Что такое постоянная составляющая сигнала

Термин: Постоянная составляющая сигнала

где интервал времени T стремится к бесконечности. При практической интерпретации этого понятия в задачах обработки сигнала интеграл берётся на скользящем интервале времени заданного размера (т.е. по выборке изучаемого участка сигнала). Постоянная составляющая сигнала, исходя из геометрического смысла интеграла, хорошо видна на графике сигнала во времени как величина, равная площади между осью нулевого значения сигнала и графиком (учитывая, что под осью площадь отрицательна, а над осью – положительна). На графике показано красной кривой значение постоянной составляющей X₀ для скользящего окна интегрирования с размером, сравнимым с периодом сигнала.

Для цифрового сигнала оценка постоянной составляющей – это среднее арифметическое выборки из N отсчетов.

В спектральном представлении сигнала информацию о постоянной составляющей сигнала несёт нулевая гармоника спектра этого сигнала.

Размер выборки для вычисления постоянной составляющей зависит от условий задачи. Например, если сигнал имеет выраженные гармонические составляющие с известной частотой, то целесообразно, чтобы выборка включала целое число периодов этих составляющих (иначе на выходе будут пульсации). Если спектр сигнала не известен заранее, можно применить оконную функцию – например, окно Ханна:

Это позволяет уменьшить влияние нецелых периодов на концах выборки. Примеры оконных функций можно найти, например, здесь.

На практике, когда сигналы представлены напряжением или током, для обозначения режима измерения постоянного напряжения или тока, который по сути является режимами измерения постоянной составляющей этих сигналов, широко применяется термин DC (direct current).

Не во всех сигналах постоянная составляющая информационна. Для удаления постоянной составляющей из сигнала применяют фильтры высокой частоты.

Некоторые среды передачи сигнала не позволяют передавать постоянную составляющую сигнала (например, среды, имеющие емкостную или индуктивую гальваническую развязку), Для передачи постоянной составляющей сигнала через такие среды используют различные технические принципы, связанные со специальными способами модуляции и кодирования сигнала.

Постоянная составляющая может быть и не связана с сигналом, а порождаться самим прибором или преобразователем (из-за неидельности его характеристик) в виде смещения нуля.

Перейти к другим терминам	Cтатья создана:	27.07.2014
О разделе «Терминология»	Последняя редакция:	01.09.2017

Термин: Постоянная составляющая сигнала

где интервал времени T стремится к бесконечности. При практической интерпретации этого понятия в задачах обработки сигнала интеграл берётся на скользящем интервале времени заданного размера (т.е. по выборке изучаемого участка сигнала). Постоянная составляющая сигнала, исходя из геометрического смысла интеграла, хорошо видна на графике сигнала во времени как величина, равная площади между осью нулевого значения сигнала и графиком (учитывая, что под осью площадь отрицательна, а над осью – положительна). На графике показано красной кривой значение постоянной составляющей X₀ для скользящего окна интегрирования с размером, сравнимым с периодом сигнала.

Для цифрового сигнала оценка постоянной составляющей – это среднее арифметическое выборки из N отсчетов.

В спектральном представлении сигнала информацию о постоянной составляющей сигнала несёт нулевая гармоника спектра этого сигнала.

Размер выборки для вычисления постоянной составляющей зависит от условий задачи. Например, если сигнал имеет выраженные гармонические составляющие с известной частотой, то целесообразно, чтобы выборка включала целое число периодов этих составляющих (иначе на выходе будут пульсации). Если спектр сигнала не известен заранее, можно применить оконную функцию – например, окно Ханна:

Это позволяет уменьшить влияние нецелых периодов на концах выборки. Примеры оконных функций можно найти, например, здесь.

На практике, когда сигналы представлены напряжением или током, для обозначения режима измерения постоянного напряжения или тока, который по сути является режимами измерения постоянной составляющей этих сигналов, широко применяется термин DC (direct current).

Не во всех сигналах постоянная составляющая информационна. Для удаления постоянной составляющей из сигнала применяют фильтры высокой частоты.

Некоторые среды передачи сигнала не позволяют передавать постоянную составляющую сигнала (например, среды, имеющие емкостную или индуктивую гальваническую развязку), Для передачи постоянной составляющей сигнала через такие среды используют различные технические принципы, связанные со специальными способами модуляции и кодирования сигнала.

Постоянная составляющая может быть и не связана с сигналом, а порождаться самим прибором или преобразователем (из-за неидельности его характеристик) в виде смещения нуля.

Перейти к другим терминам	Cтатья создана:	27.07.2014
О разделе «Терминология»	Последняя редакция:	01.09.2017

Что такое информация, сообщение, сигнал в системах связи: определения

В теории и технике электрической связи существует ряд основополагающих, фундаментальных понятий, к числу которых, в первую очередь, относятся понятия информации, сообщения и сигнала.

Рассмотрим эти понятия, использовав рекомендации сборника научно-технической терминологии в области теории передачи информации, разработанного Академией наук СССР.

Что такое информация?

Под “информацией” (от лат. informatio — изложение, разъяснение) принято понимать сведения о событиях, явлениях, предметах, являющихся объектом ряда операций: передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования.

Во всем многообразии окружающего нас мира мы постоянно сталкиваемся с информацией и процессами ее передачи и хранения. Так, органы чувств человека занимаются сбором информации об окружающем внешнем мире, а его нервная система передает эту информацию в головной мозг, который ее перерабатывает, а затем рассылает (распределяет) в виде «приказов», также являющихся информацией, по нервным волокнам (линиям связи) в мышцы.

Аналогично информация передается в любой организации, где совместно трудится множество людей, в виде приказов, распоряжений и других указаний, т. е. без чего невозможна деятельность большого коллектива. Перечень подобных примеров можно продолжать и дальше. Однако и так ясно, что задачи сбора, передачи, преобразования информации очень важны в различных областях человеческой деятельности, в том числе в системах электросвязи (телекоммуникаций).

В ряде случаев понятие информации отождествляется с понятием “данные”, что находит широкое применение в системах цифровой связи.

В целом информацию можно трактовать как совокупность знаний человека об окружающем его мире.

Системы электросвязи предназначены для передачи информации от источника сообщений, находящегося в некоторой точке пространства, потребителю (получателю) сообщения, который находится в другой точке. Использованное в этом определении понятие сообщения наряду с понятием информации широко применяется в теории электрической связи.

Что такое сообщение?

Обычно под “сообщением” (message) понимают форму представления информации в целях ее хранения, обработки, преобразования или непосредственного применения. При этом используются различные знаки и символы, например, определенные слова и фразы в человеческой речи, рисунки, математические знаки, виды колебаний и т.п.

Сообщения могут быть функциями времени, как, например, речь в телефонной связи, программа новостей, передаваемая по телевидению и др. Однако в ряде случаев сообщения не являются функциями времени, например, текст телеграммы или неподвижное изображение для передачи средствами факсимильной связи. Различают также дискретные и непрерывные сообщения. К дискретным сообщениям относятся текст, цифровые данные, а к непрерывным — речь, телевизионное изображение, температура или давление при передаче телеметрических данных и т. д.

Фактически человек всегда имел дело не с абстрактной информацией, а с конкретными сообщениями, которые вырабатываются источниками в целях последующей передачи в системе электросвязи. Под “источником сообщений” (message source) принято понимать устройство, которое в каждый момент времени выбирает некоторое сообщение из множества (ансамбля) сообщений. Если имеется вероятностная модель, с помощью которой можно дать полное описание процесса появления сообщений на выходе источника, считают, что источник сообщений задан. Например, в качестве источника сообщений можно рассматривать оператора, работающего на телеграфном аппарате. При этом должны быть известны вероятности появления отдельных сообщений, буквенных сочетаний, слов, предложений. Иначе говоря, для любых n = 1, 2, … и i = 0, ±1, ±2, … и любой последовательности сообщений (Формула), выбираемых из множества сообщений X, определена вероятность (Формула) появления этой последовательности.

Устройство, для которого предназначено сообщение, вырабатываемое источником, называется “получателем сообщений”. Получателем может быть человек-оператор или различные регистрирующие устройства, в том числе электронно-вычислительные машины (ЭВМ).

По виду источника и получателя сообщений принято различать системы электросвязи, осуществляющие передачу:

• акустических или звуковых сигналов (телефония, радиовещание);
• текста (телеграфия) и данных от ЭВМ;
• неподвижных изображений (факсимильная связь);
• подвижных изображений (телевидение);
• данных телеметрии, контроля (например, системы охранной, пожарной сигнализации и др.).

Для передачи сообщений на определенное расстояние используются различные материальные носители (бумага, магнитный диск и др.) или некоторый физический процесс (звуковые волны, электромагнитные волны и т.д.). В системах электросвязи для передачи сообщений применяются различные сигналы.

Что такое сигнал?

“Сигналом” (от лат. signum — знак) принято называть физический процесс, например в виде тока или напряжения, отображающий передаваемое сообщение. Сигнал всегда является функцией времени, если даже сообщение, которое он переносит, не описывается временной функцией. Сигнал в системах электрической связи в простейшем случае обозначается

ui (t, A, ω, φ), t1 ≤ t ≤ t2,

где i — номер сигнала; t2 – t1= T — интервал определения сигнала во времени; Α, ω, φ — параметры, т.е. соответственно амплитуда, частота и фаза сигнала.

В зависимости от множества возможных значений параметров и области определения во времени различают следующие виды сигналов:

• непрерывный и по уровню, и во времени (аналоговый);
• непрерывный по уровню, но дискретный во времени;
• дискретный (квантованный) по уровню, но непрерывный во времени;
• цифровой, т.е. дискретный и по уровню, и во времени.

Примеры различных видов сигналов представлены на рис. 1.1.

Так, речевой сигнал является непрерывным и во времени, и по уровню, а датчик, определяющий значение температуры через каждые 5 мин, выдает сигналы непрерывные по значению (амплитуде), но дискретные во времени.

Передаваемое сообщение и соответствующий ему сигнал не должны быть детерминированными, т.е. заранее полностью известными и предсказуемыми. В этом случае передача сообщений не имеет никакого смысла, так как при отсутствии неопределенности значений сигналов получателю не будет доставляться новая информация. Только случайная величина или случайная функция может быть носителем информации. Обычно это реализуется посредством избрания из некоторого множества вариантов (реализаций) какого-то одного. При этом выбор осуществляется с некоторой вероятностью. Например, из множества значений температуры, выдаваемых датчиком, в текущий момент времени предпочтение отдается только одному из них.

Рис. 1.1. Примеры основных видов сигналов:
а — непрерывный и по уровню, и во времени; б — непрерывный по уровню, но дискретный во времени; в — дискретный по уровню, но непрерывный во времени; г — дискретный и по уровню, и во времени

Сообщения, сигналы их отображающие, а также помехи, искажающие сигнал, имеют случайный характер. Поэтому в теории электрической связи для объяснения ряда понятий широко используются теория вероятностей, а также теория случайных процессов и математической статистики. На их основе рассматриваются свойства сигналов, свойства среды их распространения, методы обработки сигналов и количество информации, передаваемой от источника сообщений к получателю.

В теории электрической связи сигнал принято отождествлять с объектом транспортирования. Следовательно, аппаратура связи по существу является техникой транспортирования или передачи сигналов по каналам телекоммуникаций.

Определим параметры сигнала, которые являются основными при его передаче. К числу таких параметров обычно относятся: длительность, динамический диапазон, ширина спектра.

Любой сигнал, являющийся функцией времени, имеет начало и конец. Следовательно, “длительность” (Т) определяет интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

“Динамическим диапазоном” (D) называется отношение наибольшего значения мгновенной мощности к ее наименьшему значению, при котором обеспечивается заданное качество передачи информации. Иногда под динамическим диапазоном понимается отношение мощностей сигнала и помехи. Динамический диапазон определяется в децибелах. В системах радиовещания отношение сигнал/шум составляет порядка 50… 60 дБ при передаче музыкальных программ и 30 дБ — при передаче речевых сигналов, а в системах телевидения это отношение равно 60 дБ.

Под “шириной спектра” (F) сигнала принято понимать диапазон (полосу) частот, в пределах которого сосредоточена его основная мощность. Спектр сигнала в принципе может быть неограниченным, однако его сознательно сокращают с учетом ограниченных возможностей техники связи.

Так, при телефонной связи речевой сигнал передают в полосе частот от 300 до 3 400 Гц, т. е. ширина спектра сигнала в этом случае F = 3,1 кГц. Этого диапазона частот оказывается вполне достаточно для обеспечения разборчивости речи и узнаваемости абонентов по голосу.

При передаче телевизионного сигнала важнейшим требованием является четкость принимаемого изображения. При стандарте в 625 строк верхняя частота сигнала составляет примерно 6 МГц, т. е. спектр сигнала видеоизображения занимает значительно более широкую полосу частот, чем спектр сигнала звукового сопровождения.

При телеграфной связи ширина спектра сигнала, определяемая скоростью его передачи (телеграфирования), составляет (1,5… 3,0) v, где v — скорость передачи, измеряемая в бодах и равная числу электрических посылок, передаваемых в 1 с. Обычно v = 50 Бод, тогда F ≈ 75 Гц.

В заключение можно ввести общую характеристику: “объем сигнала” Vc = FcTcDc, которая дает наиболее полное представление о возможностях сигнала как переносчика информации. Чем больше объем, тем большее количество информации может перенести сигнал, но с другой стороны тем труднее такой сигнал передавать по каналу с необходимым качеством.

Информационный процесс: примеры. информация и информационные процессы (информатика)

Сразу стоит отметить, что сам по себе сбор информации не может являться самоцелью. Для того чтобы информационные процессы имели смысл, и полученные данные могли быть тем или иным образом использованы, нужно обеспечить их хранение, то есть использовать способ распространения данных в пространстве и времени. В таком случае способ непосредственно будет зависеть от используемого носителя. ЭВМ применяется для того, чтобы обеспечить компактное хранение нужных данных и при этом предоставить пользователю возможность получения быстрого доступа к интересующим его файлам.

Информационная система сама по себе является универсальным хранилищем информации, имеющим процедуры ввода, поиска, размещения, а также последующего предоставления различных данных. Другими словами, такая система может осуществлять практически любые информационные процессы. Наличие таких процедур – основная особенность современных информационных систем, которая кардинально отличает их от стандартного скопления данных, не выполняющего какие-либо информационные процессы.

К примеру, какая-нибудь личная библиотека, в которой сможет сориентироваться исключительно ее владелец, не имеет ничего общего с тем, что такое информационные процессы в системе. В то же время в различных публичных хранилищах порядок складирования книг является строго определенным. Именно благодаря этому процедура поиска и последующая выдача книг или размещение тех, которые недавно поступили в библиотеку, представляет собой формализованные процедуры. Именно поэтому, посещая библиотеки, человек быстро понимает, что такое информационные процессы и как они выполняются.

1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?

Информационные ресурсы это идеи человечества и указания по их реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство.

Это книги,
статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская
документация, технические переводы, данные о передовом производственном
опыте и др. [].

Информационные
ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов трудовых,
энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их
расходуют.

Информационная технология это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации.

Человечество занималось обработкой информации тысячи лет. Первые
информационные технологии основывались на использовании счётов
и письменности. Около пятидесяти лет назад началось исключительно
быстрое развитие этих технологий, что
в первую очередь связано с появлением компьютеров.

В настоящее время термин «информационная технология»
употребляется в связи с использованием компьютеров для обработки
информации. Информационные технологии охватывают всю вычислительную
технику и технику связи и, отчасти, бытовую
электронику, телевидение и радиовещание.

Они находят
применение в промышленности, торговле, управлении, банковской системе,
образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи, сельском
хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям различных
профессий и домохозяйкам.

Народы
развитых стран осознают, что совершенствование информационных технологий
представляетсамую важную, хотя дорогостоящую и трудную задачу.

В настоящее время создание крупномасштабных информационно-технологических
систем является экономически возможным, и это обусловливает появление
национальных исследовательских и образовательных программ, призванных
стимулировать их разработку.

1.3. Составляющие информационного процесса

Понятие «информация» тесно связано с понятием «информационный процесс». Под термином «процесс» обычно понимается последовательное изменение состояния системы или явления. Но очень редко можно найти определение понятия «информационный процесс», как правило, только из контекста можно узнать, что под термином «процесс» понимается последовательное изменение состояния системы или явления.

Наиболее полно информационные процессы рассмотрены и определены С.А. Бешенковым и Е.А. Ракитиной :

«Информационный процесс — совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр) для получения какого-либо результата (достижения цели)» .

Из этого определения следует, что под информацией понимается и смысл (идеи, гипотезы, теории), и данные. Поскольку здесь происходит смешение понятий, авторы далее разделяют информационные процессы на два типа — «общие» и «основные».

«Наиболее общими информационными процессами являются сбор, преобразование, использование информации.

К основным информационным процессам, изучаемым в курсе информатики, относятся поиск, отбор, хранение, передача, кодирование, обработка, защита информации» .

Теперь перейдем к уточнению определения понятия «информационный процесс».

Из известной общей схемы связи К. Шеннона и данного нами выше определения информации следует: информационный процесс заключается в том, что информация (смысл, знание), существующая в аппарате мышления одного человека (источника), должна с помощью данных, циркулирующих в блоках работы с данными, перейти в аппарат мышления другого человека (адресата). На рисунке представлена схема информационного процесса, где для простоты рассматривается информационное взаимодействие между человеком-источником (слева), желающим передать некую информацию (смысл, понимание) человеку-адресату (справа). Для общности предполагается, что пространственно источник и адресат находятся на таком расстоянии, что вынуждены использовать технические средства для общения между собой. Заметим, что происходит не непосредственный переход, а формирование информации у адресата на основе полученных данных и накопленных опыта и знаний. Итак: Информационный процесс — это совокупность процессов, происходящих в аппаратах мышления людей (инициируемых поступающими данными), и процессов обработки данных.

Выше был употреблен термин «информационное взаимодействие», которому дадим следующее определение:

Информационное взаимодействие — взаимодействие между людьми посредством передачи между ними данных, в результате которого происходят изменения в ощущениях, мнениях, представлениях, знаниях (или, в психологических терминах, в ментальном опыте).

Таким образом, информационный процесс имеет три составляющие:

1) процесс в аппарате мышления человека, готового передать свой опыт (знания, представления);

2) процесс передачи данных;

3) процесс в аппарате мышления человека, получившего данные и формирующего свою информацию в аппарате мышления.

Очевидно, что первый и третий процессы симметричны. Мы будем называть их интеллектуальными процессами. Изучением подобных процессов занимается психология.

Второй процесс обеспечивает прием, хранение, обработку и передачу данных, и его логично назвать информатическим процессом, так как его исследованием и конструированием занимается информатика (по аналогии, физика занимается физическими процессами, химия — химическими). Прилагательное «информатический», по-видимому, ввел в научную и практическую терминологию М.П. Лапчик . Итак:

Интеллектуальный (ментальный) процесс — это психический процесс, который в условиях познавательного контакта человека с миром обеспечивает возможность поступления данных в аппарат мышлениям их преобразование в информацию (ментальный опыт) .

Информатический процесс — это совокупность действий, производимых над данными в рамках информационного процесса .

Обработка информации

Обработка информации как мы уже говорили ранее является одной из трёх ключевых информационных процессов. В ходе выполнения этого процесса, происходит видоизменение информации, при котором меняется либо форма, либо само содержание этой информации.

Обработку информации всегда осуществляет исполнитель по каким либо заданным правилам. В роли исполнителя может быть кто угодно, хоть животное, хоть машина, (например нейросеть) или человек или же группа людей (представьте себе группу ученых которые вместе сидят и думают над решением какой либо задачи)

Обрабатываемая информация будет хранится в «оперативной памяти» или как мы уже говорили ранее во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации получиться либо новая форма информации, например была письменная, а стала устная, либо совершенно новая информация.

как видите в первом случае меняется форма, а во втором появляется совершенно новая информация (форма может остаться той же)

Давайте вернемся к нашему работяге коле, который занимался переносом своего отчёта в электронный вид. Коля в данном случае является исполнителем, который получил исходную информацию в виде бумажного отчёта. Затем он обработал информацию в соответствии с поставленными правилами (например правило алфавитного расположения товаров) и изменил форму этой информации, теперь из бумажного вида и не сортированного по алфавиту, отчёт стал в электронном формате и отсортированный. Пока Коля переносил информацию она хранилась в его голове, являлась внутренней памятью.

Виды обработки информации

Обработка информации может совершаться несколькими путями, давайте их перечислим:

1. первый путь это математические вычисления и логические рассуждения
2. второй путь это изменение формы представления информации, как я уже говорил, без изменения содержания.
3. третий путь это исправление или добавление информации. Например к чужому рассказу мы добавили и рассказали друзьям ещё и свою историю.
4. четвертый путь это структурирования и упорядочивания информации, это кстате как раз то что делал Коля из нашего примера, когда сортировал товары
5. и последний пятый путь, это изменения кодирования информации, например перевод этой лекции на французский язык будет как раз изменение кодирования.

Вообще можно сказать что вид обрабатываемой информации и правила её обработки бывают совершенно разными.

Автоматизировать процесс обработки информации получается лишь в том случае когда информация изначально предоставлена специальным образом, а правила её обработки чётко очерчены в рамках требуемого действия.

Хранение

С передачей, сбором и обменом сведений тесно связано их хранение. Эффективное обеспечение информационных процессов невозможно или труднопредставимо без существования определенной базы данных. В таком качестве, например, выступает память. Без нее человеку бы пришлось каждый раз заново уточнять правила или принципы той или иной деятельности. Однако при передаче сведений большому числу людей удобно, когда они размещаются не только в голове у конкретного человека. Для хранения информации используются разнообразные носители. Развитие цивилизации сопровождалось их эволюцией. Носителем может выступать любой материальный предмет, волны разной природы, вещество и так далее. Сегодня огромное место в жизни человека занимают компьютерные хранители информации, с каждым днем становящиеся все более вместительными и совершенными.

Выбор оптимального способа хранения, как и организация информационных процессов в целом, связан с типом носителя. Различные книги, журналы и другая печатная продукция составляют библиотеки. Глиняные таблички, берестяные грамоты и папирусы хранятся в музеях. Аудиосигналы в виде музыки или начитанного текста записываются на кассеты или диски.

«Информационный процесс»

Информационный процесс — совокупность последовательных действий над информацией для получения какого-либо результата.

К информационным процессам относят:

• сбор информации — поиск и отбор необходимых сообщений из разных источников;
• поиск информации — нахождение информации в имеющихся информационных фондах;
• обработка информации — получение новых сообщений из уже имеющихся;
• представление информации — преобразование информации в форму, наиболее удобную для ее понимания и использования;
• передача информации — перемещение сообщений от источника к приемнику по каналу передачи;
• хранение информации — фиксирование сообщений на материальном носителе;
• использование информации — принятие на ее основе каких-либо решений;
• защита информации — предотвращение от случайной потери, повреждения, изменения или несанкционированного доступа к информации.

В процессе передачи информации всегда имеется несколько участников:

• тот, кто предоставляет информацию (выступает ее источником);
• тот, кто принимает информацию и является ее получателем (таких может быть несколько);
• канал связи, по которому передается информация.

Источниками и приемниками информации могут быть живые существа или технические устройства. Каналами связи могут быть, например, электромагнитные, звуковые и световые волны.

Информационные сообщения передаются по каналам связи в форме сигналов. Сигнал — это изменение во времени некоторой физической величины (например, уровня напряжения). Именно изменения некоторых параметров (характеристик) сигнала отображают сообщение. Таким образом, сигналы являются материально-энергетической формой представления информации.

• По способу передачи сигналов различают каналы проводной связи (например, кабельные) и каналы радиосвязи (например, спутниковые).
• По типу среды распространения каналы связи делятся на проводные, акустические, оптические, инфракрасные и радиоканалы.

Основной характеристикой каналов передачи информации является их пропускная способность, или скорость передачи по каналу информации.

Сигналы могут быть аналоговыми (непрерывными) или дискретными (импульсными). В аналоговом сигнале — величина принимает бесконечное число значений, которые изменяются непрерывно; в дискретном — величина принимает конечное множество значений, которые изменяются скачкообразно.

Аналоговые сигналы характеризуются плавным изменением своих параметров. Дискретная информация характеризуется фиксированными уровнями представления своих параметров, взятых в определённые промежутки времени. В компьютерах используются сигналы, которые могут принимать только два дискретных значения — и 1.

Скорость передачи информации (информационных сообщений) — количество информации, переданное в единицу времени. Скорость передачи сообщений обычно измеряется в битах за секунду (бит/с). Кроме того, используются другие единицы: килобиты за секунду (Кбит/с), мегабиты за секунду (Мбит/с), байты за секунду (Б/с), килобайты за секунду (Кб/с).

Таблица. Информационный процесс.

Конспект урока по информатике «Информационный процесс».

Вернуться к Списку конспектов по информатике.

Передача информации

Передача информации – это информационный процесс, заключающийся в перемещении информационных сигналов от источника к приемнику по информационным каналам связи. Особенности информационного процесса передачи информации заключаются в тесной связи с изменением формы представления информации. Так, передаче производится кодирование и декодирование информации для удобства транспортировки сигнала. Например, при передаче электронного письма требуется преобразовать текстовую информацию в электрические сигналы и передать по телекоммуникационным каналам связи. То есть процесс передачи тесно связан с информационным процессом обработки информации.

Разные помехи, возникающие при передаче сигнала, называются шумом. Для защиты от помех применяют избыточное кодирование, которое заключается в многократном повторении передаваемых сигналов

Помехозащищенность является важной характеристикой канала связи

Еще одним параметром, характеризующим канал связи, является пропускная способность, которая выражается в количестве символов переданных за единицу времени по каналу связи в отсутствие помех.

Что мы узнали?

Информация является стратегическим ресурсом, все виды жизнедеятельности современного общества связаны с получением, хранением, преобразованием и распространением информации. Различают информационные процессы передачи, хранения, обработки. Процесс обработки информации может быть направлен как на изменение содержательной части информационного сообщения, так и на преобразование формы выражения информации. С обработкой информации тесно связан процесс передачи, качество которого зависит от свойств канала связи. Для сбора и хранения информации существует большое количество различных приспособлений и устройств.

1.2. Что такое информация?

Термин «информация» происходит от латинского слова
«informatio», что означает сведения, разъяснения, изложение.

Несмотря на широкое распространение этого термина,
понятие информации является одним из самых дискуссионных в науке. В настоящее время наука
пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию
информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает
различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

• в обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют.
  Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.
  «Информировать» в этом смысле означает «сообщить нечто, неизвестное раньше»;
• в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов;
• в кибернетике под информацией понимает ту часть знаний,
  которая используется для ориентирования, активного действия, управления,
  т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы (Н. Винер).

Клод Шеннон, американский учёный, заложивший основы теории
информации науки, изучающей процессы, связанные с передачей, приёмом,
преобразованием и хранением информации,
рассматривает информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то.

Приведем еще несколько определений:

• Информация это сведения об объектах и явлениях окружающей среды,
  их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них
  степень неопределенности, неполноты знаний (Н.В. Макарова);
• Информация это отрицание энтропии (Леон Бриллюэн);
• Информация это мера сложности структур (Моль);
• Информация это отраженное разнообразие (Урсул);
• Информация это содержание процесса отражения (Тузов);
• Информация это вероятность выбора (Яглом).

Современное научное представление об информации очень точно сформулировал
Норберт Винер, «отец» кибернетики. А именно:

Информация это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств.

Люди обмениваются информацией в форме сообщений. Сообщение это форма
представления информации в виде речи, текстов, жестов, взглядов, изображений,
цифровых данных, графиков, таблиц и т.п.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете,
объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача
и т.п.) может содержать разное количество информации для разных
людей в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня
понимания этого сообщения и интереса к нему.

Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации
человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для
человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение,
изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией
посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь
интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это
сообщение содержит.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.

Более развёрнутое представление о существе рассматриваемых вопросов дается в
.

Передача

Передача данных – это транслирование информации от источника к получателю. При этом, рассматривая, что такое информационные процессы типа передачи, стоит сразу отметить, что здесь обязательно принимает участие источник и приемник, причем первый занимается непосредственно передачей данных, в то время как второй ее получает. Между ними используется определенный канал передачи информации, который в профессиональных кругах принято называть просто каналом связи.

Вспоминая уроки, на которых объяснялись информационные процессы (10 класс), мы отметим, что помимо приемника и получателя, в состав связи входит несколько устройств:

• технические элементы, которые передают сигнал получателю от определенного источника;
• кодирующее устройство, преобразовывающее исходное сообщение в уникальный вид, который является наиболее удобным для передачи;
• декодирующая составляющая осуществляет преображение изначально кодированного устройства в исходное.

Что такое информационные процессы? Наша жизнь непосредственно связана с транслированием данных. В процессе передачи информация может несколько искажаться или даже теряться. Ярким примером этому служат всевозможные атмосферные помехи в радио, изменения звука в телефонной трубке, затемненное изображение в телевизоре, а также множество других ситуаций. Такие моменты, или же, как их называют профессиональные специалисты, шумы, несколько искажают данные, однако благодаря постоянным разработкам в сфере криптологии подобные явления становятся все менее и менее заметными.

Информационный процесс как научное понятие

Любые действия, производимые с информацией, называются информационными процессами. Основную роль тут играют сбор, обработка, создание, сохранение и передача информации. На протяжении всей своей истории человечество развивала эти и другие процессы, а так же смежные отрасли. Одним из основных критериев развития общества было именно совершенствование информационных процессов. Искусство, религия, письменность, шифрование, книгопечатание, авторское право, телеграф, радиоэлектроника, компьютеры, интернет – это лишь основная часть достижений человечества в области работы с информацией.
Нужно отметить, что несмотря на кажущуюся определенность, научном сообществе не прекращаются споры об универсальности самого термина «информация». В частности, «информация» не синоним «данным», хотя в разговорной речи зачастую это и так. «Данные» это интерпретированная, обработанная и зарегистрированная в понятном виде информация, продукт информационного процесса . То есть, информация это ресурс, данные это конечный, обработанный продукт прошедший обработку информационным процессом. Но как и любой продукт, данные потребляются для получения какого-то результата. В самом простом виде, можно представить такую схему:

ИСТОЧНИК	ИНФОРМАЦИЯ	ПРИЕМНИК/ОБРАБОТЧИК	ДАННЫЕ
Звезда ХХХ	Световые, радио и прочие волны	Телескоп и ЭВМ	Температура, яркость, размер, дальность и т.д.
Иностранец	Речь на непонятном языке	Переводчик	Речь на понятном языке

1.5. Как измеряется количество информации?

Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа
«Война и мир», во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на
эти вопросы наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро.
А возможно ли объективно измерить количество информации? Важнейшим
результатом теории информации является следующий вывод:

В определенных, весьма широких условиях можно пренебречь качественными особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить количество информации, содержащейся в различных группах данных.

В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия
«количество информации», основанные на том, что информацию, содержащуюся
в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе,
уменьшения неопределённости наших знаний об объекте.
Эти подходы используют математические понятия вероятности и логарифма.
Если вы еще не знакомы с этими понятиями, то можете пока

Подходы к определению количества информации. Формулы Хартли и Шеннона.

Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. процесс получения
информации рассматривал как выбор одного сообщения из конечного наперёд
заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I,
содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N.

Формула Хартли:
I = log2N

Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле
Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется:
I = log2100 > 6,644. Таким образом,
сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации,
приблизительно равное 6,644 единицы информации.

Приведем другие примеры равновероятных сообщений:

при бросании монеты: «выпала решка», «выпал орел»;

на странице книги: «количество букв чётное», «количество букв
нечётное».
Определим теперь, являются ли равновероятными сообщения «первой выйдет
из дверей здания женщина» и «первым выйдет из дверей здания мужчина».
Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от того,
о каком именно здании идет речь. Если это, например, станция метро, то
вероятность выйти из дверей первым одинакова для мужчины и женщины, а если
это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем
для женщины.

Для задач такого рода американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г.
другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную
неодинаковую вероятность сообщений в наборе.

Формула Шеннона:
I = ( p1log2
p1 + p2
log2 p2
+ .

+ pN log2
pN),
где pi вероятность того, что именно
i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.

Легко заметить, что если вероятности p1, …, pN
равны, то каждая из них равна 1 / N, и формула Шеннона превращается
в формулу Хартли.

Помимо двух рассмотренных подходов к определению количества информации, существуют
и другие

Важно помнить, что любые теоретические результаты применимы
лишь к определённому кругу случаев, очерченному первоначальными допущениями.

В качестве единицы информации Клод Шеннон предложил принять один бит (англ.
bit binary digit двоичная цифра).

Бит в теории информации количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений (типа «орел»»решка», «чет»»нечет» и т.п.). В вычислительной технике битом называют наименьшую «порцию» памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков «0» и «1», используемых для внутримашинного представления данных и команд.

Бит слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная
единица байт, равная восьми битам.
Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из
256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=28).

Широко используются также ещё более крупные производные единицы
информации:

• 1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт
  = 210 байт,
• 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт
  = 220 байт,
• 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт
  = 230 байт.

В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в
употребление такие производные единицы, как:

• 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт
  = 240 байт,
• 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт
  = 250 байт.

За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для
различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная
(бит), а десятичная (дит) единица информации.