Развитие человечества никогда не происходило равномерно, были периоды застоя и технологических прорывов. Точно так же развивалась и история средств Интересные факты и открытия данной сферы в исторической последовательности представлены в этой статье. Невероятно, но то, без чего современное общество не представляет сегодня своего существования, человечество в начале ХХ века считало невозможным и фантастическим, а зачастую и абсурдным.
На заре развития
Начиная с самых древних времен и до нашей эры человечество активно использовало звук и свет как основные средства передачи информации, история их использования насчитывает тысячелетия. Помимо разнообразных звуков, с помощью которых наши древние предки предупреждали соплеменников об опасности или созывали их на охоту, свет также стал возможностью предавать важные сообщения на большие расстояния. Для этого использовали сигнальные костры, факелы, горящие копья, стрелы и другие приспособления. Вокруг селений сооружали сторожевые посты с сигнальным огнем, чтобы опасность не застала людей врасплох. Разнообразие информации, которую необходимо было передать, привело к использованию своего рода кодов и вспомогательных технических звуковых элементов, таких, как барабаны, свистки, гонги, рога животных и другие.
Использование кодов в море как прообраз телеграфа
Особое развитие кодировка получила при перемещении по воде. Когда человек впервые вышел в море, появились первые маяки. Древние греки при помощи определенных комбинаций из факелов передавали сообщения по буквам. Также в море применились различные по форме и цвету сигнальные флаги. Таким образом, появилось такое понятие, как семафор, когда с помощью особых положений флажков или фонарей можно было передавать разные сообщения. Это были первые попытки телеграфирования. Позднее появились ракеты. Несмотря на то что история развития средств передачи информации не стоит на месте, и от первобытных времен произошла невероятная эволюция, эти средства связи во многих странах и сферах жизни до сих пор не потеряли своего значения.
Первые способы хранения информации
Однако человечество волновали не только средства передачи информации. История ее хранения также восходит еще к началу времен. Примером этому служат наскальные рисунки в различных древних пещерах, ведь именно благодаря им можно судить о некоторых аспектах жизни людей в давние времена. Способы запоминания, записи и хранения информации развивались, и на смену рисункам в пещерах пришла клинопись, следом - иероглифы, и наконец письменность. Можно сказать, что с этого момента начинается история создания средств передачи информации в глобальном масштабе.
Изобретение письменности стало первой информационной революцией в истории человечества, ведь появилась возможность накапливать, распространять и передавать знания следующим поколениям. Письменность дала мощный толчок культурному и экономическому развитию тех цивилизаций, которые освоили ее раньше других. В XVI веке было изобретено книгопечатание, что стало новой волной информационной революции. Появилась возможность хранить информацию в больших объемах, и она стала доступнее, вследствие чего понятие «грамотность» стало более массовым. Это очень важный момент в истории общечеловеческой цивилизации, потому как книги становились достоянием не только одной страны, но и целого мира.
Почтовое сообщение
Почта как средство связи начала использоваться еще до изобретения письменности. Посланцы изначально передавали устные сообщения. Однако с появлением возможности написать сообщение этот вид связи стал еще более востребованным. Гонцы изначально были пешие, позднее - конные. В развитых древних цивилизациях была хорошо налаженная почтовая связь по принципу эстафеты. Первые почтовые службы возникли в Древнем Египте и Месопотамии. В основном они использовались в военных целях. Египетская почтовая система была одной из первых и высокоразвитых, именно египтяне впервые начали использовать почтовых голубей. В дальнейшем почта стала распространяться в другие цивилизации.
Распространение информации происходит в процессе ее передачи.
При передаче информации всегда есть два объекта – источник и приемник информации. Эти роли могут меняться, например, во время диалога каждый из участников выступает то в роли источника, то в роли приемника информации.
Информация проходит от источника к приемнику через канал связи, в котором она должна быть связана с каким-то материальным носителем. Для передачи информации свойства этого носителя должны изменяться со временем. Так лампочка, которая все время горит, передает информацию только о том, что какой-то процесс идет. Если же включать и выключать лампочку, можно передавать самую разную информацию, например, с помощью азбуки Морзе.
При разговоре людей носитель информации – это звуковые волны в воздухе. В компьютерах информация передается с помощью электрических сигналов или радиоволн (в беспроводных устройствах). Информация может передаваться с помощью света, лазерного луча, системы телефонной или почтовой связи, компьютерной сети и др.
Информация поступает по каналу связи в виде сигналов, которые приемник может обнаружить с помощью своих органов чувств (или датчиков) и «понять» (раскодировать).
Сигнал – это изменение свойств носителя, которое используется для передачи информации.
Примеры сигналов – это изменение частоты и громкости звука, вспышки света, изменение напряжения на контактах и т.п.
Человек может принимать сигналы только с помощью своих органов чувств. Чтобы передавать информацию, например, с помощью радиоволн, нужны вспомогательные устройства: радиопередатчик, преобразующий звук в радиоволны, и радиоприемник, выполняющий обратное преобразование. Они позволяют расширить возможности человека.
С помощью одного сигнала невозможно передать много информации. Поэтому чаще всего используется не одиночный сигнал, а последовательность сигналов, то есть сообщение. Важно понимать, что сообщение – это только «оболочка» для передачи информации, а информация – это содержание сообщения. Приемник должен сам «извлечь» информацию из полученной последовательности сигналов. Можно принять сообщение, но не принять информацию, например, услышав речь на незнакомом языке или перехватив шифровку.
Одна и та же информация может быть передана с помощью разных сообщений, например, через устную речь, с помощью записки или с помощью флажного семафора, который используется на флоте. В то же время одно и то же сообщение может нести разную информацию для разных приемников. Так фраза «В Сантьяго идет дождь», переданная в 1973 году на военных радиочастотах, для сторонников генерала А. Пиночета послужила сигналом к началу государственного переворота в Чили.
Таким образом, информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.
Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):
Передача информации возможна с помощью любого языка кодирования информации, понятного как источнику, так и приёмнику.
Кодирующее устройство – устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство – устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.
Пример. При телефонном разговоре: источник сообщения – говорящий человек; кодирующее устройство – микрофон – преобразует звуки слов (акустические волны) в электрические импульсы; канал связи – телефонная сеть (провод); декодирующее устройство – та часть трубки, которую мы подносим к уху, здесь электрические сигналы снова преобразуются в слышимые нами звуки; приёмник информации – слушающий человек.
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. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума. Существует наука, разрабатывающая способы защиты информации – криптология, широко применяющаяся в теории связи.
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. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи. Иными словами, чтобы содержание сообщения, искаженного помехами, можно было восстановить, оно должно быть избыточным, то есть, в нем должны быть «лишние» элементы, без которых смысл все равно восстанавливается. Например, в сообщении «Влг впдт в Кспск мр» многие угадают фразу «Волга впадает в Каспийское море», из которой убрали все гласные. Этот пример говорит о том, что естественные языки содержат много «лишнего», их избыточность оценивается в 60-80%.
При обсуждении темы об измерении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.
Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому также носят физический характер.
Передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.
Общая схема передачи информации
Чтобы информацию более точно и экономно передать по каналам связи, ее надо соответственно закодировать.
Информация не может существовать без материального носителя, без передачи энергии. Закодированное сообщение приобретает вид сигналов-носителей информации, которые идут по каналу. Выйдя на приемник, сигналы должны обрести вновь общепонятный вид с помощью декодирующего устройства.
Совокупность устройств, предметов или объектов, предназначенных для передачи информации от одного из них, именуемого источником, к другому, именуемому приемником, называется каналом информации, или информационным каналом .
Примеры информационных каналов
Примером канала может служить почта. Информация, закодированная в виде текста, помещается в конверт, поступает в почтовый ящик, извлекается оттуда и перевозится в почтовое отделение, где сортируется (вручную или машиной). Далее информация перемещается с помощью поезда (самолета, теплохода и т.п.) в почтовое отделение пункта назначения, сортируется и доставляется адресату. Таким образом, почтовый канал включает в себя: конверт (предмет), транспорт и сортировочные машины (устройства), почтовых работников (объекты). Информация, помещенная в этот канал, остается неизменной .
Другим примером может служить телефон. При телефонной передаче источник сообщения - говорящий человек (абонент). Кодирующее устройство, изменяющее звуки слов в электрические импульсы, - микрофон. Канал, по которому передается информация, - телефонный провод. Часть трубки, которую мы подносим к уху, выполняет роль декодирующего устройства (электрические сигналы снова преобразуются в звуки). Информация поступает в "принимающее устройство" - ухо человека на другом конце провода. Канал включает в себя телефонные аппараты (устройства), провода (предметы) и аппаратуру АТС (устройства). Особенностью этого информационного канал является то обстоятельство, что при поступлении в него информация, представленная в виде звуковых волн, преобразуется в электрические колебания и затем передается. Такой канал называется каналом с преобразованием информации .
Еще один пример - компьютер. Отдельные его системы передают одна другой информацию с помощью сигналов. Компьютер - устройство для обработки информации (как станок - устройство для обработки металла), он не создает из "ничего" информацию, а преобразует то, что в него введено. Компьютер является информационным каналом с преобразованием информации: информация поступает с внешних устройств (клавиатура, диск, микрофон), преобразуется во внутренний код и обрабатывается, преобразуется в вид, пригодный для восприятия внешним выходным устройством (монитором, печатающим устройством, динамиками и др.), и передается на них.
Живой нерв - канал совершенно другой природы. Здесь все сообщения передаются нервным импульсом. Но в технических каналах связи направление передачи информации может меняться, а по нервной системе передача идет в одном направлении.
Литература
- Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии: учебное пособие/Ю.Д. Романова, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг, П.А. Музычкин; под ред. Ю.Д. Романовой. - 3-е изд.,перераб. и доп. - М.:Эксмо, 2008.-592с.-(Высшее экономическое образование).
«Информационные процессы» - Кодирование целых чисел. Цветное изображение. Кодирование данных. Композиция. Недостаток иерархических структур данных. Отдельной наукой информатика была признана лишь в 70-х годах XX века. Примеры алфавитов. Линейные структуры данных (списки). Аксиоматизация. Разделы информатики. Определение буквы. Понятие информации. Одним битом могут быть выражены два понятия. Языки программирования. Кодирование данных двоичным кодом.
«Информационные процессы в информатике» - Информационные системы. Определите обратную связь, показанную на схеме. Текущая (рабочая) информация. Процессы, в результате которых происходит обмен, хранение и обработка. Информационные основы процессов управления. Автоматизированные системы управления. «Об информации, информатизации и защите информации». Автомобиль. Основные этапы развития вычислительной техники. Для достижения цели управления необходимо приложить некоторые усилия.
«Основные информационные процессы» - Висячие камни. Неосознанная обработка информации. Защита информации. Методы поиска информации. Способ передачи информации. Правило обработки данных исполнителем. Схема передачи информации. Информационные процессы. Поиск информации. Источник и получатель. Носитель информации. Входная информация. Стоунхендж. Органы чувств. Сбор информации. Пожарная служба. Обработка информации. Передача информации. Основные информационные процессы.
«Понятие информационного процесса» - Запах. Информация. Сведения. Девятый вал. Информационные процессы. Разъяснение. Передача информации. Понятие информации. Передача. Виды информации. Общение людей. Свойства информации.
««Информация и информационные процессы» информатика» - Информатика. Знания. Теоретическая информатика. Получение информации. Данные и информация. Законы. Информация. Информация и информационные процессы. Формы представления информации. Хранение информации. Свойства (идеальной) информации. Что можно делать с информацией. Создание новой информации. Передача информации. Информатика и информация. Информационные процессы. Измерение информации.
«Информация, основные информационные процессы» - Генетическая информация. Информационные процессы в обществе. Автоматизированные системы управления. Информационные процессы в технике. Свойства информации. Информация. Биотелеметрия. Информационные процессы в природе. Информация и информационные процессы. Интересные факты.
Ранее источник информации был определен как объект или субъект, порождающий информацию и имеющий возможность представить ее в виде сообщения, т.е. последовательности сигналов в материальном носителе. Другими словами, источник связывает информацию с ее материальным носителем. Передача сообщения от источника к приемнику всегда связана с некоторым нестационарным процессом, происходящим в материальной среде - это условие является обязательным, поскольку сама информация материальным объектом или формой существования материи не является. Способов передачи информации существует множество: почта, телефон, радио, телевидение, компьютерные сети и пр. Однако при всем разнообразии конкретной реализации способов связи в них можно выделить общие элементы, представленные на рис.5.1.
Понимать схему нужно следующим образом. Источник, порождающий информацию, для передачи должен представить ее в виде сообщения, т.е. последовательности сигналов. При этом для представления информации он должен использовать некоторую систему кодирования. Устройство, выполняющее операцию кодирования информации, может являться подсистемой источника (например, наш мозг порождает информацию и он же кодирует эту информацию с помощью языка, а затем представляет в виде речевого сообщения посредством органов речи; компьютер обрабатывает и хранит информацию в двоичном представлении, но при выводе ее на экран монитора производит ее перекодировку к виду, удобному пользователю).
Возможна ситуация, когда кодирующее устройство оказывается внешним по отношению к источнику информации, например, телеграфный аппарат или компьютер по отношению к работающему на нем оператору. Далее коды должны быть переведены в последовательность материальных сигналов, т.е. помещены на материальный носитель - эту операцию выполняет преобразователь. Преобразователь может быть совмещен с кодирующим устройством (например, телеграфный аппарат), но может быть и самостоятельным элементом линии связи (например, модем, преобразующий электрические дискретные сигналы с частотой компьютера в аналоговые сигналы с частотой, на которой их затухание в телефонных линиях будет наименьшим). К преобразователям относят также устройства, которые переводят сообщение с одного носителя на другой, например, мегафон или телефонный аппарат, преобразующие голосовые сигналы в электрические; радиопередатчик, преобразующие голосовые сигналы в радиоволны; телекамера, преобразующая изображение в последовательность электрических импульсов. В общем случае при преобразовании выходные сигналы не полностью воспроизводят все особенности сообщения на входе, а лишь его существенные стороны, т.е. при преобразовании часть информации теряется. Например, полоса пропускания частот при телефонной связи от 300 до 3400 Гц, в то время как частоты, воспринимаемые человечески ухом, лежат в интервале 16 - 20000 Гц (т.е. телефонные линии «обрезают» высокие частоты, что приводит к искажениям звука); в черно-белом телевидении при преобразовании теряется цвет изображения. Именно в связи с этим встает задача выработки такого способа кодирования сообщения, который обеспечивал бы возможно более полное представление исходной информации при преобразовании и, в то же время, был согласован со скоростью передачи информации по данной линии связи.
После преобразователя сигналы поступают и распространяются по каналу связи. Понятие канала связи включает в себя материальную среду, а также физический или иной процесс, посредством которого осуществляется передача сообщения, т.е. распространение сигналов в пространстве с течением времени. Ниже приведены примеры некоторых каналов связи.
После прохождения сообщения по каналу связи сигналы с помощью приемного преобразователя переводятся в последовательность кодов, которые декодирующим устройством представляются в форме, необходимой приемнику информации. На этапе приема, как и при передаче, преобразователь может быть совмещен с декодирующим устройством (например, радиоприемник или телевизор) или существовать самостоятельно (например, модем).
Понятие линия связи объединяет все элементы представленной на рис.5.1. схемы от источника до приемника информации. Характеристиками любой линии связи являются скорость, с которой возможна передача сообщения в ней, а также степень искажения сообщения в процессе передачи. Из этих параметров вычленим те, что относятся непосредственно к каналу связи, т.е. характеризуют среду и процесс передачи.
