Носители информации

25

1.4.НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

ПОНЯТЬ

Распространение информации всегда связано с материальным носителем, то есть средой для ее 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), электро-магнитная (свет, радиоволна), гравитационная (давление, притяжение);

• вещество в различном состоянии (концентрация молекул в жидком растворе, температура и давление газа).

ПРИМЕР

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 заносилась на поверхности искусственных, как правило, монументальных сооружений, которые донесли ее до наших дней (гробницы, стеллы, 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.

ПРИМЕР

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 более важную информацию о настроении вашего собеседника.

Изменение цвета листьев коматного цветка, их поникший вид сигнализируют о необходимости позаботиться о поливе и подкормке растения.

Сигналы азбуки Морзе служат средством общения моряков и могут сообщитить 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 носителями информации в социотехнических системах.

ЗАМЕЧАНИЕ. Слова “знак”, “сигнал”, “символ” являются многозначными, то есть в разных ситуациях (контекстах) могут наделяться разным смыслом. Договоримся о значении этих слов в нашем случае.

Иногда, чтобы подчеркнуть, что носителем информации является физический предмет (лист бумаги, классная доска, камень, картина) с какими-либо изображениями на нем, говорят, что информация записана в виде знаков. А если носителем информации является волна, то говорят, что информация переносится в виде сигналов.

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 приводит к “появлению” символов. Символ - это знак или сигнал, наполненный смыслом.

ПРИМЕР

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

Набор знаков “Караул!”, “Help!” или “. . . - - - . . .” - символом просьбы о помощи.

Знак “Р” может восприниматься и как русская буква “эр”, и как английская буква “пи”, и как химический элемент фосфор, и как знак автомобильной стоянки.

О знаках мы более подробно поговорим в параграфе, посвященном кодированию информации, а сейчас познакомимся с понятием “сигнал”. Заметим, что видим знаки мы тоже только благодаря способности различать 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. Написанное слово обозначает некоторое понятие и, таким образом, тоже является сигналом.

В информатике сигнал - есть способ передачи информации, некоторый физический процесс, имеющий информационное значение.

Сигналы могут быть непрерывными или дискретными.

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

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени (дискретный - не непрерывный).

Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию - дискретны.

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

ПРИМЕР

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 обработывать легче. Благодаря выработанной 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 в его простейшей форме может принимать два дискретных и вполне определенных значения, например, на сигнальной башне огонь есть - огня нет. Если костер на башне жгут постоянно или не зажигают вовсе, то нет никакой возможности узнать, например, когда же вторгся неприятель.

Не бывает сигнала, принимающего только одно дискретное значение.

Часто дискретные сигналы называют цифровыми. Цифровыми они называются потому, что отдельные значения сигнала мы можем “пересчитать”, то есть каждому значению сигнала мы можем поставить в соответствие число.

ПРИМЕР

На рисунке изображена температурная кривая, вычерченная термометром-самописцем, 15 июля на берегу реки Цны. Рассматривая график, можно сделать вывод о том, что температура за сутки изменилась от +12^ОС до +24^ОС. Можно ли эту информацию, полученную в непрерывной (аналоговой) форме представить в виде отдельных значений, то есть в дискретной форме? Занесем в таблицу значения температуры на конец каждого часа. Легко заметить, что таблица дает неточную картину процесса: например, самая высокая температура достигнута между 14 и 15 часами. Ясно, что таблицу можно улучшить, если занести в нее значения температуры, наблюдаемые каждые полчаса.

Различная 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 работат как с непрерывными, так и с дискретными сигналами. Дискретные сигналы чаще всего представляются в цифровой форме (в виде чисел). 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 представлены в виде дискретных двоичных кодов.

Звук дискретизируется подобно тому, как это сделано в последнем примере. Рисунки (информация графической формы представления) дискретизируются в соответствии с матричным принципом. Если вы когда-нибуть 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 в соответствии ей ставится, например, 0, если изображение в клетке есть ей в соответствии ставится 1. Линия, изображенная на следующем рисунке, при таком способе дискретизации может быть представлена в виде следующей последовательности нулей и единиц: 0011111110000 0010000001110 0100000000010 и т.д.

Рисунок, демонстрирующий суть матричного принципа дискретизации изображений.

Более подробно об этом будет расказано в соответствующих параграфах учебника.

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

ЗНАТЬ

Информация всегда связана с материальным носителем.

Носитель информации - среда для записи и хранения информации.

Носителем информации может быть:

• любой материальный предмет;

• волны различной природы;

• различные состояния вещества.

Сигнал - способ передачи информации.

Сигнал - физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным.

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

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени.

Аналоговые сигналы 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.

Сигналы, передаваемые в электрической форме обладают множеством достоинств:

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

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

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

УМЕТЬ

ЗАДАНИЕ 1

В следующих примерах выделите носитель информации, определите, является ли сигнал, передающий эту информацию, дискретным или непрерывным:

1. наблюдение за показаниями спидометра автомобиля;

2. просмотр видеоклипа;

3. чтение газеты, журнала, то есть текста, напечатанного типографским способом;

4. прослушивание музыкального произведения;

5. любование живописным пейзажем из окна вагона;

6. выполнение алгоритма по заданной блок-схеме.

ЗАДАНИЕ 2

Приведите примеры непрерывных и дискретных сигналов в быту и технике.

ЗАДАНИЕ 3

Придумайте способ дискретизации цветного графического изображения.

ЗАДАНИЕ 4

Создатели мультфильмов монтируют их из отдельных “неподвижных” картинок, но когда мы смотрим на экран, то видим непрерывное движение. Это пример перехода от дискретного сигнала к аналоговому. Объясните его принцип.

ЗАДАНИЕ 5

Какие способы дискретного представления музыки вы знаете?

Можно ли считать исполнение музыкального произведения по его нотной записи примером перехода от дискретного сигнала к аналоговому?

ЗАДАНИЕ 6

Подумайте, каким образом можно поставить в соответствие тексту “Я помню чудное мгновение” какое-либо цифровое выражение. Вы можете это сделать, так как текстовая информация - дискретна (можно “подсмотреть” в параграфе о кодировании информации).

ВОПРОСЫ - ПРОБЛЕМЫ

1. Является ли вакуум носителем информации?

2. Является ли человеческая речь дискретным или непрерывным сигналом? Казалось бы - дискретным, ведь мы легко выделяем в ней отдельные звуки, слова, фразы. Но сможем ли мы эти элементы выделить в речи на незнакомом нам языке?

3. Когда вы смотрите на то, что вас окружает, получаете ли вы дискретные сигналы или непрерывные сигналы? Выделение образов отдельных зданий, деревьев, людей - это свойство нашего зрения получать и обрабатывать дискретные сигналы или свойство нашего абстрактного мышления “дискретизировать” полученные от органов чувств непрерывные сигналы?

РАСШИРЬ СВОЙ КРУГОЗОР

В технике под термином “сигнал” понимают любой процесс, несущий информацию. Он может иметь произвольную физическую природу: механическую (движение, давление), тепловую, световую, электрическую, акустическую. Среди параметров процесса выбираются один или несколько, значения которых должны нести информацию. Такими параметрами могут быть длительность, амплитуда, частота, яркость, цвет и т.д. Не обязательно, чтобы физически различные значения выбранного параметра соответствовали различной информации.

НАПРИМЕР, в сигнализации на транспорте информационный смысл имеют три значения цвета светофора: красный, желтый, зеленый. Разные оттенки красного или зеленого не играют роли. Напротив, в дизайне и особенно в живописи различные оттенки играют решающую роль. Вся живопись и построена на “игре” оттенков.

В системах передачи и обработки информации сигналы обычно неоднократно преобразуются. При этом их физическая природа может меняться без потери информации, которую они переносят.

НАПРИМЕР, при телефонной связи сначала акустический сигнал (носитель - звуковая волна) от говорящего преобразуется в электрический (носитель - электромагнитная волна), который затем в телефонной трубке превращается снова в акустический.

При передаче может изменяться информационный характер сигнала: непрерывный сигнал становится дискретным (такое преобразование называется дискретизацией или квантованием) и наоборот. Переход от аналоговых представлений информации к цифровым (например, ввод результатов измерения непрерывных величин в ЭВМ) и обратно в технике осуществляется специальными устройствами: аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями. Такие преобразователи используются в модемах, звуковых картах и пр.