že nastal právě jeden ze dvou jedině možných stavů. Takto definované nejmenší možné množství informace nazýváme bit (1 b.) - základní jednotka informace. Vyšší jednotky: 1kb = 1024 b = 2 10 b 1Mb = 1024 kb = b = 2 20 b 1Gb = 1024 Mb = kb = b = 2 30 b 21

22 INFORMACE - KÓDY Binární kódování dokáže rozlišit 2 n stavů (n - počet použitých bitů) Chceme-li binárně vyjádřit 4 možné stupně klasifikace (čtyři různé stavy), musíme použít dva bity - sekvenci dvou binárních znaků. Dva bity (n = 2) rozliší čtyři požadované stavy a je jedno, jak tyto kombinace jednotlivým stavům přiřadíme. Jednou přijaté přiřazení (kód) však musíme nadále striktně dodržovat. kód A kód B výborně velmi dobře dobře nedostatečně

23 INFORMACE - KÓDY Binární kódování dokáže rozlišit 2 n stavů (n - počet použitých bitů) kód A kód B kód C A - výborně B výborně mínus C velmi dobře D velmi dobře mínus E - dobře F - nedostatečně

24 INFORMACE - KÓDY Sekvence 8 bitů je 1 byte (1B) - slabika Vyšší jednotky: 1kB = 1024 B = 8192 b 1MB = 1024 kb = B = b 1GB = 1024 MB = kb = B = b 24

25 INFORMACE - KÓDY Nejrozšířenější kódy - standardy: ASCII (American Standard Code for Information Interchange) EBDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) CCITT 2 (Comité Consultatif International Telégraphique et Teléphonique) KOI8 (Kod obměny informacij) Nejrozšířenější v oblasti PC: ASCII 25

26 INFORMACE - KÓDY ASCII původně 7 bitový znaků verze LATIN 2-8 bitový (národní verze) číslice (0-9) písmena velké i malé abecedy znaménka a různé znaky (př. *,/,+,-,@, ) řídící znaky (př. EOT - konec textu, ESC, BELL, ) semigrafické znaky (tvorba rámečků, výplní, ) využití kódové stránky 852 (LATIN 2) nebo 1052 (Czech Windows) 26

27 INFORMACE - KÓDY Číselné kódy - binární, oktalový, dekadický, hexadecimální,... Možnost jejich vzájemných převodů Binární: Oktalový: Hexadecimální: A5C3FFH 27

28 Číselné soustavy Číselná soustava je množina určitých znaků s pravidly, která slouží k zobrazení čísel Elektronický počítač je zařízení, u něhož lze s výhodou rozlišit dva napěťové stavy, jež mohou reprezentovat hodnoty 0 a1 Desítková soustava je pro počítače nevhodná (lepší jsou číselné soustavy se základem mocnin 2) 28

29 Poziční soustavy Pro zápis čísel používáme poziční soustavy, u kterých význam (hodnota) znaku závisí na jeho poloze v rámci čísla Nejrozšířenější jsou polyadické soustavy Jde o soustavy o základu z, kde z je celé číslo větší než 1, také se používá název název z-adické soustavy 29

30 Z-adická soustava V z-adické číselné soustavě lze každé reálné číslo vyjádřit jako Takové číslo vyjadřujeme jako (a n a 1 ) z Příklad: 33 = 4* *7 0 = (45) 7 Soustava se základem 2 - dvojková, obdobně trojková,, šestnáctková, 30

31 Z-adická soustava Pokud používáme soustavu o základu větším než 10, používáme jako znaky větší než 9 písmena abecedy Příklad 15 = F 16 Při zápisu je důležité, že řádová čárka si ve všech soustavách odpovídá - lze převádět samostatně obě části (celou i zlomkovou) 31

32 Převod ze z-adické soustavy do desítkové Výsledek dostaneme pouhým vyčíslením z- adického čísla ve tvaru řady Příklad: = 3* *5 + 4*5 0 = = 1* * *2 + 1*2 0 = 9 3,21 4 = 3* * *4-2 = 3,

33 INFORMACE - Číselné soustavy Hexadecimální kód výsadní postavení základ = 16 - využívá 4 bitů do 1B lze zaznamenat 2 hexadecimální číslice!!! základní číselná soustava v počítačové technice 33

34 INFORMACE - KÓDY dekadická číslo dvojkové číslo hexadecimální číslice A B C D E F 34

35 INFORMACE - KÓDY Redundance - nadbytečnost (rezerva) detekce (či dokonce odstraňování) chyb v přenosu a zpracování informace usnadnění provádění základních operací s daty samoopravné kódy parita (příčná, podélná) - prodloužení bitového řetězce o nevýznamové bity 35

36 INFORMACE - KÓDY Komprimace - užívání "úsporných" kódů, použití kódovacích algoritmů - i za cenu zvýšených nároků na dekódování dat. Vnitřní kódy technických zařízení či softwarových produktů - mnohdy dílčí problémy s převody - může v kombinacích způsobovat i závažnější problémy 36