1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM 1.1. Információ és adat Az információt többféleképpen megfogalmazták, álljon itt néhány: Az információ olyan adat, amelyet egy rendszer a működése során felhasznál. Új hír közlése valaki számára. Minden anyagi rendszer tartalmaz információt, mely bizonyos fajta rendezettséggel jellemezhető. Minél nagyobb egy rendszer rendezettsége, annál nagyobb az információtartalma. A döntéselméleti definíció szerint az információ bizonytalanságot szüntet meg, döntést készít elő. Az információ a tájékozódás, a tudakozódás, az értesülés és a felvilágosítás eredménye. Az információ olyan tény, mely új ismereteket tartalmaz, ezáltal csökkenti a bizonytalanságot. Bármelyik megfogalmazás tűnik szimpatikusnak, mindegyik valamilyen szemszögből lefedi a fogalom magyarázatát. Az információ olyan tudás, ami valaki (vagy valakik) számára fontos. Az információ szubjektív fogalom: mindenkinek más fontos. A fontosság idővel is változhat. Például: a Matematika II. előadások időpontja teljesen mellékes azon hallgatók számára, akik a Matematika I. kurzusait látogatják, tehát ez számukra nem információ. A helyzet megváltozik, ha valaki teljesíti a Matematika I. követelményeit. Az információ mérésére egyelőre nincs elfogadott módszer. Az első definícióban megjelent egy számunkra fontos fogalom, az adat. Az IBM a következőképpen fogalmazta meg az adat fogalmát: Az adat tények, fogalmak, eligazítások olyan formai megjelenése, amely alkalmas az emberi vagy az automatikus eszközök által történő kommunikációra, értelmezésére, feldolgozására. Ennél létezik egy tömörebb, és talán világosabb magyarázat, mely szerint az adat valamilyen formában tárolt ismeretet jelent. Az adat valakinek vagy valaminek egy rögzített jellemzője. A vasúti menetrend a pályaudvari nagy kijelzőkön vagy a weben kiírva adatnak számít, a hangosbemondóval bemondva nem adat. Az adat tulajdonképpen rögzített információ. Az adat mennyisége mérhető. A szokásos mértékegységek a bit és bájt. (Részletesen lásd az Adatmennyiség című fejezetet.)
1.2. Jel Az adatot (ezzel az információt is) a különböző jelek hordozzák. Jel lehet például a hang („Vigyázz, dől a fa!”), szimbólum (), testmozdulat (), az elektromos feszültség változása stb.
1.3. Kódolás Kódolásról beszélünk, amikor átalakítunk egy információt más formára úgy, hogy annak jelentéstartalma ne sérüljön. Követelmény, hogy az adatok kódolás előtti és utáni formája között kölcsönös megfeleltetés legyen. A kódolás áttérést jelent az egyik jelkészlet és az ezzel összefüggő szabályrendszer használatáról a másik jelkészletre és szabályrendszerre. A kódolásnak számtalan formája lehet, a variációk száma végtelen, határt csak az emberi elme szabhat. A kódolásról a legtöbb embernek a titkosírás jut eszébe. A titkosítás tulajdonképpen egy adatfolyam eltorzítása úgy, hogy annak eredeti tartalma ne jelentsen információt egy harmadik fél számára. Vannak azonban kialakult szabályok, melyek azt a célt szolgálják, hogy a jel mindenki számára ugyanazt szimbolizálja. Ezek a betűk, számok és egyéb olyan jelek, melyek a hétköznapjainkban elengedhetetlenek számunkra. A lejegyzett szöveg is egyfajta nyilvános kódolás, mely egységeleme a karakter. Karakterek lehetnek:
kis és nagybetűk (a, b, c, …, A, B, C, …) számjegyek (0, 1, 2, 3, …) különleges jelek (?, /, *, %, =, …) Csak betűkből álló karaktersorozatot alfabetikusnak nevezzük, csak számokat tartalmazó sorozatok a numerikus sorozatok. Amelyben mindkettő jelen van, azok az alfanumerikus karaktersorozatok. A karaktereket még tovább szoktuk kódolni, hogy más körülmények között is használhatók legyenek. A számítógépes feldolgozásban a Neumann-elv egyik eleme, a kettes számrendszer érvényesül.
1.4. Kommunikáció Kommunikációnak nevezünk minden olyan folyamatot, amiben információ továbbítása történik. Két ember beszélgetése vagy a vasúti hangosbemondó közlése is kommunikáció. A kommunikáció modellje: Vevő
Adó Információs csatorna
A kommunikáció azért kezdődik el, mert valakinek közlendője van. A közlendőt hírnek nevezik. Például egy tanuló tudja arra a kérdésre a választ, amit a tanár a felelőtől kérdez, és súgni szándékozik. A kérdésre adandó válasz a hír, a súgni szándékozó tanuló a hírforrás. A hírt a továbbításhoz valamilyen módon kódolni kell. A kódolás az információ átalakítása másmilyen formájúvá azért, hogy továbbítható legyen az átviteli csatornán: olyan „alakúra” kell hozni, amely meg tudja változtatni az átviteli csatorna valamilyen fizikai jellemzőjét (légnyomásváltozás, fényerőváltozás stb). A kódolt hír a közlemény. A kód lehet a beszélt nyelv, az írás, vagy az elektromos feszültségek szintjei stb. Az előző példa folytatása: a súgni szándékozó tanuló beszéd formájában kódolja a hírt, és a szájában található hangképző szervekkel a közleményt útjára bocsátja.) A közlemény valamilyen csatornán (közegen) keresztül továbbítódik. A súgós példában a levegő a közeg. A közleményt a vevő – a felelő hangfelfogó szervei, agya – dekódolja. Ehhez persze ismernie kell a kódolás módját – értenie kell a beszédet az adott nyelven. A hír a különböző zavaró hatások következtében torzulhat. Legtöbb esetben a csatornában keveredik zaj a jelhez (a tanár pont a súgás közben kérdez, és a hangja – zaj – részben „elfedi” a súgást), de származhat hibás kódolásból és dekódolásból is. A torzított hír eljut a címzetthez, jelen példában a felelőhöz.
1.5. Információs rendszer, informatika Az mindazon módszerek, eljárások, folyamatok és eszközök szervezett együttese, mellyel a szervezet tevékenységéhez információt állít elő, befogad, tárol, feldolgoz és továbbít. A szervezet meghatározásába éppúgy beletartozik egy nagyvállalat, mint egy kis falusi iskola,a lényeg a folyamat, mellyel az információt hasznosítani tudja. Az az információs rendszerek fejlesztésének, működtetésének, hasznosításának törvényszerűségeivel foglalkozó tudományág. A magyar nyelvhasználatban sok esetben fogalomzavar lép fel, amikor az informatika és a számítástechnika kifejezés előkerül. A az informatikának csak egy részterülete, mely főleg az eszközökkel foglalkozik. információs rendszer
informatika
számítástechnika
2
1.6. Adatmennyiségek Az adatmennyiséget bitben, illetve bájtban mérjük. A bit (BInary digiT) az adat legkisebb mértékegysége, jele: b. (Néhány tankönyv szerint: a bit az információ legkisebb egysége – ez nem igaz, hiszen az információ önmagában nem mérhető, csak az adat.) Egy eldöntendő kérdésre adható válasz értéke pont egy bit – ugyanis pont kétféle válasz lehetséges: igaz vagy hamis (másképpen: 0 vagy 1; 0V – -5V stb.) Eldöntendő kérdés például: „Tegnap Sopronban este 10-kor volt-e teljes holdfogyatkozás?”. Erre a kérdésre kétféleképpen lehet válaszolni: egyértelmű igennel vagy nemmel. Valamivel nagyobb mértékegység a bájt (byte – BinarY TErmin). Egy bájt 8 bitből áll öszsze, nyolc eldöntendő kérdésre tárolhat választ. A bájt jele: B. A bájt 1. bitjének értéke kétféle lehet (1, 0). A 2. bit értéke is kétféle lehet. A két bit együttesen kétszer kettő, tehát négyféle különböző értéket vehet fel (11, 10, 01, 00 - ez pont 22 = 4 lehetőség). Ugyanezt a gondolatmenetet folytathatjuk 3 bitre (2 · 2 · 2 = 23 = 8 érték: 111, 110, 101, 100, 011, 010, 001, 000), 4 bitre (2 · 2 · 2 · 2 = 24 = 16 érték), 8 bitre (2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 = 28 = 256 érték). Tehát 1 bájton 256-féle érték (később tárgyalandó módon: karakter, képpont szín stb.) tárolható. Mind a bit (elsősorban átvitel jellemzésére használjuk), mind a bájt (elsősorban tárolás jellemzésére használjuk) meglehetősen kis érték, ezért a többszöröseiket is használjuk: kilobájt (KB), megabájt (MB), gigabájt (GB), ..., kilobit (Kb), megabit (Mb), gigabit (Gb)... 1 bájt (B) = 8 bit (b) 1 KB (kilobájt) = 1024 B =210 B 1 MB (megabájt) = 1024 KB = 1024 · 1024 B = 1 048 576 B = 2220 B 1 GB (gigabájt) = 1024 MB = 1024 · 1024 · 1024 B = 1 073 741 824 B=230 B 1 TB (terabájt) = 1024 GB = 1024 · 1024 · 1024 · 1024 B = 1 099 511 627 776 B = 1040 B 1 Kb = 1024 b =210 b 1 Mb = 1024 Kb = 1024 · 1024 b = 1 048 576 b = 210 b 1 Gb = 1024 Mb = 1024 · 1024 · 1024 b = 1 073 741 824 b = 220 b Mivel a bitek, bájtok tartalma a legegyszerűbben kettes számrendszerben írható le (hiszen minden bit kétféle értéket vehet fel, és a bájt bitekből áll), az informatikában leggyakrabban a kettes számrendszert használják - emiatt lett a váltószám 210 = 1024, és nem 1000. Hogy az SI-ben is használt prefixumoktól (kilo-, mega-, giga-, …) megkülönböztessük az informatikában használtakat, ez utóbbiakat nagy betűvel rövidítjük.
1.7. A számítógép működésének feltételei A számítógép működésének feltételeit két alapvető csoportba sorolhatjuk: hardver (hardware) és szoftver (software). Az első csoportot a szemmel látható, kézzel fogható dolgok alkotják: monitor, billentyűzet, hajlékonylemezek (floppy), különböző egerek, memória, szünetmentes tápegység, hangszóró stb. Hardveren azon fizikai berendezések összességét értjük, amelyek a számítógép működéséhez szükségesek. A számítógép működéséhez szükségesek a hardvert működtető programok, adatok (például egy mentett dokumentum). Mindezekben közös, hogy nem kézzelfoghatóak. Szoftvernek a hardvert működtető dolgokat nevezzük.
3
1.8. Analóg és digitális jelek Az adatokat a jelek szállítják. A jel lehet analóg vagy digitális. Az analóg jel változása időben folytonos, két értékhatár között bármilyen értéket felvehet. Analóg jel például egy tó felszínén a víz hullámzásának érzékelése a part mentén álló mélységmérővel. A mélységmérőn folytonosan változik a vízszint magassága, és bármekkora (végtelen sokféle) értéket felvehet a realitás határain belül. További példák: hangfelvétel mikrofonnal, hangrögzítés magnókazettára, képrögzítés videomagnóval, a Analóg jel hőmérséklet változása a nap folyamán. A digitális jelek két értékhatár között véges sok, egymástól jól elkülöníthető értékeket vehetnek fel. Az ilyen jelek változása ugrásszerű. Digitális jel például egy hagyományos, „mutatós” óra másodpercmutatója. A mutató ugrik egyik másodpercről a másikra, a másodpercek közötti időt nem mutatja. A másodpercmutató 60 különböző állapotot vehet fel. A digitális jelek egy speDigitális jel ciális esete, amikor csak kétféle érték lehetséges. Ezek a bináris jelek. A gyakorlatban használt számítógépek binárisan tárolják, továbbítják és dolgozzák fel az adatokat. A kétféle értéket jelölhetjük 0-val és 1-gyel. A gyakorlati elektronikus megvalósítása lehet például két különböző feszültségszint – a 0-t jelentheti a 0V, az 1-et pedig a +5V. Mágneses adattárolásnál két különböző irányú mágnesezettség, optikai esetben a fény hiánya, illetve megléte adhatja a két állapotot. A digitális jelek előnye az analóg jelekkel szemben, hogy kevéssé érzékenyek a külső hatásra, illetve a szándékos átalakításkor (például erősítéskor) fellépő torzulás könnyen kijavítható. A számítógépeink digitális (pontosabban binárisakkal) mennyiségekkel működnek, viszont a körülöttünk lévő világban gyakori az analóg jel, például a kép és a hang. A számítógépes tároláshoz, munkához az analóg jeleket digitalizálni kell. Ez az analóg-digitális átalakítás. Egy intervallumon belül a digitális jel kevesebb állapotot különböztet meg, mint az analóg - ebből következik, hogy az analóg jelet nem lehet veszteségmentesen digitálissá alakítani. Például a másodpercmutató (digitális) nem alkalmas a másodpercek között eltelt idő (analóg) mérésére. Ez általában nem probléma, hiszen a legtöbb esetben elegendő az időt másodperc pontossággal mérni. A digitális állapotok számát – és egyben azt, hogy milyen értéktartományt tekintenek egy értéknek – a tervezők az elvárt pontosságnak megfelelően választhatják meg. Készíthetnek olyan órát, amelyik például század- vagy ezredmásodpercenként „ugrik” (stopperóra). Nyilván úgy fogják megválasz4
tani a hang és a kép esetében az állapotok számát, hogy érzékszerveink már ne vegyék észre az információvesztést. Az analóg jelek a szükséges (tetszőleges) pontossággal digitálissá alakíthatók. Analóg-digitális jelátalakítókat találunk a számítógépben, például a hangkártya bemenetein (ahová a mikrofon csatlakozik). A számítógépben található digitális adatokat esetenként analóg jellé kell alakítani. Például a tárolt zenéket (digitális) hang formájában (analóg) akarjuk visszakapni. Ez a folyamat a digitális-analóg jelátalakítás. A digitális jelek veszteség nélkül analóggá alakíthatók. Digitális-analóg jelátalakítót találunk például a hangkártya kimenetein (ahová a hangfal csatlakozik).
5
