Хранение антропогенной информации.

Стремление зафиксировать, сохранить надолго свое восприятие информации было всегда свойственно человеку. Мозг человека хранит множество информации, и использует для хранения ее свои способы, основа которых — двоичный код, как и у компьютеров. Человек всегда стремился иметь возможность поделиться своей информацией с другими людьми и найти надежные средства для ее передачи и долговременного хранения. Для этого в настоящее время изобретено множество способов хранения информации на внешних (относительно мозга человека) носителях и ее передачи на огромные расстояния.

Хранение информации при использовании компьютеров осуществляется на магнитных дисках или лентах, на лазерных дисках (CD и DVD), специальных устройствах энергонезависимой памяти (флэш-память и пр.). Эти методы постоянно совершенствуются, изобретаются новые устройства и носители информации. Обработку информации (воспроизведение, преобразование, передача, запись на внешние носители) выполняет процессоркомпьютера. С помощью компьютера возможно создание и хранение новой информации любых видов, для чего служат специальные программы, используемые на компьютерах, и устройства ввода информации.

Особым видом информации в настоящее время можно считать информацию, представленную в глобальной сети Интернет. Здесь используются особые приемы хранения, обработки, поиска и передачи распределенной информации больших объемов и особые способы работы с различными видами информации. Постоянно совершенствуется программное обеспечение, обеспечивающее коллективную работу с информацией всех видов.

Хранение антропогенной информации на молекулах днк.

В январе 2013 года в СМИ появилась сообщение о новейших достижениях в области сохранения антропогенной информации. Ученые использовали природный принцип хранения и передачи информации с помощью молекул ДНК.

Молекулы ДНК представляются привлекательными для долговременного хранения больших массивов данных на носителях микроскопических размеров. Главным препятствием было то, что для этого надо использовать большое число небольших фрагментов ДНК, при "чтении" которых могли возникать ошибки. Специалисты Европейского института биоинформатики (EMBL-EBI, входит в Европейскую молекулярно-биологическую лабораторию, EMBL) предложили способ сохранения и безошибочного воспроизведения очень больших объемов информации различного типа, например сотен миллионов часов видео, на основе природного «банка данных» — молекул ДНК, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.

Сотрудники EBI придумали, как уйти от этой проблемы — они предложили способ синтеза кусочков ДНК и воссоздания из них больших последовательностей с данными, который практически исключал ошибки при декодировании. Синтезировать нужные фрагменты специалистам EBI помогла американская биотехнологическая компания Agilent Technologies.

Биоинформатики переслали в Agilent Technologies текстовый файл со всеми сонетами Шекспира, аудиофайл речи борца за права чернокожих американцев Мартина Лютера Кинга «У меня есть мечта», фото здания EBI, скан первой статьи Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика — создателей пространственной модели структуры молекулы ДНК с ее описанием, а также инструкцию по дешифровке информации.

Американские биотехнологи синтезировали несколько сотен тысяч нужных кусочков ДНК, которые вместе были похожи на маленький кусочек пыли, и выслали их обратно европейским ученым. Те на основе своего кода воспроизвели записи — они "читались" без ошибок. Теперь в EBI намерены усовершенствовать свою "шифровальную" методику, чтобы приблизить практическое применение этого способа хранения информации.

( http://ria.ru/science/20130123/919464888.html#ixzz2IyVyOoK9)

Было показано, что в одном грамме ДНК можно вместить миллиарды гигабайт информации. Одного миллиграмма молекулы достаточно, чтобы закодировать полный текст каждой книги из Библиотеки Конгресса США. Недавно это казалось фантастикой. В новом исследовании учёные смогли закодировать учебник генетики объёмом 5,27 мб в менее чем 1 пкг ДНК.

Несколько команд учёных уже пытались кодировать данные в геномы живых клеток. Но такой подход имеет несколько недостатков. Во-первых, клетки умирают. Во-вторых, они воспроизводятся, вводя новые мутации в течение долгого времени, что может изменить данные. 

Чтобы обойти эти проблемы, команда во главе с Джорджем Черчем, биологом из Медицинской школы Гарварда в Бостоне, создала систему кодирования информации в ДНК, которая не предполагает использования клеток вообще. Вместо этого специальный принтер помещает короткие фрагменты химически синтезированной ДНК на поверхность крошечного стеклянного чипа. Чтобы закодировать цифровой файл, исследователи делят его на небольшие совокупности данных, которые кодируются олигомерными ДНК. Данные олигомеры представляют собой удобные для хранения носители, состоящие каждый из 159 нуклеотидов. Каждый такой олигомер многократно копируется, чтобы система, сверяя копии, могла корректировать ошибки. В каждом олигомере 96 нуклеотидов представляют закодированные данные как нули и единицы в цифровом коде; 19 нуклеотидов показывают, как эти блоки должны быть расположены и 44 нуклеотида обеспечивают более легкое считывание. Имитируя двоичный код, исследователи использовали два типа нуклеотидов (As и Cs) в качестве 0 и Gs, Ts – в качестве 1. 

После кодирования книги в ДНК и перевода её назад в цифровую форму, система зафиксировала 2 ошибки на миллион бит, в виде нескольких однобуквенных опечаток. Это сопоставимо с кодированием на DVD и намного лучше, чем магнитные жесткие диски. Из-за крошечного размера ДНК-чипы – теперь носитель данных, с самой высокой известной информационной плотностью. "Как бы то ни было, стоимость сиквенса ДНК и других инструментов в настоящее время делает непрактичным широкое использование такого носителя, – говорит Даниэль Гибсон, биолог из J. Craig Venter Institute в Роквилле, Мэриленд. – Однако направление развивается быстро, и технология скоро будет дешевле, быстрее и портативнее". ( http://news.sciencemag.org/sciencenow/2012...ode.html?ref=hp http://www.nature.com/news/a-fresh-chapter...storage-1.11194)

Интересно, что многолетний опыт показывает, что копируя естественные принципы работы живых организмов в технических устройствах, ученые получают достаточно интересные результаты. Однако, стоит помнить, что еще никогда и ни в чем ученым не удавалось превзойти природу. Природные механизмы максимально точны и реализованы на 100% возможности принципа.

Передача антропогенной информации

Для передачи информации на большие расстояния первоначально использовались кодированные световые сигналы, с изобретением электричества — передача закодированного определенным образом сигнала по проводам, позднее — с использованием радиоволн.

Создателем общей теории информации и основоположником цифровой связи считается Клод Шеннон (Claude Shannon). Всемирную известность ему принес фундаментальный труд 1948 года — «Математическая теория связи» (A Mathematical Theory of Communication), в котором впервые обосновывается возможность применения двоичного кода для передачи информации. Предложил и ввел термин «бит» информации.

Сигнал - способ передачи информации.

Это физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным. Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени.

Аналоговый сигнал - сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени. Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, дискретны. Аналоговые сигналы используют в телефонной связи, радиовещании, телевидении.

Носители антропогенной информации

Любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.);

волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна) и т.д.;

К носителям атропогенной информации можно отнести: устное народное творчество (хранение и передача мифов, преданий. Сказок и т.п.);

Поверхность камня (камни ики);

Поверхность папируса, бересты, бумаги;

Магнитные ленты, диски, провод и т.п. для записи магнитной информации, вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и т.д.

С появлением компьютеров (или, как их вначале называли в нашей стране, ЭВМ — электронные вычислительные машины) вначале появилось средство для обработки числовой информации. Однако в дальнейшем, особенно после широкого распространения персональных компьютеров (ПК), компьютеры стали использоваться для хранения, обработки, передачи и поиска текстовой, числовой, изобразительной, звуковой и видеоинформации. С момента появления первых персональных компьютеров — ПК (80-е годы 20 века) — до 80 % их рабочего времени посвящено работе с текстовой информацией.

Рассматривая антропогенную информацию нельзя не упомянуть о парадоксе: человек часть природы и подчиняется законам природной информации. Природные информационные процессы, в которые вовлечен человек, протекают для него неосознанно.

ЛЕКЦИЯ 4. ПРИРОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ.

Информация – это компонент материи, возникающий одновременно с возникновением самой материи. Поскольку материя не исчезает и не появляется вновь, то и природная информация меняет свою форму и сложность, но остается вечной. Природная информация подчиняется законам существования и развития информации в масштабах вселенной.

Природная информация и энтропия связаны между собой обратной зависимостью, чем более сложная структура, тем больше она содержит информации; увеличение энтропии ведет к развитию хаоса.

Развитие любой природной системы ведет к постоянному усложнению информационной композиции, в результате на определенном уровне гармония перерастает в хаос, но дальнейшее накопление информации приводит к появлению нового уровня гармонии.

В литературе есть хороший пример, иллюстрирующий это положение: описание листочка с дерева. Если попытаться описать каждый листок с дерева в отдельности, то окажется, что это сделать практически невозможно, т.к. каждый листок имеет свою форму; в результате наберется множество различных описаний, которые не будут до конца повторятся, а следствие – хаос. Но появляется новый уровень – крона. Это уже новый гармоничный уровень. Но у каждого дерева своя крона и описать их единым уравнением невозможно описать – это значит, что появляется снова хаос, но и другой уровень гармонии – лес.

Результатом роста энтропии может быть и процесс разрушения, например, упавшее дерево начинает гнить и разрушаться. Налицо рост энтропии с разрушением природной структуры (дерево), но гниющее дерево дает начало ряду других гармоничных систем – грибкам, бактериям, лишайникам и другим компонентам экосистемы, которая может предстать перед нами в виде нового гармоничного уровня развития.

Конечно, существует и катастрофический сценарий, когда развивается энтропия и практически уничтожается гармония, например, пожар в лесу.

Следовательно, можно утверждать, что информация основа гармонии структуры; снижения информации ведет к развитию хаоса (энтропии) в структуре. Но из хаоса по мере накопления информации возникает гармония. В свою очередь дальнейшее накопление информации ведет к появлению хаоса на новом уровне (рост энтропии системы) и так до бесконечности (обеспечивается эволюция).

Информация ведет к структурированию, развитию (усложнению) материальных структур.

Природная информация имеет свойство синтезироваться (алгебраическому и семантическому сложению), что ведет к эволюции материи, вселенной и любой природной системы.

Природным носителем информации является голограмма (Вселенная рассматривается как голограмм). Однако есть мнение, что к носителям природной информации можно отнести торсионные поля и микролептонны.

Природная информация распространяются мгновенно, независимо от расстояния и для неё не существует естественных преград.

Природная информация распространяется в голограмме вселенной мгновенно и доступна сразу в любой её точке.

Для природной информации не действует закон сохранения, лишняя информация «сворачивается», но не исчезает.

Для природной информации не существует понятия «время» - это такие характеристики, как «прошлое», «настоящее» и «будущее».

Изменение структуры информации влечет за собой выделение или поглощение энергии и перестройку системы в целом.

Информация одного направления притягивается, противоположного — отталкиваются.

Информация, воздействуя на объект, передает ему свое содержание путем поляризации структур и эта своеобразная «зарядка» объекта определенной информацией сохраняется длительное время.

Одно из важнейших свойств природной информации – это ее способность к синтезу. Синтез информации подразумевает возникновение иерархии информации. Возникновение сложных иерархических информационных структур основа развития живых организмов. Впервые понятие синтеза информации ввел Г. Кастлер в своей книге «Возникновение биологической организации». Синтез информации может быть алгебраическим и семантическим (смысловым).

Алгебраический синтез информации – набор системой информационного шума. В результате лишняя информация «сворачивается» и отбрасывается системой. В другом случае информационный шум ведет к разрушению системы.

Семантическая информация (имеющая смысл для данной системы) – способствует структуризации системы и дальнейшему ее развитию. Накопление информации идет по принципам:

любая структура открыта к набору внешней информации;

информация синтезируется и создает новые иерархические структуры;

при достижении стабильных состояний, а это точки в ряду Фибоначчи, возникают стабильные иерархические структуры, которые и позволяют развиваться материально-энергетической компоненте до соответствующего уровня.