Кодирование информации с помощью знаковых систем

Знаки: форма и значение
Мир вокруг нас полон всевозможных образов, звуков, запахов, и всю эту информацию доносят до сознания человека его органы чувств с помощью знаков. По способу восприятия знаки делятся на: зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые и осязательные.
Зрительные: буквы и цифры письменной речи, знаки химических элементов, музыкальные ноты, дорожные знаки и т.д.
Слуховые: звуки устной речи, звуковые сигналы (звонок, колокол, свисток, гудок, сирена и т.д.)
Обонятельные знаки позволяют ощущать запахи. Многие животные помечают место обитания своей шерстью, запахом, показывая, что территория занята им.
Органы вкуса несут информацию о вкусе еды;
Осязательные знаки: рукопожатия, похлопывания по плечу и т.д. Для слепых азбука Брайля (осязательный способ восприятия текстовой информации).

Знаки: форма и значение
Для долговременного хранения знаки записываются на носители информации.
Носитель информации – материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации.
Для передачи информации на большие расстояния используют знаки в форме сигналов:
световые сигналы светофоров;
звуковые сигналы звонков;
электрические сигналы в телефонных и компьютерных сетях,
электромагнитные волны передают сигналы радио и телевидения.

Знаки: форма и значение
Знаки отображают объекты окружающего мира или понятия, т.е. имеют определенное значение (смысл).
Различаются знаки по способу связи между их формой и значением:
иконические позволяют догадаться об их смысле, т.к. имеют форму, похожую на отображаемый объект (значки на Рабочем столе операционной системы компьютера);
Символы - знаки, для которых связь между формой и значением устанавливается по общепринятому соглашению (символы химических элементов, отображающие атомы химических элементов.
O2-кислород).

Знаковые системы
Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита (набор знаков) и правил выполнения операций над знаками.
Языки - знаковые системы для представления информации:
естественные;
формальные(системы счисления, язык алгебры; ноты, точки и тире азбуки Морзе).

Язык как знаковая система
Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков.
В основе языка лежит алфавит, то есть набор символов (знаков), которые человек различает по их начертанию.
Язык – это определенная система символов и правил представления информации.
В основе русского языка лежит кириллица, содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует алфавит из десятков тысяч знаков (иероглифов).
Последовательности символов алфавита в соответствии с правилами грамматики образуют основные объекты языка — слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называются синтаксисом.

Генетический алфавит
Генетический алфавит является «азбукой», на которой строится единая система хранения и передачи наследственной информации живыми организмами.
Как слова в языках образуются из букв, так и гены состоят из знаков генетического алфавита. В процессе эволюции от простейших организмов до человека количество генов постоянно возрастало, так как было необходимо закодировать все более сложное строение и функциональные возможности живых организмов.

Генетическая информация хранится в клетках живых организмов в специальных молекулах. Эти молекулы состоят из двух длинных скрученных друг с другом в спираль цепей, построенных из четырех различных молекулярных фрагментов. Фрагменты образуют генетический алфавит и обычно обозначаются латинскими заглавными буквами (A, G, C, T).

Двоичная знаковая система
Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр: 0 и 1.
С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:
0 – отсутствие электрического сигнала;
1 – наличие электрического сигнала.
Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.
Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Кодирование информации
В процессе восприятия, передачи и хранения информации живыми существами человеком или техническими устройствами происходит ее кодирование.
Представление информации с помощью какого-либо языка часто называют кодированием.
Код — набор символов (условных обозначений) для представления информации.
Код — система условных знаков (символов) для передачи, обработки и хранения информации(сообщения).

Кодирование — процесс представления информации (сообщения) в виде кода.
Все множество символов, используемых для кодирования, называется алфавитом кодирования. Например, в памяти компьютера любая информация кодируется с помощью двоичного алфавита, содержащего всего два символа: 0 и1.
Декодирование- процесс обратного преобразования кода к форме исходной символьной системы, т.е. получение исходного сообщения. Например: перевод с азбуки Морзе в письменный текст на русском языке.
В более широком смысле декодирование — это процесс восстановления содержания закодированного сообщения. При таком подходе процесс записи текста с помощью русского алфавита можно рассматривать в качестве кодирования, а его чтение — это декодирование.

Способы кодирования информации
Для кодирования одной и той же информации могут быть использованы разные способы; их выбор зависит от ряда обстоятельств: цели кодирования, условий, имеющихся средств.
В процессе преобразования информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую происходит перекодирование информации.
Перекодирование - операция преобразования знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы.
Если надо записать текст в темпе речи — используем стенографию; если надо передать текст за границу — используем английский алфавит; если надо представить текст в виде, понятном для грамотного русского человека, — записываем его по правилам грамматики русского языка.
«Здравствуй, Саша!» «Zdravstvuy, Sasha!»

Способы кодирования
информации
Выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом ее обработки.
Покажем это на примере представления чисел — количественной информации. Используя русский алфавит, можно записать число «тридцать пять». Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, пишем «35».
Второй способ не только короче первого, но и удобнее для выполнения вычислений. Какая запись удобнее для выполнения расчетов: «тридцать пять умножить на сто двадцать семь» или «35 х 127»? Очевидно — вторая.

Шифрование сообщения
В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа.
В таком случае секретный текст шифруется.
В давние времена шифрование называлось тайнописью.
Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование —процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст.
Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату.
Методами шифрования занимается наука под названием криптография.

Оптический телеграф Шаппа
В 1792 году во Франции Клод Шапп создал систему передачи визуальной информации, которая получила название «Оптический телеграф».
В простейшем виде это была цепь типовых строений, с расположенными на кровле шестами с подвижными поперечинами, которая создавалась в пределах видимости одно от другого. Шесты с подвижными поперечинами — семафоры — управлялись при помощи тросов специальными операторами изнутри строений.
Шапп создал специальную таблицу кодов, где каждой букве алфавита соответствовала определенная фигура, образуемая Семафором, в зависимости от положений поперечных брусьев относительно опорного шеста.
Система Шаппа позволяла передавать сообщения на скорости два слова в минуту и быстро распространилась в Европе. В Швеции цепь станций оптического телеграфа действовала до 1880 года.

Первый телеграф
Первым техническим средством передачи информации на расстояние стал телеграф, изобретенный в1837 году американцем Сэмюэлем Морзе.
Телеграфное сообщение — это последовательность электрических сигналов, передаваемая от одного телеграфного аппарата по проводам к другому телеграфному аппарату.
Изобретатель Сэмюель Морзе изобрел удивительный код(Азбука Морзе, код Морзе, «Морзянка»), который служит человечеству до сих пор. Информация кодируется тремя «буквами»: длинный сигнал (тире), короткий сигнал (точка) и отсутствие сигнала (пауза) для разделения букв. Таким образом, кодирование сводится к использованию набора символов, расположенных в строго определенном порядке.
Самым знаменитым телеграфным сообщением является сигнал бедствия "SOS" (Save Our Souls - спасите наши души). Вот как он выглядит: «• • • – – – • • •».

Азбука Морзе

Азбука Морзе

Неравномерность кода
− • − − • • • − − • • −
Характерной особенностью азбуки Морзе является переменная длина кода разных букв, поэтому код Морзе называют неравномерным кодом.
Буквы, которые встречаются в тексте чаще, имеют более короткий код, чем редкие буквы. Это сделано для того, чтобы сократить длину всего сообщения. Но из-за переменной длины кода букв возникает проблема отделения букв друг от друга в тексте. Поэтому для разделения приходится использовать паузу (пропуск). Следовательно, телеграфный алфавит Морзе является троичным, т.к. в нем используются три знака: точка, тире, пропуск.

Первый беспроводной телеграф (радиоприемник)
7 мая 1895 года российский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского Физико-Химического Общества продемонстрировал прибор, названный им «грозоотметчик», который был предназначен для регистрации электромагнитных волн.
Этот прибор считается первым в мире аппаратом беспроводной телеграфии, радиоприемником. В 1897 году при помощи аппаратов беспроводной телеграфии Попов осуществил прием и передачу сообщений между берегом и военным судном.
В 1899 году Попов сконструировал модернизированный вариант приемника электромагнитных волн, где прием сигналов (азбукой Морзе) осуществлялся на головные телефоны оператора.
В 1900 году благодаря радиостанциям, построенным на острове Гогланд и на российской военно-морской базе в Котке под руководством Попова, были успешно осуществлены аварийно-спасательные работы на борту военного корабля «Генерал-адмирал Апраксин», севшего на мель у острова Гогланд.
В результате обмена сообщениями, переданным методом беспроводной телеграфии, экипажу российского ледокола Ермак была своевременно и точно передана информация о финских рыбаках, находящихся на оторванной льдине.