2. Виды и характеристики носителей и сигналов.

Информация всегда связана с материальным носителем. Носитель информации – среда для записи и хранения информации.

Виды носителей: Носителем информации может быть любой материальный предмет (бумага, камень, стена, поверхность дискеты), волны различной природы (акустическая – звук, электромагнитная– свет, радиоволна, гравитационная – давление, притяжение), особые состояния вещества (концентрация молекул в жидком растворе, температура и давление газа, расположение молекул в кристалле процессора и др.).

Виды сигналов:

Информационный сигнал – физический процесс, имеющий для человека или технического устройства информационное значение.

Он может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным.

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в определенный период времени.

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 легче обрабатывать дискретные сигналы. 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.

Примеры:

Способ передачи	Процесс	Параметры сигнала
Звук	Звуковые волны	Высота и громкость звука
Изображение	Световые волны	Частота и амплитуда световых волн

Важно: аналоговые сигналы всегда могут быть представлены в дискретном виде, например, в виде последовательности чисел. Процесс представления какой-либо величины в виде последовательного ряда ее отдельных (дискретных) значений называют дискретизацией.

Вычислительная техника 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.

ВЫВОД: во всех видах преобразования сообщений, где имеется Д-сообщения возможно преобразование без потери информации.

Другие достоинства дискретно формы информации:

1. высокая помехоустойчивость

2. простота и надежность устройств по обработке информации

3. точность обработки информации

4. универсальность устройств.

 

Спектры сигналов, модуляция и кодирование.

Физические сигналы являются непрерывными функциями времени. Чтобы преобразовать непрерывный, в частности, аналоговый сигнал в цифровую форму используются аналого-цифровые пребразователи (АЦП). Процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала обычно представляют в виде последовательности трех операций: дискретизации, квантования и кодирования. Однако, если придерживаться терминологии принятой в литературе по системам цифровой связи, то первая операция, дискретизация, соответствует модуляции сигнала, а вторая операция, квантование, есть ни что иное, как один из cпособов кодирования. Поэтому процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала можно также представить в виде последовательности двух операций - модуляции и кодирования.

Операция дискретизации заключается в определении выборки моментов времени измерения сигнала. Операция квантования состоит в считывании значений координаты сигнала в выбранные моменты измерения с заданным уровнем точности, а операция кодирования - в преобразовании полученных измерений сигнала в соответствующие значения некоторого цифрового кода или кодовой комбинации, которые затем передаются по каналам связи.

Процедуру восстановления непрерывного сигнала из цифрового представления также можно представить в виде двух операций: декодирования и демодуляции. Операция декодирования выполняет операцию обратную операции кодирования, т.е. преобразует последовательность заданных значений кодовой комбинации (кодовых слов) в последовательность измерений, следующих друг за другом через заданные интервалы времени дискретизации. Операция демодуляции выполняет интерполяцию или восстановление непрерывного сигнала по его измерениям. Преобразование сигнала из цифровой формы в непрерывный сигнал осуществляется цифро-аналоговыми пребразователями (ЦАП). Считается, что система аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований адекватна сигналу, если восстановленный непрерывный сигнал (копия) соответствует исходному непрерывному сигналу (оригиналу) с заданной погрешностью.

Методы повышения помехоустойчивости передачи и приёма сигналов.

В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передаче по телеграфу. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, изменяют сообщение.

Поэтому при организации автоматизированной передачи сообщений необходимо особо заботиться об обеспечении защиты от помех, о проверке соответствия полученного сообщения переданному.

В теории информации установлена связь между способом кодирования передаваемых сообщений, скоростью их передачи по каналам связи и вероятностью искажения передаваемой информации. Еще в сороковых годах ХХ в. К. Шеннон доказал, что при любых помехах и шумах можно обеспечить передачу информации без потерь.

Первая теорема Шеннона говорит о том, что для передачи любого сообщения с помощью канала без помех, существует код минимальной длины, такой, что сообщение кодируется с минимальной избыточностью.

Вторая теорема Шеннона о кодировании при наличии шумов гласит, что всегда существует способ кодирования, при котором сообщения будут передаваться с какой угодно высокой достоверностью (со сколь угодно малой вероятностью ошибок), если только скорость передачи не превышает пропускной способности канала связи.

В процессе передачи сигналов важная роль принадлежит каналам связи и их свойствам. Физическая природа каналов передачи информации может быть самая разнообразная: воздух и вода, проводящие акустические волны (звуковые сигналы) и радиоволны (радиосигналы), токопроводящие среды (система металлических проводов), оптоволокнистые среды.

Каналы связи делятся на симплексные (с передачей информации только в одну сторону (телевидение)) и дуплексные, по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф). По каналу могут одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах.

Каналы связи характеризуются пропускной способностью и помехозащищенностью.

Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых по нему в отсутствие помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала, в частности, его разрядности.

Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние (избыточные) символы. Эти символы не несут действительного содержания, но используются для контроля правильности сообщения при получении.

Лекция 4. Представление информации в цифровых автоматах.