Maturitní otázky

15. Teorie informace

4 min read

Informace, jednotky

Informace je definována jako údaj, který snižuje nejistotu nebo přináší nové poznatky. V teorii informace se často měří množství informace, kterou událost nebo zpráva přináší. Informace je úzce spjata s daty, ale má vyšší hodnotu, protože data jsou pouze surové hodnoty bez kontextu.

V informatice pracujeme s informacemi, které se přenášejí a ukládají v digitální podobě. Základní jednotkou informace je bit (binary digit), který může mít hodnotu 0 nebo 1. To odpovídá dvěma stavům – například zapnuto/vypnuto, pravda/nepravda.

Z více bitů se skládají větší jednotky. 1 byte (bajt) = 8 bitů. Bajt je základní jednotka pro uložení jednoho znaku (například písmena nebo čísla). Větší jednotky informace jsou násobky bajtů. V informatice se používají dvě soustavy:

  • Desítková (SI) – 1 kilobajt (kB) = 1 000 bajtů

  • Binární (IEC) – 1 kibibajt (KiB) = 1 024 bajtů

Proto se často setkáme s rozdílem mezi skutečnou a udávanou velikostí souborů nebo disků.

Bitová informace se dá kvantitativně vyjádřit i pomocí tzv. Shannonovy teorie informace – čím je pravděpodobnost nějaké události menší, tím více informace přináší, když nastane.

Ukládání dat v počítači

Počítač ukládá veškerá data ve formě binárního kódu – tedy posloupnosti nul a jedniček. Všechno, co v počítači vidíme nebo používáme (obrázky, zvuky, texty, programy), je ve skutečnosti zapsané pomocí bitů. Každý typ informace má svou specifickou reprezentaci:

  • Text
    • Znaky jsou převedeny na číselné kódy podle tabulky (např. ASCII, Unicode).
  • Čísla
    • Ukládají se v binární podobě jako celá nebo desetinná čísla.
  • Obrázky
    • Rastrové obrázky jsou tvořeny mřížkou bodů (pixelů), každý bod má svoji barvu zakódovanou např. v RGB.
  • Zvuk a video
    • Ukládají se jako digitální vzorky v určitých intervalech (samplování), často komprimované.

Paměťová média

Počítač používá různé druhy pamětí a úložišť podle potřeby rychlosti, kapacity a trvalosti dat. Liší se tím, jak rychle k datům přistupují, jak dlouho je uchovávají a zda se data po vypnutí ztratí nebo ne.

  • RAM (operační paměť)
    • Rychlá, ale nestálá paměť. Slouží jako pracovní prostor pro spuštěné programy. Po vypnutí počítače se smaže.
  • HDD (pevný disk)
    • Mechanický disk s magnetickými plotnami. Data zůstávají i po vypnutí. Výhodou je velká kapacita za nízkou cenu, ale je pomalejší a náchylný na poškození.
  • SSD (disk bez pohyblivých částí)
    • Používá flash paměti, je mnohem rychlejší než HDD, tichý a odolnější, ale bývá dražší.
  • USB flash disk, SD karta
    • Přenosná paměť, využívá stejný typ technologie jako SSD, vhodná pro přenos nebo zálohu souborů.
  • Cloudové úložiště
    • Data se ukládají na vzdálené servery přes internet. Přístup odkudkoli, výhodné pro zálohování a sdílení, ale závislé na připojení.

Formáty a souborový systém

Data jsou v počítači organizována do souborů. Každý soubor má:

  • příponu, podle které systém rozpozná typ souboru (.docx, .jpg, .mp3…),
  • název, pod kterým se zobrazuje uživateli,
  • a tzv. metadata, což jsou informace o souboru (datum vytvoření, velikost, oprávnění…).

Souborový systém (např. NTFS, FAT32) určuje, jak se soubory fyzicky ukládají na disku a jak k nim systém přistupuje.

Kódování, šifrování, komprimace (Kryptografie)

-Kryptografie se zabývá ochranou dat před neopravněným přístupem.

  • Klíčové oblasti:
    • Kódování: Převod dat do formátu pro snadnější uložení nebo přenos.
    • Šifrování: Zabezpečení dat pomocí klíčů, aby byla čitelná pouze oprávněným stranám.
    • Komprimace dat: Zmenšení velikosti dat pro efektivnější ukládání a přenos.

Kódování

Definice:

  • Kódování je proces transformace dat do jiného formátu, který závisí na dané aplikaci nebo protokolu.
  • Nemá za cíl bezpečnost, ale kompatibilitu nebo optimalizaci.

Příklady kódování:

  1. ASCII a Unicode: Standardy pro kódování znaků do binární podoby.
    • ASCII: 1 bajt na znak (např. “A” = 65).
    • Unicode: Kódování s podporou globálních znaků (UTF-8).
  2. Base64: Převod binárních dat do textové podoby pro snadný přenos.
    • Např. text “Hello” částečně v Base64: “SGVsbG8=“.
  3. Morseova abeceda: Kódování písmen do sekvence teček a čárek.

Šifrování

Definice:

  • Proces transformace dat tak, aby byly čitelné pouze oprávněným stranám.
  • Vyžaduje algoritmus a klíč.

Typy šifrování:

  1. Symetrické šifrování:

    • Jeden klíč pro šifrování i dešifrování.
    • Algoritmy: AES (Advanced Encryption Standard), DES (Data Encryption Standard).
    • Použití: Šifrování pevných disků (např. BitLocker).

  2. Asymetrické šifrování:

    • Používá dvojici klíčů (veřejný a soukromý).
    • Algoritmy: RSA (Rivest-Shamir-Adleman), ECC (Elliptic Curve Cryptography).
    • Použití: HTTPS, digitální podpisy.

  3. Hashování (nevratný proces):

    • Slouží k vytvoření otisku dat (hash).
    • Algoritmy: SHA-256, MD5.
    • Použití: Osvědčení integrity dat.

Příklad šifrování:

  • Otevřený text: “TajnaZprava”
  • Šifrování pomocí AES s klíčem: “vF5c2X93h9hKe”

Komprimace dat

Definice:

  • Proces redukce velikosti dat při zachování jejich obsahu.

Typy komprimace:

  1. Bezeztrátová komprimace:
    • Plná obnova původních dat.
    • Příklady: ZIP, PNG, FLAC.
  2. Ztrátová komprimace:
    • Redukce dat s odstraněním nepodstatných informací.
    • Příklady: MP3, JPEG.

Algoritmy:

  • Huffmanovo kódování: Optimalizace dle frekvence symbolů.
  • Run-Length Encoding (RLE): Nahrazuje opakující se sekvence zkrácenými kódy.

Použití v praxi

  1. Bezpečnost komunikace:
    • Protokol HTTPS zajišťuje šifrování dat mezi klientem a serverem.
  2. Autentizace:
    • Digitální podpisy (např. RSA) garantují pravost a integritu dokumentů.
  3. Ochrana dat:
    • Šifrování uložených dat pomocí AES nebo VeraCrypt.
  4. Komprimace souborů:
    • ZIP pro redukci velikosti při sdílení.

Graph View

Backlinks