Информационный процесс: примеры. Информация и информационные процессы (информатика)
Цели урока:
- Закрепить понятие информации.
- Сформировать понятие о способах передачи информации на разных этапах развития человечества.
- Рассказать о языке передачи информации.
- Выяснить, с помощью каких технических средств можно передавать информацию.
- Сформировать понятие “помехи” и выяснить способы их преодоления.
Ход урока.
На доске написано число, тема урока: “Передача информации”, определение:
Информатика – это наука о способах передачи, хранения и переработки информации.
Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. С давних времён люди из поколения в поколение передавали свои знания, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию, обменивались сведениями. Первоначально люди пользовались лишь средствами ближней связи: речь, слух, зрение.
1. Скажите что может быть общего между поэтом А.С. Пушкиным и информатикой?
Оказывается великий поэт, выразитель своей эпохи, оставил свидетельство о том, как в древности люди передавали информацию. Вспомните:
Ветер по-морю гуляет и кораблик подгоняет,
Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.
Кораблик доставлял моряков в разные страны, они вели торг своими товарами, узнавали новости из разных стран и рассказывали о своей стране. На суше все важные новости доставлял гонец – человек, передающий устные сообщения. Развитие письменности породило - Почту.
2. Какими известными вам способами передвигалась почта с древних времён?
Известно, например, применение на Кавказе костровой связи. Два костровых сигнальщика находились на расстоянии прямой видимости на возвышенных местах или башнях. Когда приближалась опасность, сигнальщики, зажигая цепочку костров, предупреждали об этом население
Например, в Петербурге в начале XIX века была развита пожарная служба. В нескольких частях города были построены высокие каланчи, с которых обозревались окрестности. Если случался пожар, то на башне днём поднимался разноцветный флаг с той или иной геометрической фигурой, а ночью зажигалось несколько фонарей, число и расположение которых означало часть города, где произошёл пожар, а также степень его сложности.
- В каких произведениях пожарная каланча как средство визуального наблюдения? (Кошкин дом.)
- В каких фильмах вы встречали передачу сведений об опасности через зажигание костров на башнях ? (Мулан.)
- В каких фильмах использовалась передача информации через стражников на башнях? (Золушка.)
Рассмотрим ситуацию:
“Встретились двое глухих. Один держит в руке удочку.
Другой спрашивает:
Ты что, на рыбалку собрался?
Да нет, я на рыбалку.
А я думал, ты на рыбалку…”
Что помешало обмену информацией? Информация была передана, но до адресата не дошла из-за отсутствия физической возможности её воспринять. Ведь при любом обмене информацией должны существовать её источник и её приёмник.
Когда ты читаешь книгу, эта книга является для тебя источником информации, а ты – приёмник этой информации. Убери книгу – и информация в ней станет для тебя недоступной, поскольку исчез её источник. Закрой глаза или выйди в другую комнату – тогда для книги не будет приёмника информации.
Первый вывод: Если есть передача информации, то обязательно есть её источник и её приёмник(получатель).
Вот несколько ситуаций, в которых можно обнаружить передачу информации. Определи, кто или что является источником, а кто или что - приёмником.
- Пешеход переходит дорогу по регулируемому перекрёстку.
- Школьник учит уроки по учебнику.
- Мальчик играет на компьютере.
- Ты набираешь телефонный номер, чтобы позвонить.
- Ты пишешь поздравительную открытку.
- Ты пишешь адрес и почтовый индекс на конверте.
Обратите внимание на то, что в одних ситуациях информация передаётся только в одну сторону, а в других происходит взаимный обмен информацией.
3. В каких из предыдущих ситуаций происходит обмен информацией и кто в какой момент становится то источником, то приёмником?
А может ли быть так, что:
1. Источник информации один, а приёмников – несколько? Привидите примеры.
2. Источников информации несколько, а приёмник один? Привидите примеры.
3. Привидите примеры с взаимным обменом информации.
При передаче информации важную роль играет форма представления информации. Она может быть понятна источнику информации, но недоступна для понимания получателя. Если я начну разговаривать с вами на английском языке, тогда несмотря на то, что вы изучаете английский язык с первого класса, вы не сможете понять меня, а поймёте только отдельные слова из моей речи.
А вот учащиеся лицеев с углублённым изучением английского языка, смогли бы понять мою речь, то есть восприятие информации от уровня подготовленности принимающего объекта.
Одну и ту же информацию можно передать разными сигналами и даже совсем разными способами. Для передачи информации не так уж существенно, каким образом передавать, а главное – заранее договориться о том, как понимать те или иные сигналы. И если мы об этом договорились, то уже получается код или шифр. Так, например, если горит красный сигнал – это значит нельзя переходить улицу. Загорелся зелёный – иди и не бойся.
А какие коды ты знаешь?
Просто есть коды, к которым мы давно привыкли, которые хорошо изучили и легко понимаем. А другие для нас в новинку, а то и вовсе непонятны.
Например: В русском языке – СОБАКА; в польском – Рies; ванглийском – Dog; во французском – Chien; в немецком – Нund.
Для оценки твоих знаний в школе тоже используются коды:
Отличные знания – “5”; хорошие – “4”; удовлетворительные – “3”;плохие – “2”, а если ничего не знаешь, то можно и единицу получить. Скажем, получил ты “5” и радостный идёшь домой. А немецкий мальчик идёт с пятёркой и горько плачет, потому что в той стране, тот же самый код “5” означает плохие знания – как у нас “1”. Получается, что одни и те же цифры 1, 2, 3, 4, 5 – в разных странах имеют для оценки знаний разный смысл.
Второй вывод: Сигнал сам по себе ещё не несёт информацию. Только когда с помощью сигналов передаётся некоторый код, мы можем говорить о передаче информации.
Для общения друг с другом мы используем код – русский язык. При разговоре этот код передаётся звуками, при письме он передаётся условными знаками – буквами.
Водитель, передавая рассеянному пешеходу информацию о том, что он едет по дороге, может мигнуть светом фар или дать гудок.
Когда ты звонишь по телефону, ты тоже передаёшь на телефонную станцию код – набираешь номер телефона.
Одна и та же кодовая запись может обозначать совершенно разные вещи в зависимости от того, какой смысл мы связываем с этим кодом. Например, набор цифр 120595 может обозначать:
Почтовый индекс;
Расстояние между городами в метрах;
Номер телефона;
Запиши несколько вариантов того, что могла бы означать запись 14-10?
Итак, в любом процессе передачи или обмена информацией существует её источник и получатель, а сама информация передаётся по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и других.
В обычной жизни для человека любой звук и свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку. Например, сирена – звуковой знак тревоги; звонок телефона – сигнал, чтобы взять трубку телефона; красный свет светофора – сигнал, запрещающий переход дороги. Если мы заметили какое-то изменение в окружающей обстановке, то можно сказать, что произошло событие. Школьный звонок вдруг зазвенел после длительного молчания – произошло событие – закончился урок. У чайника на плите вдруг из носика пошёл пар – произошло событие – вода в чайнике закипела.
Привести ещё примеры событий из вашей жизни.
Итак, в передаче информации участвует “Канал связи”. Разберёмся с ним.
Рассмотрим наш урок с точки зрения передачи информации.
Я – источник, говорю с вами на русском языке, кодируя речь понятными для вас словами. Канал связи – воздушная среда, которая передаёт колебания, производимые мною. Вы – получатели информации. Ваше ухо воспринимает колебания воздуха, расшифровывает информацию и вы понимаете, о чём идёт речь на уроке. Представим себе, что вы отвлеклись, и тогда часть сказанного мною не дошла до вас, и вы уходите с урока так и не поняв, о чём говорилось на уроке. Знакомая ситуация, не правда ли? Именно поэтому вас постоянно просят учителя не отвлекаться и не отвлекать других, так как трудно усвоить материал, о котором ты не прослушал объяснения учителя.
Давайте немного отдохнём. Поиграем в игру: “Глухой телефон”. Ведущий передаёт слово первому игроку на ушко, чтобы никто не слышал. Тот, в свою очередь, передаёт следующему и так далее. Затем ведущий спрашивает услышанное слово у последнего игрока, затем у предыдущего и далее по цепочке. Выясняется, что первоначальная информация неимоверно исказилась. Причиной может быть и плохо услышанная информация, и специально неправильно переданное слово. На этом примере мы разбираемся, что не любая информация доходит до получателя в первоначальном виде.
Оказывается, чтобы попасть к своему адресату, информация проходит ещё более сложный путь. При разговоре люди кодируют свою речь понятными для окружающих словами. По воздуху колебания достигают уха собеседника, поступают в головной мозг, декодируются, и только тогда происходит процесс передачи информации. Вот так это происходит.
Полная схема передачи информации.
Если в качестве источника информации выступает техническое устройство (телефон, компьютер и что-то другое), то от него информация попадает на кодирующее устройство, которое предназначено для преобразования исходного сообщения в форму, удобную для передачи. С такими устройствами вы встречаетесь постоянно: микрофон телефона, лист бумаги и так далее.
По каналу связи информация попадает на декодирующее устройство получателя, которое преобразует кодированное сообщение в форму, понятную получателю.
Привести примеры кодирующих и декодирующих устройств.
Запишите, как происходит по этой схеме передача информации в компьютере от клавиатуры к экрану монитора.
Третий вывод: В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться ..
Это происходит из-за различных помех на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации. С такими ситуациями вы встречаетесь достаточно часто: искажение звука в телефоне, помехи при телевизионной передаче, ошибки телеграфа, неполнота переданной информации, неверно выраженная мысль, ошибка в расчётах. Вспомним опять сказку о царе Салтане, да и другие литературные произведения, когда героям всегда кто-нибудь мешает. Существует огромное количество способов кодирования, которыми пользуются органы разведки, а ещё больше людей работают над декодированием информации в органах национальной безопасности. Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука – криптография.
Человечество всегда стремилось к передаче информации без помех, создавая всё новые и надёжные средства связи.
В XVIII веке возник семафорный телеграф. Это световая связь.
Очень богатым на открытия в области связи был XIX век. В этом веке люди овладели электричеством, которое породило множество открытий. Сначала П.Л. Шеллинг в России в 1832 году изобрёл электрический телеграф. В 1837 году американец С. Морзе создал электромагнитный телеграфный аппарат и придумал специальный телеграфный код – азбуку, которая теперь носит его имя. В 1876 году американец А. Белл изобрёл телефон.
В 1895 году русский изобретатель А.С. Попов открыл эпоху радиосвязи. Самым замечательным изобретением XX века можно считать телевидение. Освоение космоса привело к созданию спутниковой связи. Среди самых последних новинок – оптоволоконная связь, но с ней мы познакомимся на выставке “Информатика и связь”. Самые современные средства связи будут представлены на ней, и вы увидите пока не реализованные проекты, которые составят гордость нашей науки и промышленности.
Домашнее задание: во время просмотра телевизионных передач, записать примеры средств связи; зафиксировать помехи, если они наблюдались, их частоту и причину.
Лекция 12. Передача информации в линии связи
Общая схема передачи информации в линиии связи
Характеристики канала связи
Влияние шумов на пропускную способность канала
1. Общая схема передачи информации в линии связи
Использование информации для решения каких-либо задач, безусловно, сопряжено с необходимостью ее распространения, то есть с необходимостью осуществления процессов передачи и приема информации. При этом приходится решать проблему согласования метода кодирования с характеристиками канала связи, а также обеспечивать защиту передаваемой информации от возможных искажений.
Источник информации определен как объект или субъект, порождающий информацию и имеющий возможность представить ее в виде сообщения, то есть последовательности сигналов в материальном носителе. Другими словами, источник информации связывает информацию с ее материальным носителем. Передача сообщения от источника к приемнику всегда связана с некоторым нестационарным процессом, происходящим в материальной среде – это условие является обязательным, поскольку сама информация материальным объектом не является.
Способов передачи информации существует множество: почта, телефон, радио, телевидение, компьютерные сети и пр. Однако при всем разноообразии конкретной реализации способов связи в них можно выделить общие элементы: источник и получатель информации, кодирующее и декодирующее устройства, преобразователь кодов в сигналы и преобразователь сигналов в коды, канал связи, а также источники шумов (помех) и факторы, обеспечивающие защиту от шумов (см. схему на рис. 4).
Понимать схему нужно следующим образом. Источник , порождающий информацию, для передачи должен представить ее виде сообщения, то есть последовательности сигналов. При этом для представления информации он дожен использовать некоторую систему кодирования.Устройство, выполняющее операцию кодирования информации, может являться подсистемой источника информации. Например, наш мозг порождает информацию и он же кодирует эту информацию с помощью языка (например, русского), а затем представляет информацию в виде речевого сообщения посредством органов речи. Компьютер обрабатывает и хранит информацию в двоичном представлении, но при выводе ее на экран монитора он же – компьютер – производит ее перекодировку пользователю виду.
Возможна ситуация, когда кодирующее устройство оказывается внешним по отношению к источнику информации, например, телеграфный аппарат или компьютер по отношению к человеку – работающему на нем оператору. Далее коды должны быть переведены в последовательность материальных сигналов, то есть помещены на материальный носитель – эту операцию выполняет преобразователь . Преобразователь может бытьсовмещен с кодирующим устройством (например, телеграфный аппарат), но может быть исамостоятельным элементом линиии связи (например, модем, преобразующий электрические дискретные сигналы с частотой компьютера в аналоговые сигналы с частотой, на которой их затухание в телефонных линиях будет наименьшим).
К преобразователям относят также устройства, которые переводят сообщение с одного носителя на другой . Например:
телефонный аппарат, преобразующий звуковые сигналы в электрические;
радипередатчик, преобразующий звуковые сигналы в радиоволны;
телекамера, преобразующая изображение в последовательность электрических импульсов.
Рис. 4. Общая схема передачи информации
В общем случае при преобразовании выходные сигналы воспроизводят не полностью все особенности входного сообщения, а лишь его наиболее существенные стороны, то есть при преобразовании часть информации теряется. Например, полоса пропускания частот при телефонной связи находится в промежутке от 300 до 3400 Гц, в то время как частоты, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в интервале от 16 до 20000 Гц.
Таким образом, телефонные линиии «обрезают» высокие частоты, что приводитк искажениям звука; в черно-белом телевидении при преобразовании сообщения в сигналы теряется цвет изображения. Именно в связи с этими проблемами возникает задача выработки такого способа кодирования сообщения, который обеспечивал бы возможно более полное представление исходной информации при преобразовании, и, в то же время, этот способ был бы согласован со скоростью передачи информации по данной линии связи.
После преобразователя сигналы поступают в канал связи и распространяются в нем.Понятие канала связи включает в себя материальную среду , а также физический или иной процесс , посредством которого осуществляется передача сообщения, то есть распространение сигналов в пространстве с течением времени.
В табл. 20приведены примеры некоторых каналов связи.
Табл. 20. Примеры каналов связи
|
Канал связи |
Среда |
Носитель сообщения |
Процесс, используемый для передачи сообщения |
|
Среда обитания человека |
Механическое перемещение носителя |
||
|
Телефон, компьютерные сети |
Проводник |
Электрические заряды |
Перемещение зарядов (ток) |
|
Радио, телевидение |
Электромагнитное |
Электромагнитные |
Распространение электромагнитных волн |
|
Звуковые волны |
Распространение звуковых волн |
||
|
Обоняние, вкус |
Воздух, пища |
Химические вещества |
Химические реакции |
|
Осязание |
Поверхность кожи |
Ввоздействующий на кожу объект |
Теплопередача, давление |
Любой реальный канал связи подвержен внешним воздействиям, а также в нем могут происходить внутренние процессы, в результате которых искажаются передаваемые сигналы, и, следовательно, связанные с этими сигналами сообщения. Такие воздействия называютсяшумами (помехами ). Источники помех могут бытьвнешними ивнутренними . Квнешним помехам относятся, например, так называемые «наводки» от мощных потребителей электричества или атмосферных явлений; одновременное действие нескольких близкорасположенных однотипых источников сообщений (одновременный разговор нескольких человек). К помехам могут привоить ивнутренние особенности данного канала связи, например, физические неоднородности носителя; процессы затухания сигнала в линии связи, существенные при большой удаленности приемника от источника.
Если уровень помех оказывается соизмеримым с мощностью несущего информацию сигнала, то передача информации по данному каналу оказывается невозможной. Даже шумы относительно низких уровней могут вызвать существенные искажения передаваемого сигнала.
Существуют и применяются различные методы защиты от помех . Например, используется экранирование элетрических линий связи; улучшение избирательности примного устройства и так далее Другим способом защиты от помех является использование специальных методов кодирования информации.
После прохождения сообщения по каналу связи сигналы с помощью приемного преобразователя переводятся в последовательность кодов, которыедекодирующим устройством представляются в форме, необходимой для примника информации (в воспринимаемой приемником форме). На этапе приема, как и при передаче, преобразователь может быть совмещенным с декодирующим устройством (например, радиоприемник или телевизор) или существовать отдельно от декодирующего устройства (преобразователь модем может существует отдельно от компьютера).
Понятие «линия связи » объединяет элементы представленной на рис. 1 схемы между источником и приемником информации.Характеристиками любой линии связи являютсяскорость , с которой возможна передача сообщения в ней, а такжестепень искажения сообщения в процессе передачи.
Распространение информации происходит в процессе ее передачи.
При передаче информации всегда есть два объекта – источник и приемник информации. Эти роли могут меняться, например, во время диалога каждый из участников выступает то в роли источника, то в роли приемника информации.
Информация проходит от источника к приемнику через канал связи, в котором она должна быть связана с каким-то материальным носителем. Для передачи информации свойства этого носителя должны изменяться со временем. Так лампочка, которая все время горит, передает информацию только о том, что какой-то процесс идет. Если же включать и выключать лампочку, можно передавать самую разную информацию, например, с помощью азбуки Морзе.
При разговоре людей носитель информации – это звуковые волны в воздухе. В компьютерах информация передается с помощью электрических сигналов или радиоволн (в беспроводных устройствах). Информация может передаваться с помощью света, лазерного луча, системы телефонной или почтовой связи, компьютерной сети и др.
Информация поступает по каналу связи в виде сигналов, которые приемник может обнаружить с помощью своих органов чувств (или датчиков) и «понять» (раскодировать).
Сигнал – это изменение свойств носителя, которое используется для передачи информации.
Примеры сигналов – это изменение частоты и громкости звука, вспышки света, изменение напряжения на контактах и т.п.
Человек может принимать сигналы только с помощью своих органов чувств. Чтобы передавать информацию, например, с помощью радиоволн, нужны вспомогательные устройства: радиопередатчик, преобразующий звук в радиоволны, и радиоприемник, выполняющий обратное преобразование. Они позволяют расширить возможности человека.
С помощью одного сигнала невозможно передать много информации. Поэтому чаще всего используется не одиночный сигнал, а последовательность сигналов, то есть сообщение. Важно понимать, что сообщение – это только «оболочка» для передачи информации, а информация – это содержание сообщения. Приемник должен сам «извлечь» информацию из полученной последовательности сигналов. Можно принять сообщение, но не принять информацию, например, услышав речь на незнакомом языке или перехватив шифровку.
Одна и та же информация может быть передана с помощью разных сообщений, например, через устную речь, с помощью записки или с помощью флажного семафора, который используется на флоте. В то же время одно и то же сообщение может нести разную информацию для разных приемников. Так фраза «В Сантьяго идет дождь», переданная в 1973 году на военных радиочастотах, для сторонников генерала А. Пиночета послужила сигналом к началу государственного переворота в Чили.
Таким образом, информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.
Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):
Передача информации возможна с помощью любого языка кодирования информации, понятного как источнику, так и приёмнику.
Кодирующее устройство – устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство – устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.
Пример. При телефонном разговоре: источник сообщения – говорящий человек; кодирующее устройство – микрофон – преобразует звуки слов (акустические волны) в электрические импульсы; канал связи – телефонная сеть (провод); декодирующее устройство – та часть трубки, которую мы подносим к уху, здесь электрические сигналы снова преобразуются в слышимые нами звуки; приёмник информации – слушающий человек.
Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума. Существует наука, разрабатывающая способы защиты информации – криптология, широко применяющаяся в теории связи.
Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи. Иными словами, чтобы содержание сообщения, искаженного помехами, можно было восстановить, оно должно быть избыточным, то есть, в нем должны быть «лишние» элементы, без которых смысл все равно восстанавливается. Например, в сообщении «Влг впдт в Кспск мр» многие угадают фразу «Волга впадает в Каспийское море», из которой убрали все гласные. Этот пример говорит о том, что естественные языки содержат много «лишнего», их избыточность оценивается в 60-80%.
При обсуждении темы об измерении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.
Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому также носят физический характер.
Передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.
Общая схема передачи информации
Чтобы информацию более точно и экономно передать по каналам связи, ее надо соответственно закодировать.
Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов-носителей информации, которые идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид с помощью декодирующего устройства.
Совокупность устройств, предметов или объектов, предназначенных для передачи информации от одного из них, именуемого источником, к другому, именуемому приемником, называется каналом информации, или информационным каналом .
Примеры информационных каналов
Примером канала может служить почта. Информация, закодированная в виде текста, помещается в конверт, поступает в почтовый ящик, извлекается оттуда и перевозится в почтовое отделение, где сортируется (вручную или машиной). Далее информация перемещается с помощью поезда (самолета, теплохода и т.п.) в почтовое отделение пункта назначения, сортируется и доставляется адресату. Таким образом, почтовый канал включает в себя: конверт (предмет), транспорт и сортировочные машины (устройства), почтовых работников (объекты). Информация, помещенная в этот канал, остается неизменной .
Другим примером может служить телефон. При телефонной передаче источник сообщения - говорящий человек (абонент). Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - микрофон. Канал, по которому передается информация, - телефонный провод. Часть трубки, которую мы подносим к уху, выполняет роль декодирующего устройства (электрические сигналы снова преобразуются в звуки). Информация поступает в "принимающее устройство" - ухо человека на другом конце провода. Канал включает в себя телефонные аппараты (устройства), провода (предметы) и аппаратуру АТС (устройства). Особенностью этого информационного канал является то обстоятельство, что при поступлении в него информация, представленная в виде звуковых волн, преобразуется в электрические колебания и затем передается. Такой канал называется каналом с преобразованием информации .
Еще один пример - компьютер. Отдельные его системы передают одна другой информацию с помощью сигналов. Компьютер - устройство для обработки информации (как станок - устройство для обработки металла), он не создает из "ничего" информацию, а преобразует то, что в него введено. Компьютер является информационным каналом с преобразованием информации: информация поступает с внешних устройств (клавиатура, диск, микрофон), преобразуется во внутренний код и обрабатывается, преобразуется в вид, пригодный для восприятия внешним выходным устройством (монитором, печатающим устройством, динамиками и др.), и передается на них.
Живой нерв - канал совершенно другой природы. Здесь все сообщения передаются нервным импульсом. Но в технических каналах связи направление передачи информации может меняться, а по нервной системе передача идет в одном направлении.
Литература
- Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии: учебное пособие/Ю.Д. Романова, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг, П.А. Музычкин; под ред. Ю.Д. Романовой. - 3-е изд.,перераб. и доп. - М.:Эксмо, 2008.-592с.-(Высшее экономическое образование).
Информационные процессы.
Хранение, обработка и передача информации
Взаимосвязь процессов хранения, обработки и передачи информации, виды информационных носителей, способы обработки информации, виды источников и приемников информации, каналы связи, их виды и способы защиты от шума, единица измерения скорости передачи информации, пропускная способность канала связи
Процессы хранения, обработки и передачи информации являются основными информационными процессами. В разных сочетаниях они присутствуют в получении, поиске, защите, кодировании и других информационных процессах. Рассмотрим хранение, обработку и передачу информации на примере действий школьника, которые он выполняет с информацией при решении задачи.
Опишем информационную деятельность школьника по решению задачи в виде последовательности информационных процессов. Условие задачи (информация) хранится в учебнике. Посредством глаз происходит передача информации из учебника в собственную память школьника, в которой информация хранится . В процессе решения задачи мозг школьника выполняет обработку информации. Полученный результат хранится в памяти школьника. Передача результата - новой информации - происходит с помощью руки школьника посредством записи в тетради. Результат решения задачи хранится в тетради школьника.
Таким образом (рис. 9), можно выделить процессы хранения информации (в памяти человека, на бумаге, диске, аудио- или видеокассете и т. п.), передачи информации (с помощью органов чувств, речи и двигательной системы человека) и обработки информации (в клетках головного мозга человека).
Информационные процессы взаимосвязаны. Например, обработка и передача информации невозможны без ее хранения, а для сохранения обработанной информации ее необходимо передать. Рассмотрим каждый информационный процесс более подробно.
Рис. 9. Взаимосвязь информационных процессов
Хранение информации является информационным процессом, в ходе которого информация остается неизменной во времени и пространстве.
Хранение информации не может осуществляться без физического носителя.
Носитель информации - физическая среда, непосредственно хранящая информацию.
Носителем информации, или информационным носителем , может быть:
■ материальный предмет (камень, доска, бумага, магнитные и оптические диски);
■ вещество в различных состояниях (жидкость, газ, твердое тело);
■ волна различной природы (акустическая, электромагнитная, гравитационная).
В примере о школьнике были рассмотрены такие носители информации, как бумага учебника и тетради (материальный предмет), биологическая память человека (вещество). При получении школьником визуальной информации носителем информации являлся отраженный от бумаги свет (волна).
Выделяют два вида информационных носителей: внутренние и внешние . Внутренние носители (например, биологическая память человека) обладают быстротой и оперативностью воспроизведения хранимой информации. Внешние носители (например, бумага, магнитные и оптические диски) более надежны, могут хранить большие объемы информации. Их используют для долговременного хранения информации.
Информацию на внешних носителях необходимо хранить так, чтобы можно было ее найти и, по возможности, достаточно быстро. Для этого информацию упорядочивают по алфавиту, времени поступления и другим параметрам. Внешние носители, собранные вместе и предназначенные для длительного хранения упорядоченной информации, являются хранилищем информации . К числу хранилищ информации можно отнести различные библиотеки, архивы, в том числе и электронные. Количество информации, которое может быть размещено на информационном носителе, определяет информационную емкость носителя. Как и количество информации в сообщении, информационная емкость носителя измеряется в битах.
Обработка информации является информационным процессом, в ходе которого информация изменяется содержательно или по форме.
Обработку информации осуществляет исполнитель по определенным правилам. Исполнителем может быть человек, коллектив* животное, машина.
Обрабатываемая информация хранится во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации исполнителем из исходной информации получается содержательно новая информация или информация, представленная в другой форме (рис. 10).
Рис. 10. Обработка информации
Вернемся к рассмотренному примеру о школьнике, решившем задачу. Школьник, который являлся исполнителем , получил исходную информацию в виде условия задачи, обработал информацию в соответствии с определенными правилами (например, правилами решения математических задач) и получил новую информацию в виде искомого результата. В процессе обработки информация хранилась в памяти школьника, которая является внутренней памятью человека.
Обработка информации может осуществляться путем:
■ математических вычислений, логических рассуждений (например, решение задачи);
■ исправления или добавления информации (например, исправление орфографических ошибок);
■ изменения формы представления информации (например, замена текста графическим изображением);
■ кодирования информации (например, перевод текста с одного языка на другой);
■ упорядочения, структурирования информации (например, сортировка фамилий по алфавиту).
Вид обрабатываемой информации может быть различным, и правила обработки могут быть разными. Автоматизировать процесс обработки можно лишь в том случае, когда информация представлена специальным образом, а правила обработки четко определены.
Передача информации является информационным процессом, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.
Процесс передачи информации, как ее хранение и обработка, также невозможен без носителя информации. В примере о школьнике в тот момент, когда он читает условие задачи, информация передается с бумаги (с внешнего информационного носителя) в биологическую память школьника (на внутренний информационный носитель). Причем процесс передачи информации происходит с помощью отраженного от бумаги света - волны, которая является носителем информации.
Процесс передачи информации происходит между источником информации , который ее передает, и приемником информации , который ее принимает. Например, книга является источником информации для читающего ее человека, а читающий книгу человек - приемником информации. Передача информации от источника к приемнику осуществляется по каналу связи (рис.11). Каналом связи могут быть воздух, вода, металлические и оптоволоконные провода.
Рис. 11. Передача информации
Между источником и приемником информации может существовать обратная связь . В ответ на полученную информацию приемник может передавать информацию источнику. Если источник является одновременно и приемником информации, а приемник является источником, то такой процесс передачи информации называется обменом информацией.
В качестве примера рассмотрим устный ответ ученика учите лю на уроке. В этом случае источником информации являете! ученик, а приемником информации - учитель. Источник и приемник информации имеют носители информации - биологиче скую память. В процессе ответа ученика учителю происходи1: передача информации из памяти ученика в память учителя Каналом связи между учеником и учителем является воздух а процесс передачи информации осуществляется с помощью носителя информации- акустической волны. Если учитель ш только слушает, но и корректирует ответ ученика, а ученик учитывает замечания учителя, то между учителем и учеником происходит обмен информацией.
Информация передается по каналу связи с определенной скоростью, которая измеряется количеством передаваемой информации за единицу времени (бит/с). Реальная скорость передач* информации не может быть больше максимально возможно* скорости передачи информации по данному каналу связи, которая называется пропускной способностью канала связи и зависит от его физических свойств.
Скорость передачи информации - количество информации, передаваемое за единицу времени.
Пропускная способность канала связи - максимально возможная скорость передачи информации по данному каналу связи.
По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал - это физический процесс, соответствующий какому-либо событию и служащий для передачи сообщения об этом событии по каналу связи. Примерами сигналов являются взмахи флажками, мигания ламп, запуски сигнальных "ракет, телефонные звонки. Сигнал может передаваться с помощью волн. Например, радиосигнал передается электромагнитной волной, а звуковой сигнал - акустической волной. Преобразование сообщения в сигнал, который может быть передан по каналу связи от источника к приемнику информации, происходит посредством кодирования. Преобразование сигнала в сообщение, которое будет понятно приемнику информации, выполняется с помощью декодирования (рис. 12).
Рис. 12. Передача сигналов
Кодирование и декодирование может осуществляться как живым существом (например, человеком, животным), так и техническим устройством (например, компьютером, электронным переводчиком).
В процессе передачи информации возможны искажения или потери информации под воздействием помех, которые называются шумом . Шум возникает из-за плохого качества каналов связи или их незащищенности. Существуют разные способы защиты от шума, например техническая защита каналов связи или многократная передача информации.
Например, из-за шума улицы, доносящегося из открытого окна, ученик может не расслышать часть передаваемой учителем звуковой информации. Для того чтобы ученик услышал объяснение учителя без искажений, можно заранее закрыть окно или попросить учителя повторить сказанное.
Сигнал может быть непрерывным или дискретным. Непрерывный сигнал плавно меняет свои параметры во времени. Примером непрерывного сигнала являются изменения атмосферного давления, температуры воздуха, высоты Солнца над горизонтом. Дискретный сигнал скачкообразно меняет свои параметры и принимает конечное число значений в конечном числе моментов времени. Сигналы, представленные в виде отдельных знаков, являются дискретными. Например, сигналы азбуки Морзе, сигналы, служащие для передачи текстовой и числовой информации, - это дискретные сигналы. Поскольку каждому отдельному значению дискретного сигнала можно поставить в соответствие определенное число, то дискретные сигналы иногда называют цифровыми.
Сигналы одного вида могут быть преобразованы в сигналы другого вида. Например, график функции (непрерывный сигнал) может быть представлен в виде таблицы отдельных значений (дискретный сигнал). И наоборот, зная значения функции для разных значений аргументов, можно построить график функции по точкам. Звучащую музыку, которая передается непрерывным сигналом, можно представить в виде дискретной нотной записи. И наоборот, по дискретным нотам можно сыграть непрерывное музыкальное произведение. Во многих случаях преобразования одного вида сигнала в другой могут приводить к потере части информации.
Существуют технические устройства, которые работают с непрерывными сигналами (например, ртутный термометр, микрофон, магнитофон), и технические устройства, работающие с дискретными сигналами (например, проигрыватель для компакт-дисков, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон). Компьютер может работать как с непрерывными, так и дискретными сигналами.
