Передача информации. Технические системы передачи информации Презентация по передаче информации техническим каналам
Процесс передачи информации представим посредством модели в виде схемы, приведенной на рисунке 3.
Рис. 3. Обобщенная модель системы передачи информации
Рассмотрим основные элементы, входящие в состав данной модели, а также преобразования информации, которые в ней происходят.
1. Источник информации или сообщения (ИИ)– это материальный объект или субъект информации, способный накапливать, хранить, преобразовывать и выдавать информацию в виде сообщений или сигналов различной физической природы. Это может быть клавиатура компьютера, человек, аналоговый выход видеокамеры и т. п.
Мы будем рассматривать два типа источников информации: если в конечном интервале времени источник информации будет создавать конечное множество сообщений, он является дискретным , а в противном случае - непрерывным . Более подробно остановимся на рассмотрении источников на следующем занятии.
Информация в виде исходного сообщения с выхода источника информации поступает на вход кодера, включающего кодер источника (КИ) и кодера канала (КК).
2. Кодер.
2.1. Кодер источника обеспечивает преобразование сообщения в первичный сигнал- множество элементарных символов.
Отметим, что код- это универсальный способ отображения информации при ее хранении, передаче и обработке в виде системы однозначных соответствий между элементами сообщений и сигналами, при помощи которых эти элементы можно зафиксировать. Кодирование всегда может быть сведено к однозначному преобразованию символов одного алфавита в символы другого. При этом код есть правило, закон, алгоритм, по которому осуществляется это преобразование.
Код представляет собой полный набор всех возможных комбинаций символов вторичного алфавита, построенных по данному закону. Комбинации символов, принадлежащие данному коду, называются кодовыми словами . В каждом конкретном случае могут быть использованы все либо часть кодовых слоев, принадлежащих данному коду. Тем более, что существуют «мощные коды», все комбинации которых практически невозможно отобразить. Поэтому под словом «код» подразумеваем прежде всего закон, по которому производится преобразование, в результате которого получаем кодовые слова, полный набор которых принадлежит данному коду, а не какому-то другому, построенному по иному закону.
Символы вторичного алфавита независимо от основания кода являются лишь переносчиками сообщений. Сообщением при этом является буква первичного алфавита безотносительно конкретного физического либо смыслового содержания, которое она отражает.
Таким образом, цель кодера источника - представление информации в наиболее компактной форме. Это нужно для того, чтобы эффективно использовать ресурсы канала связи либо запоминающего устройства. Более подробно вопросы кодирования источников будут рассмотрены в теме № 3.
2.2. Кодер канала. При передаче информации по каналу связи с помехами в принятых данных могут возникать ошибки. Если такие ошибки имеют небольшую величину или возникают достаточно редко, информация может быть использована потребителем. При большом числе ошибок полученной информацией пользоваться нельзя.
Кодирование в канале , или помехоустойчивое кодирование, представляет собой способ обработки передаваемых данных, обеспечивающий уменьшение количества ошибок , возникающих в процессе передачи по каналу с помехами.
На выходе кодера канала в результате формируется последовательность кодовых символов, называемая кодовой последовательностью . Более подробно вопросы канального кодирования будут рассмотрены в теме № 5, а также в курсе «Теории электрической связи».
Нужно отметить, что как помехоустойчивое кодирование, так и сжатие данных не являются обязательными операциями при передаче информации. Эти процедуры (и соответствующие им блоки в структурной схеме) могут отсутствовать. Однако это может привести к очень существенным потерям в помехоустойчивости системы, значительному уменьшению скорости передачи и снижению качества передачи информации. Поэтому практически все современные системы (за исключением, быть может, самых простых) должны включать и обязательно включают и эффективное и помехоустойчивое кодирование данных.
3. Модулятор. В случае необходимости передачи сообщений символам вторичного алфавита ставятся в соответствие конкретные физические качественные признаки. Процесс воздействия на закодированное сообщение с целью превращения его в сигнал называется модуляцией . Функции модулятора - согласование сообщения источника или кодовых последовательностей, вырабатываемых кодером, со свойствами линии связи и обеспечение возможности одновременной передачи большого числа сообщений по общему каналу связи.
Поэтому модулятор должен преобразовать сообщения источника или соответствующие им кодовые последовательности в сигналы , (наложить сообщения на сигналы), свойства которых обеспечивали бы им возможность эффективной передачи по существующим каналам связи. При этом сигналы, принадлежащие множеству систем передачи информации, работающих, например, в общем радиоканале, должны быть такими, чтобы обеспечивалась независимая передача сообщений от всех источников ко всем получателям информации. Подробно различные методы модуляции изучаются в курсе «Теории электрической связи».
Можно сказать, что назначением кодера и модулятора является согласование источника информации с линией связи.
4. Линия связи - это среда, в которой распространяются сигналы, несущие информацию. Не следует путать канал связи и линию связи. Канал связи - совокупность технических средств, предназначенных для передачи информации от источника к получателю.
В зависимости от среды распространения существуют радиоканалы, проводные, волоконно-оптические, акустические и т.п. каналы. Существует множество моделей, описывающих каналы связи с большей или меньшей степенью детализации, однако в общем случае сигнал, проходя по каналу связи, подвергается ослаблению, приобретает некоторую временную задержку (или фазовый сдвиг) и зашумляется.
Для повышения пропускной способности линий связи по ним могут передаваться сообщения от нескольких источников одновременно. Такой прием называется уплотнением . В этом случае сообщения от каждого источника передаются по своему каналу связи, хотя линия связи у них общая.
Математические модели каналов связи будут рассмотрены в курсе «Теории электрической связи». Информационные характеристики каналов связи будут подробно рассмотрены в рамках нашей дисциплины при изучении темы № 4.
5. Демодулятор . Принятое (воспроизведенное) сообщение из-за наличия помех в общем случае отличается от посланного. Принятое сообщение будем называть оценкой (имеется в виду оценкой сообщения).
Для воспроизведения оценки сообщения приемник системы в первую очередь должен по принятому колебанию и с учетом сведений об использованных при передаче виде сигнала и способе модуляции получить оценку кодовой последовательности , называемую принятой последовательностью . Эта процедура называется демодуляцией, детектированием или приемом сигнала . При этом демодуляция должна выполняться таким образом, чтобы принятая последовательность в минимальной степени отличалась от переданной кодовой последовательности. Вопросы оптимального приема сигналов в радиотехнических системах являются предметом изучения курса ТЭС.
6. Декодер.
6.1. Декодер канала . Принятые последовательности в общем случае могут отличаться от переданных кодовых слов, то есть содержать ошибки. Количество таких ошибок зависит от уровня помех в канале связи, скорости передачи, выбранного для передачи сигнала и способа модуляции, а также от способа приема (демодуляции). Задача декодера канала - обнаружить и, по возможности, исправить эти ошибки. Процедура обнаружения и исправления ошибок в принятой последовательности называется декодированием канала . Результатом декодирования является оценка информационной последовательности. Выбор помехоустойчивого кода, способа кодирования, а также метода декодирования должен производиться так, чтобы на выходе декодера канала осталось как можно меньше неисправленных ошибок.
Вопросам помехоустойчивого кодирования/декодирования в системах передачи (и хранения) информации в настоящее время уделяется исключительное внимание, поскольку этот прием позволяет существенно повысить качество ее передачи. Во многих случаях, когда требования к достоверности принимаемой информации очень велики (в компьютерных сетях передачи данных, в дистанционных системах управления и т.п.), передача без помехоустойчивого кодирования вообще невозможна.
6.2. Декодер источника . Поскольку информация источника в процессе передачи подвергалась кодированию с целью ее более компактного (или более удобного) представления (сжатие данных , экономное кодирование , кодирование источника ), необходимо восстановить ее к исходному (или почти исходному виду) по принятой последовательности. Процедура восстановления называется декодированием источника и может быть либо просто обратна операции кодирования (неразрушающее кодирование/декодирование), либо восстанавливать приближенное значение исходной информации. К операции восстановления будем относить также восстановление, если в этом есть необходимость, непрерывной функции по набору дискретных значений оценок.
Нужно сказать, что в последнее время экономное кодирование занимает все более заметное место в системах передачи информации, поскольку, вместе с помехоустойчивым кодированием, это оказалось самым эффективным способом увеличения скорости и качества ее передачи.
7.Получатель информации - материальный объект или субъект, воспринимающий информацию во всех формах ее проявления с целью дальнейшей ее обработки и использования.
Получателями информации могут быть как люди, так и технические средства, которые накапливают, хранят, преобразуют, передают или принимают информацию.
|
Защита от шума |
Работу этой схемы можно объяснить на примере телефонной связи. Источником информации в этой системе является говорящий человек, приемником, соответственно – слушающий. Кодирующее устройством является телефонная трубка, с помощью которой звуковые сигналы преобразуются в электромагнитные. Каналом связи является телефонная сеть. Декодирующим устройством, также является телефонная трубка.
Кодированием сигнала , при передачи информации, является любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. В настоящее время наиболее широко используется цифровая связь, которая, это по своему определению является дискретной. Кроме этого существует еще и аналоговая связь, это связь, при которой передача информации производится в форме непрерывного сигнала (старые стандарты телефонных сетей).
Под «Шумом» подразумеваются разного рода помехи искажающие передаваемый сигнал или приводящий к его потери. Такие помехи чаще всего возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одному и тому же каналу связи.
Методы борьбы с «шумом»:
1. Повторение сигнала
2. Оцифровка сигнала
3. Усиление сигнала
4. Механические средства (витая пара, оптоволокно, экранирование и т.д.)
Кроме этого в теории кодирования разработаны методы представления передаваемой информации с целью уменьшения ее потерь под воздействием шума.
5.2. Компьютерные сети
Компьютерная сеть – это соединение двух и более компьютеров между собой для совместного доступа к общим ресурсам. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные и информационные
Под аппаратными ресурсами подразумевается техническое обеспечение общего доступа: принтера, увеличенная емкость жесткого диска (файл-сервер), хост-машина и т.д.
Обобщенно компьютерную сеть можно представить совокупностью узлов, связанных между собой средами распространения сигналов (передающими средами, магистралями, линиями связи). В узлах компьютерной сети размещаются элементы сети связи и компьютерные системы.
Сети связи. Основными элементами традиционных сетей связи являются оконечные устройства (терминалы), системы передачи и коммутации.
Терминалы предназначены для подключения источников и приёмников информации к сети связи. Например, по выделенной двухпроводной линии или через модем к ним могут быть подключены компьютеры.
Система передачи обеспечивает транспортировку информации на расстояние. В настоящее время они поддерживают многоканальную передачу сигналов по одной магистрали.
Система коммутации предназначена для обеспечения связи множества пространственно разнесенных источников и приемников информации. Благодаря связанным друг с другом системам коммутации формируется составной (сквозной) канал связи для участников
Каждая из сетей общего пользования имеет собственные протоколы, обеспечивающие доступ определённого вида услуг.
Протоколы. Под протоколом понимается совокупность соглашений, которыми руководствуются компоненты при взаимодействии. В нашем случае протокол есть стандартный свод правил, определяющих представление (в частном случае форматы) данных и процедуры обмена
>>Информатика: Информатика 9 класс. Дополнение к главе 1
Дополнение к главе 1
1.1. Передача информации по техническим каналам связи
Основные темы параграфа:
♦ схема К. Шеннона;
♦ кодирование и декодирование информации;
♦ шум и защита от шума. Теория кодирования К. Шеннона.
Схема К. Шеннона
Американским ученым, одним из основателей теории информации, Клодом Шенноном была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная на рис. 1.3.
Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем 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 - приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.
Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.
Кодирование и декодирование информации
Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи.
На заре эры радиосвязи применялся азбуки Морзе. Текст преобразовывался в последовательность точек и тире (коротких и длинных сигналов) и передавался в эфир. Принимавший на слух такую передачу человек должен был суметь декодировать код обратно в текст. Еще раньше азбука Морзе использовалась в телеграфной связи. Передача информации с помощью азбуки Морзе - это пример дискретной 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, очевидно, тоже является дискретной.
Шум и защита от шума. Теория кодирования К. Шеннона
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, передаваемых по одним и тем же каналам. Часто, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор других людей. В таких случаях необходима защита от шума.
В первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают самыми разными, иногда - простыми, иногда - очень сложными. Например, использование экранированного 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 важных 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. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то, повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.
Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию 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 - пакеты. Для каждого пакета вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным пакетом. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого пакета, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного пакета повторяется. Так происходит до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.
Коротко о главном
Любая техническая система передачи информации состоит из источника, приемника, устройств кодирования и декодирования и канала связи.
Под кодированием понимается преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. Декодирование - это обратное преобразование.
Шум - это помехи, приводящие к потере информации.
В теории кодирования разработаны методы представления передаваемой информации с целью уменьшения ее потерь под воздействием шума.
Вопросы и задания
1. Назовите основные элементы схемы передачи информации, предложенной К. Шенноном.
2. Что такое кодирование и декодирование при передаче информации?
3. Что такое шум? Каковы его последствия при передаче информации?
4. Какие существуют способы борьбы с шумом?
1.2. Архивирование и разархивирование файлов
Основные темы параграфа:
♦ проблема сжатия данных;
♦ алгоритм сжатия с использованием кода переменной длины;
♦ алгоритм сжатия с использованием коэффициента повторения;
♦ программы-архиваторы.
Проблема сжатия данных
Вы уже знаете, что с помощью глобальной сети Интернет пользователь получает доступ к огромным информационным ресурсам. В сети можно найти редкую книгу, реферат практически по любой теме, фотографии и музыку, компьютерную игру и многое другое. При передаче этих данных по сети могут возникнуть проблемы из-за их большого объема. Пропускная способность каналов связи еще достаточно ограничена. Поэтому время передачи может быть слишком большим, а это связано с дополнительными финансовыми расходами. Кроме того, для файлов большого размера может оказаться недостаточно свободного места на диске.
Решение проблемы заключается в сжатии данных, которое ведет к сокращению объема данных при сохранении закодированного в них содержания. Программы, осуществляющие такое сжатие, называются архиваторами. Первые архиваторы появились в середине 1980-х годов XX века. Главной целью их использования была экономия места на дисках, информационный объем которых в те времена был значительно меньше объема современных дисков.
Сжатие данных (архивирование файлов) происходит по специальным алгоритмам. В этих алгоритмах чаще всего используются две принципиально различающиеся идеи.
Алгоритм сжатия с использованием кода переменной длины
Первая идея: использование кода переменной длины. Данные, подвергающиеся сжатию, специальным образом делят на части (цепочки символов, «слова»). Заметим, что «словом» может быть и отдельный символ (код АSСII). Для каждого «слова» находится частота встречаемости: отношение количества повторений данного «слова» к общему числу «слов» в массиве данных. Идея алгоритма сжатия информации: кодировать наиболее часто встречающиеся «слова» кодами меньшей длины, чем редко встречающиеся «слова». При этом можно существенно сократить объем файла.
Такой подход известен давно. Он используется в азбуке Морзе, где символы кодируются различными последовательностями точек и тире, причем чаще встречающиеся символы имеют более короткие коды. Например, часто используемая буква «А» кодируется так: -. А редкая буква «Ж» кодируется: -. В отличие от кодов одинаковой длины, в этом случае возникает проблема отделения кодов букв друг от друга. В азбуке Морзе эта проблема решается с помощью «паузы» (пробела), которая, по сути, является третьим символом алфавита Морзе, то есть алфавит Морзе не двух-, а трех символьный.
Информация в памяти ЭВМ хранится с использованием двух символьного алфавита. Специального символа-разделителя нет. И все же удалось придумать способ сжатия данных с переменной длиной кода «слов», не требующий символа-разделителя. Такой алгоритм называется алгоритмом Д. Хаффмена (впервые опубликован в 1952 году). Все универсальные архиваторы работают по алгоритмам, подобным алгоритму Хаффмена.
Алгоритм сжатия с использованием коэффициента повторения
Вторая идея: использование коэффициента повторения. Смысл алгоритма, основанного на этой идее, заключается в следующем: если в сжимаемом массиве данных встречается цепочка из повторяющихся групп символов, то ее заменяют парой: число (коэффициент) повторений - группа символов. В этом случае для длинных повторяющихся цепочек выигрыш памяти при сжатии может быть очень большим. Данный метод наиболее эффективен при упаковке графической информации.
Программы-архиваторы
Программы-архиваторы создают архивные файлы (архивы). Архив представляет собой файл, в котором в сжатом виде хранятся один или несколько файлов. Для использования заархивированных файлов необходимо произвести их излечение из архива - разархивирование. Все программы -архиваторы обычно предоставляют следующие возможности:
Добавление файлов в архив;
извлечение файлов из архива;
удаление файлов из архива;
просмотр содержимого архива.
В настоящее время наиболее популярны архиваторы WinRar и WinZip. WinRar обладает более широкими возможностями по сравнению с WinZip. В частности, он дает возможность создания многотомного архива (это удобно, если архив необходимо скопировать на дискету, а его размер превышает 1,44 Мбайт), а также возможность создания самораспаковывающегося архива (в этом случае для извлечения данных из архива не нужен сам архиватор).
Приведем пример выгоды использования архиваторов при передаче данных по сети. Размер текстового документа, содержащего параграф, который вы сейчас читаете, - 31 Кб. Если этот документ заархивировать с помощью WinRar, то размер архивного файла составит всего 6 Кб. Как говорится, выгода налицо.
Пользоваться программами-архиваторами очень просто. Чтобы создать архив, нужно сначала выбрать файлы, которые необходимо в него включить, затем установить необходимые параметры (способ архивации, формат архива, размер тома, если архив многотомный), и, наконец, отдать команду СОЗДАТЬ АРХИВ. Похожим образом происходит обратное действие - извлечение файлов из архива (распаковка архива). Во-первых, нужно выбрать файлы, извлекаемые из архива, во-вторых, определить, куда должны быть помещены эти файлы, и, наконец, отдать команду ИЗВЛЕЧЬ ФАЙЛЫ ИЗ АРХИВА. Подробнее с работой программ-архиваторов вы познакомитесь на практических занятиях.
Коротко о главном
Сжатие информации производится с помощью специальных программ-архиваторов.
Чаще всего в алгоритмах сжатия используются два метода: использование кода переменной длины и использование коэффициента повторения группы символов.
Вопросы и задания
1. В чем различие кодов постоянной и переменной длины?
2. Какими возможностями обладают программы-архиваторы?
3. Какова причина широкого применения программ-архиваторов?
4. Знаете ли вы другие программы-архиваторы, кроме перечисленных в этом параграфе?
И. Семакин, Л. Залогова, С. Русаков, Л. Шестакова, Информатика, 9 класс
Отослано читателями из интернет-сайтов
Открытый урок информатики, школьный план , рефераты информатики , всё школьнику для выполнения домашнего задания, скачать информатику 9 класс
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные урокиЕсли у вас есть исправления или предложения к данному уроку,
Технические системы передачи информации Из истории: первой технической системой передачи стал телеграф (1837 г.); затем был изобретен телефон (1876 г. американец Александр Белл); изобретение радио (1895 г. русский инженер Александр Степанович Попов. 1896 г. итальянский инженер Г. Маркони) в 20 веке появились телевидение и Интернет
Модель передачи информации Клода Шеннона Все перечисленные способы передачи информационной связи основаны на передаче на расстояние физического (электрического или электромагнитного) сигнала и подчиняются некоторым общим законам. Исследованием этих законов занимается теория связи, возникшая в 1920 -х годах. Математический аппарат теории связи – математическую теорию связи, разработал ученый Клод Шеннон.
Модель передачи информации по техническим каналам связи ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ КОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ШУМ КАНАЛ СВЯЗИ ЗАЩИТА от ШУМА ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПРИЕМНИК ИНФОРМАЦИИ
Пример работы модели передачи информации по техническим каналам КАНАЛ СВЯЗИ КОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МИКРОФОН ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПРИЕМНИК
Кодирование информации - это любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для её передачи по каналу связи. Формы закодированного сигнала, передаваемого по техническим каналам связи: ü электрический ток ü радиосигнал
Современные компьютерные системы передачи информации – это компьютерные сети. В компьютерных сетях: кодирование – это процесс преобразования двоичного компьютерного кода в физический сигнал того типа, который передается по каналу связи; декодирование – это обратный процесс, преобразования передаваемого сигнала в компьютерный код.
Задачи, решаемые разработчиками технических систем передачи информации: как обеспечить наибольшую скорость передачи информации; как уменьшить потери информации при передаче. К. Шеннон был первым, взявшимся за решение этих задач и создавшим науку – теорию информации.
Пропускная способность канала - это максимальная скорость передачи информации. Пропускная способность измеряется в единицах: бит/с или байт/с 1 байт/с = 23 бит/с = 8 бит/с 1 Кбит/с = 210 бит/с = 1024 бит/с 1 Мбит/с = 210 Кбит/с = 1024 Кбит/с 1 Гбит/с = 210 Мбит/с = 1024 Мбит/с
Пропускная способность канала зависит от его технической реализации. В компьютерных сетях используются следующие средства связи: телефонные линии (10 -100 Кбит/с); электрическая кабельная связь; оптоволоконная кабельная связь (10 -100 Мбит/с); радиосвязь (10 -100 Мбит/с).
Скорость передачи информации зависит не только от пропускной способности канала связи, но и от разрядности кодировки информации. Длину кода сообщения надо делать минимально возможной.
Шум Термином «шум» называют разного помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Технические причины возникновения помех: плохое качество линий связи; незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Наличие шума приводит к потере информации
Защита от шума Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важнейших идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. Избыточность кода – это многократное повторение передаваемых данных.
Защита от шума Избыточность кода не может быть слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи. Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной, а достоверность принятой информации – максимальной.
Защита от шума Большой вклад в научную теорию связи внес советский ученый Владимир Александрович Котельников (1940 -1950 г. XX века).
Защита от шума В современных системах цифровой связи для 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, если она не совпадает с первоначальной, передача повторяется.
Система основных понятий Передача информации в технических системах связи Модель К. Шеннона Процесс передачи информации по каналу связи Процедура кодирования Пропускная Воздействие декодирования способность шумов на канал связи Защита информации от потерь при воздействии шума Кодирование с Частичная потеря Полное оптимальноизбыточной информации восстановление избыточным при передаче исходного кода кодом
Задачи 1. Скорость передачи данных через ADSLсоединение равна 128000 бит/c. Через данное соединение передают файл размером 625 Кбайт. Определите время передачи файла в секундах.
Задачи 2. Скорость передачи данных через модемное соединение равна 51200 бит/с. Передача текстового файла через это соединение заняла 10 с. Определите, сколько символов содержал переданный текст, если известно, что он был представлен в 16 -битной кодировке Unicode.
Задачи 3. Сколько секунд потребуется обычному модему, передающему сообщения со скоростью 28800 бит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640 х480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами?
Задачи 4. Средняя скорость передачи данных с помощью модема равна 36 864 бит/с. Сколько секунд понадобится модему, чтобы передать 4 страницы текста в 8 -битной кодировке КОИ 8, если считать, что на каждой странице в среднем 2 304 символа?
Задачи 5. Каково время (в минутах) передачи полного объема данных по каналу связи, если известно, что передано 150 Мбайт данных, причем первую половину времени передача шла со скоростью 2 Мбит в секунду, а остальное время – со скоростью 6 Мбит в секунду?
Задачи 6. У Толи есть доступ к сети Интернет по высокоскоростному одностороннему радиоканалу, обеспечивающему скорость получения информации 219 бит в секунду. У Миши нет скоростного доступа в Интернет, но есть возможность получать информацию от Толи по низкоскоростному телефонному каналу со средней скоростью 214 бит в секунду. Миша договорился с Толей, что тот будет скачивать для него данные объемом 6 Мбайт по высокоскоростному каналу и ретранслировать их Мише по низкоскоростному каналу. Компьютер Толи может начать ретрансляцию данных не раньше, чем им будут получены первые 256 Кбайт этих данных. Каков минимально возможный промежуток времени (в секундах) с момента начала скачивания Толей данных до полного их получения Мишей?
Задачи 7. Документ объемом 5 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами: А) Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать Б) Передать по каналу связи без использования архиватора. Какой способ быстрее и насколько, если – средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 218 бит в секунду, – объем сжатого архиватором документа равен 80% от исходного, – время, требуемое на сжатие документа – 35 секунд, на распаковку – 3 секунды?
Задачи В ответе напишите букву А, если способ А быстрее или Б, если быстрее способ Б. Сразу после буквы напишите количество секунд, насколько один способ быстрее другого. Так, например, если способ Б быстрее способа А на 23 секунды, в ответе нужно написать Б 23.
Задачи 8. Данные объемом 40 Мбайт передаются из пункта А в пункт Б по каналу связи, обеспечивающему скорость передачи данных 218 бит в секунду, а затем из пункта Б в пункт В по каналу связи, обеспечивающему скорость передачи данных 219 бит в секунду. От начала передачи данных из пункта А до их полного получения в пункте В прошло 35 минут. Сколько времени в секундах составила задержка в пункте Б, т. е. время между окончанием приема данных из пункта А и началом передачи данных в пункт В?
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.
