Носители информации. Знаки и сигналы

1. Носители информации. Знаки и сигналы

 

Распространение информации всегда связано с материальным носителем, то есть средой для её записи, хранения, передачи.

Носителем информации может быть:

• любой материальный предмет (бумага, камень, дерево, стол, классная доска, звездная пыль, мусор на полу);

• волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна), гравитационная (давление, притяжение);

• вещество в различных состояниях (жидкий раствор – информацией может быть, в частности, концентрация молекул; газ – информацией в этом случае могут являться его температура и давление).

Для хранения информации, которая будет обрабатываться с помощью компьютера, используются специальные машинные носители информации: электронные схемы, перфокарты (использовались раньше), магнитные ленты, магнитные диски, оптические компакт-диски и т.п.

Человек всегда стремился доступным ему способом зафиксировать сведения о том, что больше всего его волновало. Наши весьма давние предки оставили нам информацию о себе в виде наскальных росписей в пещерах, где они обитали. Отсюда и произошло идеографическое письмо, в основу которого положены идеограммы – письменные знаки (условное изображение или рисунок), соответствующие не отдельным звукам, а словам или словосочетаниям.

Позже информация о волнующих людей событиях наносилась на поверхности искусственных, как правило, монументальных сооружений, которые донесли ее до наших дней (гробницы, стелы, ритуальные сооружения). Однако монументальные сооружения не были транспортабельны. Чтобы получить необходимую информацию, которая там хранилась, люди были вынуждены совершать путешествия к этим сооружениям.

Основным способом передачи информации в приведенных примерах являются специальные знаки.

Свет маяка, цвет светофора, звук школьного звонка могут нести определенную информацию для человека. Очень часто не произнесенные слова, а интонация, с которой они были произнесены, несут для вас важную информацию о настроении вашего собеседника. Изменение цвета листьев комнатного цветка, их поникший вид сигнализируют о необходимости позаботиться о поливе и подкормке растения.

Сигналы азбуки Морзе служат средством общения моряков и могут сообщить об особенностях и опасностях плавания.

Основным способом передачи информации в данных примерах выступают сигналы.

Итак, информация передается с помощью знаков и сигналов, именно они являются основными формами передачи информации в социотехнических системах.

Один и тот же знак, один и тот же сигнал может нести для воспринимающего его человека разное значение или смысл. Наполнение знаков и сигналов смыслом превращает их в символы. Символ – это знак или сигнал, наполненный смыслом.

Красный сигнал светофора является для нас символом запрета движения по дороге.

Наборы знаков «Караул!», «Help!» или «… – – – …» служат в качестве символов просьбы о помощи. Знак «Р» может восприниматься и как русская буква «эр», и как английская буква [pi], и как обозначение химического элемента фосфора, и как знак автомобильной стоянки.

Заметим, что мы видим знаки только благодаря нашей способности интерпретировать отраженный от поверхности предмета свет, то есть благодаря восприятию световых сигналов. Само слово «сигнал» имеет общий корень с английским sign, что можно перевести как знак, обозначение.

В информатике сигнал – есть форма передачи информации. Передача сигналов – это некоторый физический процесс, имеющий информационное значение.

Сигналы, передаваемые в электрической форме (электромагнитные волны), обладают множеством достоинств:

1) не требуют движущихся механических устройств, медленных и подверженных поломкам;

2) скорость передачи электрических  сигналов приближается к максимально  возможной скорости – скорости света;

3) электрические сигналы легко  обрабатывать, сравнивать и преобразовывать  с помощью электронных устройств, отличающихся чрезвычайно высоким быстродействием.

Сигналы могут быть непрерывными (аналоговыми) или дискретными.

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени (температура воздуха, сила тока, напряжение, скорость движения).

Аналоговые сигналы используют, например, в телефонной связи, радиовещании, телевидении.

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений (дискретный – не непрерывный).

Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, – дискретны.

 

Пример

Дискретные сигналы	Аналоговые сигналы
Цвет светофора	Скорость автомобиля
Цифры, буквы, слова	Влажность воздуха
Знаки дорожного движения	Пение и игра на музыкальных инструментах
Телеграфная азбука Морзе	Кардиограмма

 

 

В реальной жизни мы чаще всего воспринимаем непрерывные сигналы. Даже речь человека по сути представляет собой непрерывный сигнал. В этом легко убедиться, если вспомнить, что речь на незнакомом языке воспринимается слитно, в ней трудно выделить отдельные слова. Но дискретные сигналы обрабатывать легче. Благодаря сложившейся с детства привычке, мы выделяем в сигналах, непрерывно поступающих к нам из внешнего мира, отдельные элементы: лица и облака, слова и музыкальные фразы. Этот процесс называется дискретизацией непрерывного сигнала.

Сигнал, несущий информацию, может принимать два различных значения (в его простейшей форме), но не менее. Не бывает информационного сигнала, принимающего только одно значение.

На сторожевой башне огонь означает «опасность», огня нет – «все спокойно». Если костер на башне жгут постоянно или не зажигают вовсе, то нет никакой возможности узнать, например, когда же вторгся неприятель, то есть получить информацию.

Дискретные сигналы часто называют цифровыми. Так они называются потому, что отдельные значения сигнала мы можем «пересчитать», то есть каждому значению сигнала можно поставить в соответствие число.

На рисунке изображена температурная кривая, вычерченная термометром-самописцем. Рассматривая график, можно сделать вывод о том, что диапазон изменения температуры за сутки – от +12 °С до +24 °С. Можно ли эту информацию, полученную в непрерывной (аналоговой) форме представить в виде отдельных значений, то есть в дискретной форме?

 

 

Занесем значения температуры в конце каждого часа в таблицу. Тем самым мы преобразуем аналоговый сигнал в цифровой:

 

Час	1	2	…	13	14	15	…	24
t0C	15	12,3	…	21,5	22	22	…	16

 

Легко заметить, что таблица дает неточную картину процесса: например, из графика видно, что самая высокая температура была достигнута между 14 и 15 часами, но в таблице это не нашло отражения.

Ясно, что представление аналогового сигнала в дискретной форме можно улучшить, если занести в таблицу значения температуры, наблюдаемые каждые полчаса или каждые 10 минут.

Аппаратура систем обработки информации в технике и управлении в зависимости от того, какие сигналы она обрабатывает, делится на аналоговую и дискретную. К аналоговой технике относятся обычно различные регуляторы, измерительные приборы и т.п.

Вычислительная техника также может работать как с аналоговыми, так и с дискретными (цифровыми) сигналами. Соответственно, существуют аналоговые вычислительные машины (АВМ) и цифровые вычислительные машины (ЦВМ), причем последние получили значительно большее распространение.

Представление непрерывной графической, звуковой информации в памяти цифрового компьютера основано на том, что аналоговые сигналы всегда могут быть преобразованы к дискретному (числовому) виду.

Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Звук дискретизируется подобно тому, как это сделано в последнем примере. Графические изображения дискретизируются в соответствии с матричным принципом. Если вы когда-нибудь определяли с помощью палетки площадь произвольной геометрической фигуры, вы имеете представление об этом принципе. На рисунок как бы наносится сетка и просматривается клетка за клеткой этой сетки. Если изображения в клетке нет, то ей в соответствие ставится, например, 0, если изображение в клетке есть – ставится 1. Линия, изображенная на рис. 1., при таком способе дискретизации представляется в виде следующей последовательности нулей и единиц: 0011111110000 0010000001110 0100000000010 и т.д.

 

Рисунок, демонстрирующий суть матричного принципа дискретизации изображений

 

Информация в материальном мире

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов (1 бит), то есть, все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные.

Данные – это зарегистрированные сигналы.

0 – логическое нет, а 1 – логическое да.

 

2. Виды информации

 

Для чего в науке при изучении каких-либо объектов часто стремятся распределить эти объекты по группам в соответствии с определенными признаками? Иными словами, с какой целью разрабатывается классификация изучаемых объектов? Есть некоторые общие свойства информации и общие закономерности работы с ней. Но работа с текстом рассказа отличается от работы над партитурой музыкального произведения, а проведение расчета по формулам имеет мало общего с созданием мультфильма. То есть существуют особенности протекания информационных процессов для информации разных видов. Знание того, к какому виду относится информация, поможет выбрать наиболее подходящие средства и методы для работы с ней.

Какие виды информации можно выделить? Какие признаки можно выбрать в качестве оснований деления?

Поскольку в наибольшей степени информацию мы связываем с восприятием и осознанием поступающих сигналов человеком, то её можно разделить по тому, каким образом информация воспринимается людьми.

У человека пять органов чувств:

• зрение, с помощью которого люди различают цвета, воспринимают зрительные образы; информация – визуальная;

• слух, с помощью которого воспринимается звуковая информация – речь, музыка, звуковые сигналы, шум; информация – аудиальная;

• обоняние, с помощью которого люди получают информацию о запахах окружающего мира; информация – обонятельная;

• вкус – с помощью вкусовых рецепторов языка можно получить информацию о том, каков предмет – горький, кислый, сладкий, соленый; информация – вкусовая;

• осязание – кончики пальцев (и весь кожный покров) дают человеку информацию о температуре предмета – горячий он или холодный, о качестве его поверхности – гладкий или шероховатый; информация – тактильная.

Следует отметить, что органы чувств человека получили название анализаторов, поскольку именно через эти органы сигналы внешнего мира поступают в головной мозг для анализа и осмысливания.

Около 80–90% информации человек получает при помощи органов зрения (визуально), примерно 8–15% – при помощи органов слуха (аудиалъно) и только 1–5% – при помощи остальных органов чувств (обоняния, вкуса, осязания).

А вот, например, лисы, собаки и многие другие животные основную часть информации получают с помощью носа. У них хорошо развито обоняние. Для летучих мышей главная информация – звуковая, они воспринимают ее своими большими, чуткими ушами.