О понятии информации в кибернетической управляющей системе
Кибернетика — это наука об общих чертах процессов и систем управления в технических устройствах, живых организмах и общественных организациях. В отличие от устройств, преобразующих энергию или вещество, для кибернетических систем характерны процессы переработки информации, т. е. процессы извлечения, преобразования, собственно передачи, хранения и восприятия информации.
Основные разделы кибернетики: теория информации систем автоматизированного управления, теория методов управления (программирования), теория систем управления (структур и связей).
Кибернетика включает в себя или использует различные научные дисциплины, а ее положения и методы, в свою очередь, находят применение в различных разделах науки. Важной особенностью кибернетики является принципиально новый метол изучения объектов и явлений — математический эксперимент (машинная модель, в отличие от модели физической).
Информация систем автоматизированного управления - основное понятие кибернетики (подобно понятию энергии и материи кибернетики (подобно понятию энергии и материи в физике). При любом процессе управления происходят передача информации и переработка управляющей системой входной информации в выходную. Кибернетика изучает управляющие системы с точки зрения их способности воспринимать информацию, хранить ее в памяти, передавать по каналам связи и перерабатывать в выходные сигналы, направляющие действие системы в соответствующую сторону. При этом необходимы контроль и регулирование, ’ заключающиеся в сравнении информации о результатах предшествующего этапа деятельности с информацией, соответствующей условиям достижения цели, в оценке рассогласования между ними и выработке корректирующего выходного сигнала. Рассогласование вызывается внутренними и внешними возмущающими воздействиями, главным образом случайного характера.
В широком смысле под информацией систем автоматизированного управления понимают те сведения об окружающем мире, которые получены в результате взаимодействия с ним, приспособления к нему и изменения его в процессе этого приспособления.
В кибернетике понятие «информация» конкретизировалось и употребляется для обозначения сведений, знаний наблюдателя (получателя информации) по отношению к источнику информации (объекту, среде); о его организации, структуре, параметрах. При этом различают априорные и апостериорные сведения (до и после передачи информации). Таким образом, процесс передачи информации систем автоматизированного управления предполагает наличие двух объектов: источника информации и приемника (получателя, пользователя).
Передача информации от одного объекта к другому возможна благодаря тому, что вся материя обладает свойством отражения. Конкретизация этого положения в кибернетике приводит к выводу, что отражение о) (как фундаментальное свойство материи, обеспечивающее возможность передачи информации) включает в себя два аспекта; физическое взаимодействие (его факт) и то значение, которое по соглашению приписывается результату взаимодействия.
Каждому аспекту соответствует некоторая информация: Ивз — информация, содержащаяся в факте наличия взаимодействия, факте получения в какой-то момент времени сигнала определенной организации, формы, длительности и т. п.; Изн — информация о значении, присвоенном по некоторому виду данному результату взаимодействия.
Поскольку наблюдатель может иметь некоторую начальную информацию Инач о состоянии объекта — источника информации, то после получения сигнала он располагает информацией.
Составляющие информации систем автоматизированного управления могут быть условными и безусловными:
- Ивз, как следствие факта взаимодействия, не является безусловной составляющей информации, независимой от получателя и его состояния;
- Изн, как следствие соглашения, является зависимой (условной) составляющей информации; она предполагает наличие у получателя возможности использования правил coглашения, т. е. наличие интеллекта нужного уровня (человеческого, машинного) для coзнательного, рефлекторного или автоматического действия;
- Инач, как следствие предварительной подготовки получателя (обучения, тезауруса сведений), — также условная составляющая.
Общий состав информации в зависимости от уровня восприятия (отражения) меняется.
На основании полученной информации, после ее переработки, получатель может выработать («придумать») новую информацию которая используется для корректировки системы управления по результатам предыдущей деятельности и для постановки новых задач. Составляющая информации также является условной, зависящей от уровня организации и сложности получателя. Полная информация получателя на этом этапе.
Для каждой из составляющих следует различать их состояние до и после процесса и отражения систем автоматизированного управления.
Информация является одним из свойств д материи порождать многообразие состояний и явлений у одного объекта, передавать его другим материальным объектам посредством отражения и порождать многообразие состояний приемника информации (его структуры и организации) при восприятии информации. Степень соответствия состояний приемника состояниям источника зависит от влияния среды и внутренних возмущений. Получение информации дает новые или дополнительные сведения о состоянии источника информации и ведет к снятию или уменьшению существовавшей в отношении него неопределенности. Поэтому информация является мерой определенности ситуации. Сопряженное с ней противоположное понятие — меру неопределенности — в кибернетике называют энтропией. Информация и энтропия равны, но имеют противоположный смысл (знак).
Единица количества информации систем автоматизированного управления — это информация, содержащаяся в некотором стандартном элементарном сообщении, условия формирования которого оговорены. Такое сообщение образуется в результате выбора одного состояния (элемента, сигнала) из принятого набора (алфавита) равновероятных и независимых состояний, и ему соответствует максимальное количество информации (КИ), приходящееся на один символ алфавита.
Для определения масштаба единицы используется формула Хартли-Шеннона для количества информации.
Полагая, что элементарное сообщение состоит из одного элемента (п — 1), можно определить количество информации, соответствующее выбору одного символа из возможного набора т элементов. Таким образом, масштаб единицы зависит от числа т и принятого основания логарифмов а.
Бит (от binary digit — двоичный знак)- двоичная единица информации систем автоматизированного управления, равная количеству информации, содержащемуся в элементарном сообщении, полученном в результате выбора одного из двух (т = 2) равновероятных и независимых состояний (элементов) и определенном при основании логарифмов, а =2:
Дит — (иногда именуется Хартли) — десятичная единица информации систем автоматизированного управления — количество информации, содержащееся в сообщении, полученном в результате выбора одного из десяти равновероятных состояний при основании логарифмов.
Байт — наименьшая адресуемая группа битов. Обычно байт содержит восемь битов, что соответствует необходимому объему памяти для записи одного десятичного числа или буквы слова в двоичной системе; в микропроцессорах могут адресоваться отдельные биты информации.
Дибит (от dibit — двойной бит) — группа из двух битов. Четырьмя возможными состояниями дибита являются 00, 01, 10 и 11.
Условные единицы количества информации систем автоматизированного управления. В практике широко используют единицы измерения информации, имеющие конкретное значение только в границах некоторого объекта (АСУ, ЭВМ, приемно-передающей аппаратуры).
Слово (машинное) — упорядоченная последовательность информации (сигналов, символов) с ограничителями в начале и конце слова. Обычно слово имеет фиксированную длину, но в разных случаях различную.
Для конкретного объекта при фиксированной длине слова обусловливается число разрядов (например, 32 двоичных разряда, т. е. бита).
Фраза, слогу элемент данных, агрегат, данных, набор данных, запись, блок записей, пакет затеей, сегмент, экстент, массив, файл, том, поле, пространство — это области местонахождения (физические или логические) обрабатываемой или хранимой информации, а также количество информации, соответствующее этой области, выражаемое обычно оговоренным числом бит, байт и т. п.
Следует учитывать существующее наложение и пересечение названных понятий, вызванное отсутствием общепринятого их толкования.
Натуральные единицы измерения объема информации. Часто нет необходимости рассчитывать количество информации в битах (байтах). В таких случаях определяется объем информации в единицах измерения количества носителя информации или языковых средств записи информации.
В первом случае используются единицы измерения: число листов документа, число перфокарт, шт.; длина перфоленты и магнитной ленты, м; число дисков, цилиндров, дорожек, шт. и т. п.
Во втором случае: число букв, цифр, знаков, сигналов, посылок, символов и их группировок — кодов, сообщений, строк, граф, страниц и т. п., шт. Косвенно объем информации систем автоматизированного управления характеризуется временем передачи, обработки информации для конкретного оборудования.
Единицы измерения скорости движения информации систем автоматизированного управления. Скорость движения информации (передачи, приема, обработки) определяется числом единиц информации, отнесенным к единице времени: бит/с, карт/мин, знаков и операций/мкс и т. д. В телеграфии применяется единица скорости передачи бод (bond), равная числу элементарных посылок тока (тактов), передаваемых за 1 с (т. е. числу дискретных состояний сигналов в секунду).