Приложение Информация. В мире и внутри человека

Приложение Информация. В мире и внутри человека

Эта книга описывает внешний мир, окружающий человека. В ней рассмотрены значение и роль информации в этом мире, а также то, как человек использует информационные технологии в своих интересах. Но человек сам постоянно получает, перерабатывает и хранит информацию. Более того, все действия человека, даже самые простые, основаны на полученной информации. Иными словами, рассмотрен мир, полный информации.

Информация бесконечно разнообразна, как и весь мир. Можно считать, что знак эо (бесконечности) означает бесконечность информации вне и внутри человека (центральная точка – переход от внешнего к внутреннему миру человека). Очевидно, что информация не зависит от человека и подчиняется единым законам, которые изучаются теорией информации. Для того чтобы понять единство информации в мире и человеке, необходимо остановиться на некоторых основополагающих характеристиках и свойствах информации.

Основные постулаты (аксиомы), определяющие свойства информации.

•  Информация — это всеобщее свойство материи, которое, вместе с энергией, определяет параметры вектора движения в материальном мире. При этом энергия задает скорость движения, а информация – направление. При поездке на автомобиле скорость движения задается энергией (мощностью, выдаваемой двигателем), а направление определяет водитель, в зависимости от поступающей информации. Также скорость идущего человека определяется его затратами энергии, а направление задается информацией. Можно сказать, что у любого живого существа принцип движения тот же. Скорость течения реки определяется перепадом высот (энергией), а направление зависит от структуры и рельефа местности, т. е. от информации.

• Любое взаимодействие в природе и обществе построено на основе информации, т. е. информационно.

• Можно выявить две разновидности информации:

– первичную – это структуры, формы и свойства вещества (структура кристаллов, строение молекулы ДНК и т. д.);

– вторичную – описание человеком первичной информации.

• В книге рассматривается только вторичная информация.

• Информация всегда связана с материальным ее носителем (памятью). Информация сохраняется в неизменном виде, пока остается в неизменном виде ее носитель, а с разрушением памяти исчезает. Информация хранится в памяти без затрат энергии. Это определяет возможность длительного ее хранения без каких-либо ограничений по использованию. В природе нет памяти с бесконечным временем существования, т. е. она рано или поздно будет разрушена. Для сохранения информации ее необходимо перенести на новый носитель. Так, бумажная книга существует не более 300 лет. Потому и не сохранились древние книги, но информация, в них записанная, продолжает существовать во вновь изданных книгах.

• Информация может передаваться в пространстве или перерабатываться только при использовании энергии.

• Информация обладает свойством размножения или тиражирования, т. е. воспроизводства с сохранением всех характеристик и свойств оригинала. Очевидно, что при снятии копии с оригинала он остается неизменным. Количество копий может быть снято без ограничений.

Поэтому при описании передачи и хранения информации всегда необходимо указать носитель и энергию. Если говорить о современных компьютерах, то энергия – электричество, основной памятью являются магнитные носители (диски и ленты), на которых информация может храниться без энергии. Естественно, чтение и запись информации требуют энергетических затрат (на перемещение диска или ленты, на позиционирование магнитных головок, на передачу данных от головки в компьютер и т. д.).

Важнейшим свойством вторичной информации является возможность ее кодирования и перекодирования, т. е. использование различных алфавитов. При этом длины алфавитов могут быть различными. Самый короткий алфавит – двоичный, содержащий только два символа – «О» и «1». Для представления одного символа требуется один уровень выбранного параметра, а для второго символа – другой уровень. В качестве параметров могут использоваться различные поля и материалы, например электрическое напряжение (как в современных компьютерах), световые сигналы (как в оптоволоконных кабелях), наличие или отсутствие отверстия (как в перфокартах), направление поворота магнитного домена (как в магнитной памяти) и другие варианты. Двоичная система наиболее легко реализуема, т. к. провести селекцию на наличие и отсутствие сигнала относительно просто. Другие алфавиты имеют большее число символов: десятичный – 10, английский – 26, русский – 33, китайский – более 50 тысяч. Сообщение, написанное на любом алфавите, может быть переписано другим алфавитом без потери информации. Так, этот текст написан на русском языке, а в компьютере он запоминается в двоичном коде. В процессе письма постоянно происходит перекодировка из одного алфавита в другой.

Сегодня можно говорить о двух формах представления информации: аналоговой и дискретной. При аналоговой форме информация содержится в форме сигнала. Дискретная форма предполагает использование алфавита с фиксированным числом символов. Есть принципиально важные отличия в представлении аналоговых и дискретных сигналов. В аналоговом сигнале именно форма самого сигнала содержит информацию. А в дискретной форме допускается различная форма знака алфавита (сигнала) в пределах установленных допущений. Так, буква «А» может быть записана в разных вариантах даже на компьютере, например так: а, или А, или А, и при любом написании мы точно знаем, что это буква «А». Человек уже многие годы пользуется как аналоговой, так и дискретной формами представления информации. Обычные канцелярские счеты (или абак, как его называли древние) – это счет с дискретным представлением информации: здесь всегда костяшка находится слева или справа и не может занимать промежуточного положения. А логарифмическая линейка – это счет с аналоговым представлением, ибо результат зависит от места установки сдвижной линейки. Даже современные часы дискретные или аналоговые: цифровые или стрелочные, соответственно.

Сегодня разработаны различные преобразователи информации из аналоговой формы в цифровую и обратно. Первые называются аналого-цифровые преобразователи (АЦП), а вторые – цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Они широко применяются при управлении различными машинами и механизмами, т. к. с датчиков часто поступает аналоговая информация, а в компьютере ведется работа с дискретной информацией. На рис. П1 показан вариант построения системы управления производственным механизмом. Управляющие приводы (различные двигатели) также аналоговые. Поэтому здесь происходят оба преобразования: из аналоговой формы в дискретную и обратно. При этом информационная составляющая не изменяется.

Рис. П1. Схема управления механизмом

Дома мы также постоянно наблюдаем преобразование форм информации. Так, музыка на CD записана в цифровой форме, а динамик воспроизводит ее в аналоговой. Спутниковое телевидение ведется в цифровой форме и на DVD фильм записан «цифрой», а телевизор воспроизводит все в аналоговой форме. Естественно, информация песни или фильма при этом не изменяется. Более высокое качество воспроизведения определяется тем, что при цифровой записи влияние помех на сигнал значительно меньше.

С середины XX века развитие аналоговой и дискретной (цифровой) вычислительной техники шло параллельно. Более того, на начальном этапе преимущество было за аналоговыми вычислительными машинами (АВМ), которые позволяли решать дифференциальные уравнения различной степени гораздо быстрее, чем это делали цифровые вычислительные машины (ЦВМ). АВМ широко использовались для управления различными механизмами тогда, когда ЦВМ применялись только для математических расчетов. Однако цифровая техника развивалась более быстро. Главным достоинством цифровых вычислительных машин является возможность получить результат с любой, заранее заданной точностью. АВМ решала уравнения быстро, но не обеспечивала высокой точности. К началу 80-х годов требования к точности вычислений значительно выросли, а производительность процессоров позволила получать решения за относительно малое время. Это и предопределило победу компьютеров над аналоговыми машинами.

При анализе работы информационных систем нужно учитывать все указанные особенности информации. И необходимо помнить, что информация – всеобщее свойство материи и потому присутствует как в человеческих изделиях, так и вне зависимости от человеческого труда.

Информационные технологии сегодня во многом ассоциируются с Internet – Сеть позволяет работать и отдыхать, делать покупки и управлять банковским счетом, лечиться и учиться, управлять государством и кухонными агрегатами. Именно поэтому в книге основной темой является Глобальная сеть. Принципы организации работы Internet описаны в разд. «Как устроен Internet» данного приложения.

Сегодня исследованиями мозга, в том числе и информации, находящейся внутри него, занимаются врачи и биологи, которые далеки от теории информации. Потому и стало возможным утверждение одного нейрофизиолога, что информация об образе в мозгу человека передается четырьмя электромагнитными двоичными импульсами. Эти четыре импульса, способные передавать образ, он назвал «золотыми». Очевидно, что четырехразрядное слово не может содержать информацию, объем которой несколько миллионов бит, а именно такой объем необходим для того, чтобы описать образ человека, животного или какого-нибудь предмета.

Изучение того, как происходит работа с информацией в мозге, необходимо одновременно для решения двух проблем:

• понять, как работает центральная нервная система человека, что позволит лечить многие болезни на качественно новом уровне;

• использовать полученные знания для создания новых информационных устройств, которые могут быть построены на принципах, используемых человеческим мозгом при обработке информации.

Для того чтобы всесторонне изучать мозг, основной функцией которого является обработка информации, необходимо привлекать к этим исследованиям (кроме физиологов, биологов и медиков) также и специалистов по теории информации. В разд. «Информатика мозга» осуществлена попытка оценить то, как проводится работа с информацией в центральной нервной системе человека. Это попытка выдвинуть гипотезу, которая смогла описать движение и хранение информации в человеческом мозге. В разделе проводится анализ энергетики и формы представления информации и не затрагивается ее содержательная часть.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.