И сигналом. Виды сигналов.

Термин “информация” произошел от латинского слова “informatio”, что означает “разъяснение” или “изложение”. Вопрос “Что такое информация?” покажется очень простым. Действительно, в быту это понимается как передача сведений между людьми. Слово “информация” во множественном числе так и произносится – “сведения”. Однако даже при таком понимании это нечто большее. Рассмотрим следующие примеры информации:

· в автоматизированной системе управления объект характеризуется рядом параметров (давление, температура, скорость, перемещение и др.), значения которых заранее не известны и непостоянны во времени. С помощью датчиков, измерительных и регистрирующих приборов непрерывно или периодически производятся измерения этих параметров - собирается информация для передачи в управляющее устройство, которое на основе выбранных критериев и алгоритмов обрабатывает полученные данные и передает новую информацию – команды, воздействующие на объект управления через исполнительные органы;

· радиоизлучение звезд – рассеянные по галактике шумы, являющиеся для линий космической связи помехами в передаче информации, но для ученого за радиотелескопом это полезная информация о звездах и развитии вселенной;

· шум работающего двигателя автобуса – для пассажиров неприятный, даже кому-то действующий на нервы фактор, но для водителя автобуса это полезная информация о состоянии и качестве работы двигателя;

· ученый-биолог, за микроскопом изучая растение, получает информацию о жизни и развитии его.

Примеров приводить можно бесконечно много. Они позволяют сделать обобщение и дать для обиходной речи такое нестрогое определение информации.

Информация – это совокупность сведений о всевозможных объектах, явлениях и процессах окружающего нас мира, это отражение реального мира. С практической точки зрения информация – это нечто абстрактное. Абстрактная информация всегда представляется в виде конкретного сообщения. Можно сказать, что сообщение выступает в качестве материальной оболочки для представления информации и ее передачи. Сообщение служит переносчиком информации, а информация – содержанием сообщения.

Эти два понятия являются основными в информатике. Научные значения этих понятий несколько отличаются от понимания в обиходной речи и связаны с теорией вероятности. Информационное сообщение от источника сообщения поступает на кодирующее устройство, передается по каналу связи, декодируется и поступает получателю сообщения.

Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. В обоих случаях с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника. Сообщение от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (электрической, световой, звуковой и т.д.).

Соответствие между сообщением и информацией не является взаимно однозначным. Одна и та же информация может быть передана с помощью различных сообщений. Например, общеизвестно, что о начале войны с Германией Сталину поступали самые различные сообщения от разведчиков и дипломатов, от торговых представителей и простых граждан, но все они несли одну и ту же информацию: летом 1941 года Германия нападет на СССР. И, наоборот, одно и то же сообщение может нести различную информацию. Например, сообщение по радио или телевидению о падении самолета с пассажирами на борту несет совершенно разную информацию для обывателя, руководства авиакомпании и родственников погибших. Все зависит от того, как сообщение интерпретируется получателем, то есть как получатель понимает и соотносит полученное сообщение применительно к себе.

Процесс интерпретации может осуществляться человеком или группой лиц, биологическими объектами (например, рефлексы собак) или техническими устройствами автоматики и, конечно, компьютером. Он зависит от многих факторов: что за получатель интерпретирует сообщение, какой информацией он уже располагает, с каких позиций рассматривает сообщение и т.д. Процесс интерпретации в общем случае не может быть определен формально, в то время как сообщение существует всегда в какой-то определенной форме. В этом и заключается абстрактность информации в отличие от конкретности сообщения.

Покажем на примерах связь между сообщением и информацией.

· “Поздно не приду.” / “Поздно, не приду.” – пример того, как дополнительный знак препинания в сообщении существенно изменяет передаваемую информацию.

· Начиная с третьего слова справа, запишем первые буквы (они подчеркнуты) слов следующего сообщения: “такой анализ говорит оналичии практически ежедневных нагрузок”. Получим слово ПЕНТАГОН – пример того, как в открытом сообщении содержится скрытая информация.

· Сообщения службы дорожного движения в виде следующих знаков на языке правил дорожного движения несут информацию для водителей об особом внимании на участке дороги и запрете движения.

Таким образом, исходя из примеров, в отличие от обиходной речи, в информатике под информацией мы будем понимать сообщение.

Для существования информации обязателен какой-то материальный объект, хранящий или передающий ее. Его будем называть носителем информации. В качестве носителей информации могут быть объекты любой физической природы. Современная техника в качестве носителей при передаче информации чаще всего использует:

· механическое движение;

· электрические заряды, напряжение и ток;

· электромагнитные волны, в том числе и световые;

· волны движения в жидкостях и газах, включая звуковые волны.

В качестве долговременных носителей информации при хранении, помимо бумаги, наиболее часто используются намагниченные пленки и покрытия, светочувствительные фотопленки и кинопленки, а также специальные немагнитные полимерные покрытия, обрабатываемые лучом лазера.

Информация на носителе существует в виде сигнала.

Сигнал – это материальное воплощение сообщения в виде, используемом в информационных системах при передаче, обработке и хранении информации. При передаче и обработке информации сигнал представляет собой процесс изменения во времени и пространстве некоторой физической величины (например, импульсы тока), характеризующей состояние информационной системы. Иногда такие сигналы называют динамическими. В системах хранения информации сигналы преобразуются в состояния некоторого материального носителя (записи в виде отверстий на перфоленте, намагниченностей магнитных материалов, изображений на фотопленках и кинопленках) и т.д. Эти сигналы иногда называют статическими.

Та характеристика сигнала, которая служит для представления информации, называется параметром сигнала. Для примера возьмем радио. Передатчик, входящий в состав радиопередающего устройства, вырабатывает ток высокой частоты и питает им передающую антенну (несущая частота).

Управляющее устройство изменяет амплитуду или частоту этого тока в соответствии с передаваемыми сигналами. Данный процесс называется модуляцией, а получающийся при этом высокочастотный ток называется модулированным током. В качестве простейшего управляющего устройства может использоваться микрофон. Модулированный ток высокой частоты, действующий в передающей антенне, вызывает излучение электромагнитной энергии в окружающее пространство в виде радиоволн. Следовательно, сигналом являются электромагнитные волны. В диапазоне средних волн (СВ) сообщения передаются путем изменения амплитуды колебаний, а в диапазоне ультракоротких волн (УКВ) – путем изменения частоты колебаний (амплитудная и частотная модуляция). В первом случае на СВ параметром сигнала является амплитуда, а во втором случае на УКВ – частота колебаний.

Сигнал, воспроизводящий все мгновенные значения физической величины на отрезке времени его существования, называется непрерывным, или аналоговым.В общем случае можно сказать, что характеристики всех явлений реального мира описываются с помощью аналоговых сигналов (световое излучение, звук, давление, температура, электромагнитные волны и т.д.). Это сигналы, передаваемые по радио и телевидению, телефонные сигналы, многие сигналы систем телемеханики и автоматического управления, измерения, регулирования и другие. Поэтому на первых этапах развития вычислительной техники широкое применение находили так называемые аналоговые вычислительные машины (АВМ), или моделирующие установки.

Если параметр сигнала может принимать лишь конечное число значений и существовать лишь в конечном числе моментов времени, то такой сигнал называется дискретным. Вид такого сигнала представляет собой скачкообразное изменение во времени с одного уровня на другой, то есть сигнал имеет импульсную форму. Эти сигналы используются в средствах вычислительной техники, телеграфии, в импульсных системах управления и регулирования. Импульсная техника зародилась в начале 30-х годов прошлого века в связи с развитием работ по телевидению. С этого момента происходит бурное развитие импульсной техники в связи с внедрением импульсных методов работы в радиолокацию, радиосвязь, радионавигацию, радиотелеметрию, радиоизмерения, телефонию, телевидение и т.д.

Дискретные сигналы используются для передачи дискретных сообщений, которые представляют собой (конечные или бесконечные) последовательности знаков.

Аналоговый сигнал, изменяясь во времени, принимает огромное множество информационных значений. В отличие от этого, дискретный сигнал имеет только два информационных значения.

Как ни странно на первый взгляд, это отличие дает дискретным сигналам, по сравнению с непрерывными, большие преимущества. Аппаратура для приема, обработки и передачи дискретных сигналов значительно проще, чем для аналоговых, а значит надежнее и дешевле. В каждом дискретном сигнале легче исправлять ошибки, неизбежно появляющиеся вследствие различных помех. Для дискретных сигналов разработаны специальные методы автоматического обнаружения и исправления ошибок при передаче и обработке информации за счет избыточно введенных сигналов в сообщение на случай пропадания одного или нескольких импульсов в сообщении. Так как дискретный сигнал имеет ступенчатую форму, то есть принимает два значения, то незначительные изменения сигнала по величине можно игнорировать. При этом значение несущей им информации не изменяется. Дискретные устройства потребляют меньше энергии, чем аналоговые.

Любой аналоговый сигнал может быть с той или иной степенью точности преобразован в дискретный путем квантования (деления) по уровню или по времени. Точно так же дискретные сигналы могут быть преобразованы в аналоговые. Для этого используются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП). Учитывая преимущества дискретных сигналов, любой физический процесс может быть представлен посредством дискретных сигналов либо смоделирован с их помощью.

В настоящее время во всех развитых странах мира бурно ведутся разработки бытовой и промышленной аппаратуры передающей, обрабатывающей и принимающей дискретную информацию. Такая техника получила название цифровой. Создание цифровой промышленной и бытовой информационной техники открывает возможности единого подхода к ее проектированию и изготовлению, а также созданию общих хранилищ информации больших объемов. В этих хранилищах могут храниться любые виды информации: телевизионные передачи, кинофильмы, тексты документов, чертежи, картины и рисунки, музыка и т.д. Обработка и представление этой информации на компьютерах производится одинаково. Поэтому сейчас бурно развиваются новые компьютерные технологии, например, мультимедиа, представляющие на экране монитора пользователю одновременно движущиеся картинки, сопровождаемые музыкой и пояснительным текстом.

Лекция 4

Общие процессы восприятия, сбора,