Информация

  3. Передача информации. 

  Всякое  событие, всякое явление  служит источником информации.

  Информация  передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику  посредством канала связи между  ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в  передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике  появляется принимаемый сигнал, который  декодируется и становится принимаемым  сообщением. Передача информации по каналам  связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

  Любое событие  или явление может быть выражено по-разному, разным способом, разным алфавитом. 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. Они-то и идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный  вид.

  С этой целью  сигналы пробегают декодирующее устройство, приобретая  форму, удобную  для абонента. Система связи сработала, цель достигнута. Когда говорят о  каналах связи, о системах связи, чаще всего для примера берут  телеграф. Но каналы связи - понятие  очень широкое, включающее множество  всяких систем, самых разных.

  Чтобы ясен был многоликий характер понятия  “канал связи”, достаточно  привести несколько примеров.

  При телефонной передаче источник сообщения - говорящий. Кодирующее  устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - это микрофон. Канал, по которому передается информация - телефонный  провод. Та часть трубки, которую мы подносим к уху, выполняет роль декодирующего  устройства. Здесь электрические  сигналы снова преобразуются  в звуки. И наконец, информация поступает  в “принимающее  устройство» - ухо человека на другом конце провода. А вот канал связи совершенно другой природы - живой нерв. 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.

  Еще один пример - вычислительная машина. И здесь  те же характерные  черты. Отдельные  системы вычислительной машины передают одна другой информацию с помощью  сигналов. Ведь вычислительная машина -автоматическое  устройство для  обработки информации, как станок - устройство  для обработки металла. Машина не создает из “ничего” информацию, она преобразует только то, что  в нее введено.  

                          канал связи

  Рис..Общая  схема передачи информации.

4.Методы преобразования информации

  Существует  несколько способов преобразования информации :

1. Сжатие информации
2. Кодирование информации

  Сжатие  информации

  Характерной особенностью большинства типов  данных является их избыточность. Степень  избыточности данных зависит от типа данных. Например, для видеоданных  степень избыточности в несколько  раз больше чем для графических  данных, а степень избыточности графических  данных, в свою очередь, больше чем  степень избыточности текстовых  данных. Другим фактором, влияющим на степень  избыточности является принятая система  кодирования. Примером систем кодирования  могут быть обычные языки общения, которые являются ни чем другим, как системами кодирования понятий  и идей для высказывания мыслей. Так, установлено, что кодирование  текстовых данных с помощью средств  русского языка дает в среднем  избыточность на 20-25% большую чем  кодирование аналогичных данных средствами английского языка.

  Для человека избыточность данных часто связана  с качеством информации, поскольку  избыточность, как правило, улучшает понятность и восприятие информации. Однако, когда речь идет о хранении и передаче информации средствами компьютерной техники, то избыточность играет отрицательную  роль, поскольку она приводит к  возрастанию стоимости хранения и передачи информации. Особенно актуальной эта проблема стает в случае обработки  огромных объемов информации при  незначительных объемах носителей  данных. В связи с этим, постоянно  возникает проблема уменьшения избыточности или сжатия данных. Если методы сжатия данных применяются к готовым  файлам, то часто вместо термина "сжатие данных" употребляют термин "архивация  данных", сжатый вариант данных называют архивом, а программные средства, которые реализуют методы сжатия называются архиваторами.

  В зависимости  от того, в каком объекте размещены  данные, подлежащие сжатию различают:

1. Сжатие (архивация) файлов: используется для уменьшения размеров файлов при подготовке их к передаче каналами связи или к транспортированию на внешних носителях маленькой емкости;
2. Сжатие (архивация) папок: используется как средство уменьшения объема папок перед долгим хранением, например, при резервном копировании;
3. Сжатие (уплотнение) дисков: используется для повышения эффективности использования дискового просторную путем сжатия данных при записи их на носителе информации (как правило, средствами операционной системы).

  Существует  много практических алгоритмов сжатия данных, но все они базируются на трех теоретических способах уменьшения избыточности данных. Первый способ состоит  в изменении содержимого данных, второй - в изменении структуры  данных, а третий - в одновременном  изменении как структуры, так  и содержимого данных.

  Если при  сжатии данных происходит изменение  их содержимого, то метод сжатия называется необратимым, то есть при восстановлении (разархивировании) данных из архива не происходит полное восстановление информации. Такие методы часто называются методами сжатия с регулированными потерями информации. Понятно, что эти методы можно применять только для таких типов данных, для которых потеря части содержимого не приводит к существенному искажению информации. К таким типам данных относятся видео- и аудиоданные, а также графические данные. Методы сжатия с регулированными потерями информации обеспечивают значительно большую степень сжатия, но их нельзя применять к текстовым данным. Примерами форматов сжатия с потерями информации могут быть:

• JPEG - для графических данных;
• MPG - для для видеоданных;
• MP3 - для аудиоданных.

  Если при  сжатии данных происходит только изменение  структуры данных, то метод сжатия называется обратимым. В этом случае, из архива можно восстановить информацию полностью. Обратимые методы сжатия можно применять к любым типам данных, но они дают меньшую степень сжатия по сравнению с необратимыми методами сжатия. Примеры форматов сжатия без потери информации:

• GIF, TIFF - для графических данных;
• AVI - для видеоданных;
• ZIP, ARJ, RAR, CAB, LH - для произвольных типов данных.

  Кодирование текстовых данных

  Если каждому  символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например символ «§».

  Технически  это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

  Для английского  языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSI — American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая к расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

  Первые .32 кода базовой таблицы, начиная с  нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.

  Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. Базовая таблица кодировки ASCII приведена в приложении 1.

  Аналогичные системы кодирования текстовых  данных были разработаны и в других странах. Так, например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» во вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющую значения кодов со 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших.

  Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» — компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение (приложение 2). Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.

  Другая  распространенная кодировка носит  название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) — ее происхождение относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы (приложение 3). Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернет».

  Международный стандарт, в котором предусмотрена  кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки /50 (International Standard Organization — Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко . 

  На компьютерах, работающих в операционных системах MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется и по сей день .

  В связи  с изобилием систем кодирования  текстовых данных, действующих в  России, возникает задача межсистемного  преобразования данных — это одна из распространенных задач информатики. 

  Универсальная система кодирования  текстовых данных

  Если проанализировать организационные трудности, связанные  с созданием единой система кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной — UNICODE (приложение 4). Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов — этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

  Несмотря  на тривиальную очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше добавило забот по согласованию документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода.