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: И_вз — информация, содержащаяся в факте наличия взаимодействия, факте получения в какой-то момент времени сигнала определенной организации, формы, длительности и т. п.; И_зн — информация о значении, присвоенном по некоторому виду данному результату взаимодействия.

Поскольку наблюдатель может иметь некоторую начальную информацию И_нач о состоянии объекта — источника информации, то после получения сигнала он располагает информацией.

Составляющие информации систем автоматизированного управления могут быть условными и безусловными:

• И_вз, как следствие факта взаимодействия, не является безусловной составляющей информации, независимой от получателя и его состояния;
• И_зн, 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;
• И_нач, 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).