Что подразумевается под процессом передачи информации

4.3. Процесс передачи информации

Схематично процесс передачи информации показан на рисунке. При этом предполагается, что имеется источник и получатель информации. Сообщение от источника к получателю передается посредством канала связи (информационного канала).

Рис. 3. – Процесс передачи информации

В таком процессе информация представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов — речи, при чтении текста человек воспринимает буквы – графические символы. Передаваемая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук — акустические волны в атмосфере, изображение – световые электромагнитные волны). Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации(информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, телевидение.

Можно говорить о том, что органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. С их помощью информационное воздействие на человека доносится до памяти.

Клодом Шенноном, была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная на рисунке.

Рис. 4. – Процесс передачи информации по Шеннону

Работу такой схемы можно пояснить на процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством – микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов через которые проходит сигнал)). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека – приемник информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.

Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи.

В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация кодируется в двоичную форму (0 и 1 — двоичные цифры), а затем декодируется в текст, изображение, звук. Цифровая связь является дискретной.

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. В таких случаях необходима защита от шума.

В первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Например, использование экранного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важным 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 приведет к задержкам и подорожанию связи. Теория кодирования К. Шеннона как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой информации будет минимально-возможной, а достоверность принятой информации — максимальной.

В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передаче. Все сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.

Технические линии информационной связи (телефонные линии, радиосвязь, оптико-волоконный кабель) имеют предел скорости передачи данных, называемый пропускной способностью информационного канала. Ограничения на скорость передачи носят физический характер.

Передача информации. Сообщение.

Опр: Материальный объект или среду, которые служат для представления или передачи информации, будем называть ее материальным носителем (бумага, диск, воздух и т.п.).

При этом хранение информации связано с фиксацией состояния носителя (например уже напечатанный текст на бумаге), а распространение информации – с процессом, который протекает в носителе.

Опр: Изменение характеристики носителя, которое используется для представления информации, называется сигналом, а значение этой характеристики, отнесенное к некоторой шкале измерений, называется параметром сигнала.

Высота и громкость звука

Частота и амплитуда световых волн

Одиночный сигнал не может содержать много информации. Нужно их много.

Опр: Последовательность сигналов называется сообщением.

Сообщение, таким образом, служит переносчиком информации, а информация является содержанием сообщения.

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.

Понятие «информация» обычно предполагает наличие двух объектов – источника и приемника информации. Информация передается от источника к приемнику в материально-энергетической форме в форме сигналов, распространяющихся в определенной среде.

Опр: Источник информации – это субъект или объект, порождающий информацию и представляющий ее в виде сообщения.

Опр: Получатель информации — это субъект или объект, принимающий сообщение и способный правильно его интерпретировать.

!! получатель информации не равен получателю сообщения (слышу речь на керунди – я получатель сообщения, но не информации)

Итак, информация передается в форме сообщений от некоторого источника информации к получателю посредством системы связи между ними. (Слайд)

Совокупность технических средств, используемых для передачи сообщений от источника к получателю, называется системой связи.

Канал связи – совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от передатчика к приемнику.

Кодирующее устройство предназначено для кодирования информации (преобразования исходного сообщения от источника к виду, удобному для передачи информации).

Декодирующее устройство предназначено для преобразования полученного сообщения в исходное.

Знания – это зафиксированная и проверенная практикой обработанная информация, которая использовалась и может многократно использоваться для принятия решений. Знания – это вид информации, которая хранится в базе знаний и отображает знания специалиста в конкретной предметной области. Знания – это интеллектуальный капитал. Формальные знания могут быть в виде документов (стандартов, нормативов), регламентирующих принятие решений или учебников, инструкций с описанием решения задач. Неформальные знания – это знания и опыт специалистов в определенной предметной области. Необходимо отметить, что универсальных определений этих понятий (данных, информации, знаний) нет, они трактуются по-разному. Принятия решений осуществляются на основе полученной информации и имеющихся знаний. Принятие решений – это выбор наилучшего в некотором смысле варианта решения из множества допустимых на основании имеющейся информации. Взаимосвязь данных, информации и знаний в процессе принятия решений представлена на рисунке.

Для решения поставленной задачи фиксированные данные обрабатываются на основании имеющихся знаний, далее полученная информация анализируется с помощью имеющихся знаний. На основании анализа, предлагаются все допустимые решения, а в результате выбора принимается одно наилучшее в некотором смысле решение. Результаты решения пополняют знания.

Процесс систематического научного познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и так далее). Таким образом, с точки зрения процесса познания информация может рассматриваться как знания.

Процесс познания можно наглядно изобразить в виде расширяющегося круга знания (такой способ придумали еще древние греки). Вне этого круга лежит область незнания, а окружность является границей между знанием и незнанием. Парадокс состоит в том, что чем большим объемом знаний обладает человек (чем шире круг знаний), тем больше он ощущает недостаток знаний (тем больше граница нашего незнания. мерой которого в этой модели является длина окружности) — рис. 1.

Сравнительная информация (знание) позволяет принимать решения. Например, покупатель может принять решение о покупке товара по более подходящей для него цене (при этом могут подключаться знания о качестве сервиса — сравнение информации; знания о надёжности компании производителя — сравнение информации и т. д.). Если решение принимает представитель торговой компании, то знания о конкурентах могут ему позволить более выгодно вести бизнес. Важно подчеркнуть, что каждый раз знание получается именно на основе сравнения информации.

В итоге мы имеем следующую простую формулу:

знание = информация + сравнение

Обработкой знаний занимаются системы искусственного интеллекта.

Информационные технологии

В широком смысле слово технология — это способ освоения человеком материального мира с помощью социально организованной деятельности, которая включает три компоненты: информационную (научные принципы и обоснование), материальную (орудие работы) и социальную (специалисты, имеющие профессиональные навыки). Эта триада составляет сущность современного понимания понятия технологии.

Понятие информационной технологии появилось с возникновением информационного общества, основой социальной динамики в котором являются не традиционные материальные, а информационные ресурсы: знания, наука, организационные факторы, интеллектуальные способности, инициатива, творчество и т.д. К сожалению, это понятие настолько общее и всеохватывающее, что до сих пор специалисты не пришли к четкой, формализованной формулировке.

Наиболее удачным определением понятия информационной технологии дано академиком Глушковым В.М., который трактовал ее как человеко-машинную технологию сбора, обработки и передачи информации, которая основывается на использовании вычислительной техники.

Рассмотрим основные информационные процессы.

Информационные процессы

Существуют три вида информационных процессов: хранение, обработка, передача.

Хранение информации:

 Основные свойства хранилищ информации.

С хранением информации связаны следующие понятия: носи­тель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Память человека можно назвать опера­тивной памятью. Заученные знания воспроизводятся чело­веком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.

Все прочие виды носителей информации можно назвать вне­шними (по отношению к человеку): дерево, папирус, бумага и т.д. Хранилище информации — это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки). Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов для удобства работы с ними.

Основные свойства хранилища информации:

• объем хранимой информации,
• надежность хранения, время доступа (т.е. время по­иска нужных сведений),
• наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памя­ти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных.

Процесс передачи информации

Включаем фантазию и представляем три ситуации.

• Ваш друг отправляет вам гифку с котиком через интернет по суперсовременному оптоволоконному кабелю.
• Зебра, завидев опасность, кричит на всю округу, сотрясая воздух, предупреждая об опасности других зебр.
• Человек из телевизора опять обещает вам завтра дождь.

Что это — случайно выбранные ситуации, никак не связанные между собой, или хорошие примеры важного процесса?

Общая схема передачи информации

Передача информации — процесс перемещения сообщений в пространстве в виде сигналов от одного объекта к другому.

Основные элементы процесса передачи информации, без которых он невозможен:

• Источник информации. В качестве источника могут выступать любые объекты, которые способны отправлять информацию — как живые существа, так и технические устройства.

• Кодирующее устройство. В зависимости от того, каким образом передается информация, она должна быть представлена в определенном виде. Например, электромагнитных, звуковых или световых волнах.

• Канал связи. Среда, по которой протекает закодированная информация. Каналы делятся по способу распространения информации. Например, проводные, световые, акустические, радиоканалы.

• Декодирующее устройство преобразует информацию из закодированного вида, предназначенного для ее передачи, в ее исходный вид.

• Получатель информации. Объект, которому отправленная информация предназначалась.

Скорость передачи информации

Под скоростью передачи информации подразумевают не ее физическую скорость, а переданное количество этой информации за единицу времени.

Информация передается с очень большой скоростью, которой можно просто пренебречь. Практическую ценность будет иметь именно количество информации, передаваемое за определенный промежуток времени.

Чтобы лучше все это понять, представьте такую ситуацию. К вам на праздник собирается прийти очень много гостей, и всех надо будет накормить. Вы решаете заказать очень много еды из вашего любимого ресторана с доставкой. У этого ресторана всего один курьер, но у него есть электросамокат последней модели, настолько быстрый, что позволяет ему добираться до вашего дома ровно за секунду. Но так как ваш заказ очень большой и не влезает в сумку полностью, курьеру придется везти ваш заказ по частям и несколько раз возвращаться обратно в ресторан.

Гораздо важнее для нас будет, сколько именно еды курьер сможет привезти за раз, то есть за 1 секунду, чем то, что его электросамокат едет со скоростью “очень много” км/ч. Так мы узнаем, сколько раз ему надо будет возвращаться в ресторан за следующей партией и лучше представим общее время доставки полного заказа.

С передачей информации похожая ситуация — нам важно не то, что сигнал будет идти по кабелю меньше секунды, а то, что ровно за одну секунду успеет прийти определенное количество информации.

Отсюда можно сделать вывод: время передачи информации будет тем меньше, чем больше скорость передачи информации, но тем больше, чем больше будет самой передаваемой информации.

Формула определения времени передачи информации получится следующая:

t = I/v, где t — время передачи информации, I — объем передаваемой информации, v — скорость передачи информации.

Архивация

При этом есть еще один способ потенциально уменьшить время передачи информации. Представьте, что тот самый курьер перед отправкой вашего заказа сможет очень грамотно его упаковать, из-за чего он будет занимать меньше места. Теперь ваш заказ будет разделен на гораздо меньшее количество упакованных частей. Курьер будет меньше раз возвращаться в ресторан, и сама доставка займет меньше времени.

Но при этом надо учитывать, что на упаковку заказа курьеру придется потратить еще какое-то время А после полной его доставки вы также потратите время на его распаковку.

Насколько архивация целесообразна, зависит от ситуации.

Рассмотрим следующее условие: нужно передать 20 мбайт информации по каналу связи, скорость передачи по этому каналу составляет 220 бит в секунду. При этом у нас есть архиватор, который потратит на сжатие информации 10 секунд, на распаковку после передачи — 2 секунды, а сжатая информация будет занимать 60% от исходного размера.

Как выгоднее поступить — отправлять информацию сразу или потратить время на архивацию и передавать ее в сжатом виде?

Чтобы это выяснить, посчитаем оба варианта.

1. Отправить информацию сразу
   Несжатая информация занимает 20 мбайт = 20 * 2 23 бит. Тогда передача информации займет
   t₁ = 20 * 2 23 / 2 20 = 20 * 2 3 = 20 * 8 = 160 c

1. Потратить время на архивацию
   Сжатая информация будет занимать 20 * 0,6 = 12 мбайт, и времени на передачу (с учетом архивации и распаковки) потребуется
   t₂= 12 * 2 23 / 2 20 + 10 + 2 = 12 * 8 + 12 = 108 с

В данном случае сжать данные перед отправкой целесообразно, так мы сэкономим больше времени, чем потеряем.

Но если бы архивация шла не так хорошо — если бы сжатая информация занимала 80% от исходного размера, на сжатие уходило бы 30 секунд, а на распаковку — 5 секунд, то ситуация бы изменилась.

Теперь сжатая информация занимала бы 16 мбайт, а на ее отправку потребовалось бы t₃ = 16 * 2 23 / 2 20 + 30 + 5 = 16 * 8 + 35 = 163 с

С таким архиватором мы больше потеряем времени, чем сэкономим, поэтому в данной ситуации было бы выгоднее отправлять данные без сжатия.

Фактчек

• При передаче информации она в виде определенных закодированных сигналов (электромагнитных, звуковых или каких-либо других) передается по каналам связи.
• Из-за больших физических скоростей сигналов скорость передачи информации измеряется не в км/ч, а в количестве переданной информации за секунду.
• Для ускорения передачи информации можно воспользоваться архиватором, который уменьшит размер передаваемой информации. Но нужно учитывать, что и на сжатие информации перед отправкой, и на распаковку после доставки будет уходить дополнительное время.

Проверь себя

Задание 1.
Выберите верные утверждения: «На передачу информации уйдет меньше времени, если…»

1. …исходный файл будет больше
2. …исходный файл будет меньше
3. …скорость передачи будет больше
4. …скорость передачи будет меньше

Задание 2.
Что такое «архиватор»?

1. Программа для отправки информации
2. Программа для сжатия информации
3. Программа, измеряющая время передачи информации
4. Программа, увеличивающая скорость передачи информации

Задание 3.
Для передачи 10 кбайт информации со скоростью 210 бит/с потребуется…

1. 1 секунда
2. 10 секунд
3. 20 секунд
4. 80 секунд

Задание 4.
Имеется 10 кбайт данных, канал связи, поддерживающий скорость передачи 210 бит/с и программа-архиватор, которая сжимает информацию до 70% от ее исходного размера и тратит 20 секунд на сжатие данных, а на их распаковку — 3 секунды. Какой из вариантов передачи данных будет предпочтительнее — с сжатием или без — и на сколько секунд он будет быстрее?

1. Без сжатия, на 4 секунды
2. С сжатием, на 1 секунду
3. Без сжатия, на 1 секунду
4. Время будет одинаковое

Ответы: 1. — 23; 2. — 2; 3. — 4; 4. — 2.

Урок 6
Передача информации

Мы постоянно участвуем в действиях, связанных с передачей информации. Люди передают друг другу просьбы, приказы, отчёты о проделанной работе, публикуют книги, научные статьи, рекламные объявления. Передача информации происходит при чтении книг, при просмотре телепередач.

Любой процесс передачи информации упрощённо можно представить следующей схемой (рис. 14)

В передаче информации всегда участвуют две стороны: тот, кто передаёт информацию, — источник информации, и тот, кто её получает, — приёмник информации.

Органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. Техническими информационными каналами являются телефон, радио, телевизор, компьютер, с помощью которых люди обмениваются информацией. Информационным каналом можно считать письмо или записку.

Рассмотрим несколько ситуаций, связанных с передачей информации.

При переходе дороги на регулируемом перекрёстке вы (приёмник информации) воспринимаете зелёный сигнал светофора (источника информации) как разрешение перейти дорогу. В этом случае информация передаётся в одну сторону. Бывают такие ситуации, когда происходит взаимный обмен информацией. Играя в компьютерную игру, вы постоянно обмениваетесь информацией с компьютером: воспринимаете сюжет, правила и текущую ситуацию, анализируете полученную информацию и передаёте компьютеру с помощью клавиатуры или мыши некоторые управляющие команды. В свою очередь, компьютер принимает и обрабатывает ваши команды, отображая результат обработки на экране дисплея. Этот взаимный обмен информацией происходит на протяжении всей игры.

В случае просмотра телепередачи всей семьёй источник информации один (телепередача), а приёмников несколько (члены семьи). А вот если вы (приёмник) готовите сообщение, например, по истории, то желательно иметь как можно больше источников информации (энциклопедии, мемуары, карты, фотографии, телепередачи).

Очень важно, чтобы передача информации осуществлялась быстро и без искажений.

В живой природе постоянно происходит приём и передача информации: лесные и луговые цветы, испуская ароматы, сообщают насекомым о том, что в чашечках цветов заготовлен нектар, который можно взять, прихватив заодно и пыльцу для опыления других цветов. Солнечные лучи, ветер, дождь тоже передают информацию, а растения и животные воспринимают её и используют как управляющие сигналы в своей жизни. Так, свет и тепло, которые несут солнечные лучи, указывают растениям, когда надо распускать почки, а когда — сбрасывать листву, готовясь к зиме.

Как передавали информацию в прошлом и о научных открытиях в этой области вы можете узнать из материалов электронного приложения к учебнику.

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Человек постоянно участвует в действиях, связанных с приёмом и передачей информации.

Любой процесс передачи информации можно представить следующей схемой: источник информации → информационный канал → приёмник информации.

Телефон, телеграф, телевидение, Интернет — современные информационные каналы.

Вопросы и задания

1. Приведите пример обмена информацией между людьми. Кто в вашем примере является источником информации, а кто — приёмником?

2. Приведите пример источника информации и расскажите о нём.

3. Чем отличается источник информации от приёмника?

4. Является ли природа источником информации для человека? Приведите пример из собственной жизни.

5. Вспомните сказку А. С. Пушкина о царе Салтане. Пока Салтан воевал, царица родила сына — царевича Гвидона:

. Шлёт с письмом она гонца,
Чтоб порадовать отца.
А ткачиха с поварихой,
С сватьей бабой Бабарихой Извести её хотят,
Перенять гонца велят;
Сами шлют гонца другого .

Назовите источник информации, её приёмник и информационный канал. Кто в данной ситуации создавал помехи для качественной передачи информации?

6. Какие источники информации использовали следующие персонажи сказок А. С. Пушкина:

1) царевич Елисей, искавший свою невесту;
2) злая мачеха, задумавшая извести свою падчерицу и доверявшая только одному источнику информации;
3) царь Салтан, чтобы узнать о дальних странах;
4) царевич Гвидон, чтобы узнать о диковинках;
5) царь Дадон, чтобы узнать о набегах врагов?

7. Определите источник и приёмник информации, а также характер (односторонний, двусторонний) передачи информации в следующих ситуациях:

1) школьник читает текст в учебнике;
2) бабушка читает письмо;
3) мальчик просыпается от звонка будильника;
4) разговаривают подруги Таня и Лена;
5) учитель объясняет новый материал классу;
6) регулировщик управляет потоками машин и пешеходов;
7) человек читает объявление в газете;
8) завуч вывешивает листочек с изменениями в расписании уроков;
9) диспетчер сообщает, что автобусный рейс отменяется;
10) вывешен знак, запрещающий проезд по улице;
11) мальчик получил пригласительный билет на ёлку.

Электронное приложение к уроку

Файлы

Материалы урока

Ресурсы ЕК ЦОР

Cкачать материалы урока