Передача информации и сообщения

Передача и обработка информации
радиоволны (беспроводные линии
радиосвязи) и свет(оптические
лазерные и световолоконные линии
связи)
проводные линии связи

Базовые составляющие программирования
наложение сообщений
на тот или иной носитель
информации
аналоговые
(непрерывные)

u(t) = Uм ⋅sin(ω⋅t+ϕ), где Uм – амплитуда синусоидального сигнала,
Аналоговые сигналы характеризуется плавным и непрерывным
изменением их параметров (величины электрического тока или
напряжения для электрических сигналов.
ω - круговая частота и ϕ – фаза
Круговая частота связана с обычной частотой выражением
ω = 2⋅π⋅f = 2⋅π/T.
Частота f - это число периодов T синусоидального сигнала в единицу времени (секунду или с). Она измеряется в герцах (Гц). Один Герц это один период колебаний в секунду.
Фундаментальное значение синусоидального сигнала состоит в том,
что этот сигнал является стационарным. Это значит, что его параметры Uм
, ω и ϕ являются постоянными величинами. Этот сигнал определен во
времени в пределах от –∞ до +∞. Он периодический u(t)= u(t+T) и симметричный u(t)=- u(-t).

.

Дискретные и цифровые сигналы
Дискретные сигналы - это сигналы, которые можно представить дискретными уровнями их параметров. Пример: выключатель света в вашей комнате может быть либо только включенным, либо только выключенным. Сигнал о его состоянии будет дискретным и двоичным. Если этих уровней много, можно говорить о цифровом представлении информации.
Сигналы, мгновенные значения которых представлены числами, принято называть цифровыми сигналами.
Аналоговый сигнал можно квантовать, т. е. представлять его рядом ступенек, высота которых задается уровнем сигнала в начале каждой ступеньки (в момент выборки) и остается неизменной на протяжении каждой ступеньки

Дискретные и цифровые сигналы
Рис. Квантование электрического сигнала синусоидальной формы
Рис. Аналоговый сигнал произвольного вида и его выборки

Дискретные и цифровые сигналы
В общем случае производят выборку (вырезку) сигналов в определенные моменты времени (рис. выше). Они могут равномерно или неравномерно отстоять друг от друга. Выборку электрических сигналов и их представление в виде чисел или кодов конечной разрядности выполняют так называемые аналого-цифровые преобразователи - АЦП.
В результате на выходе АЦП мы имеем дискретный сигнал, представленный потоком чисел (кодов). Главные показатели АЦП - это их разрядность (число уровней квантования, обычно выражаемое в двоичном виде) и скорость выполнения преобразований (число операций в сек.).
Обратное преобразование цифровой информации в аналоговую выполняют цифро-аналоговые преобразователи – ЦАП. Для наиболее распространенных электрических сигналов АЦП и ЦАП выпускаются в виде больших интегральных микросхем.

Дискретные и цифровые сигналы
Преобразование аналоговой информации в цифровую позволяет использовать мощные средства компьютерной обработки информации. Например, информация может сжиматься для сокращения ее объема или кодироваться для повышения помехоустойчивости. Возможна цифровая обработка сигналов специальными цифровыми сигнальными процессора-ми DSP (Digital Signal Processor) для создания различных звуковых эффектов.
Голосовое управление компьютером, сканирование и распознавание печатных текстов стало уже вполне обыденной задачей, как и их звуковое воспроизведение компьютером. К примеру, компьютерный переводчик Magic не только переводит тексты с одного языка на другой (и наоборот), но и произносит их вслух. Выпущено уже множество таких переводчиков в виде миниатюрных аппаратов.

Понятие о теореме Котельникова
Как часто надо делать равномерные выборки произвольного сигнала, чтобы после преобразования в цифровую форму, а затем снова в аналоговую была сохранена форма сигнала?
Ответ на этот важный вопрос дает теорема об отсчетах или теорема Котельникова (за рубежом Найквиста): «Если спектр сигнала e(t) ограничен высшей частотой fв, то он без потери информации может быть представлен дискретными отсчетами с числом, равным 2⋅ fв». При этом сигнал восстанавливается по его отсчетам e(k⋅dt) с помощью фильтра низких частот, реализующего восстановление по формуле:

Формы адекватности информации
. Различают три формы адекватности информации:
синтаксическая, отражающая формально-структурные свойства ин-формации без учета ее смыслового содержания
семантическая (смысловая), отражающая смысл информации и позволяющая судить о соответствии информационного образа объекта и самим объектом;
прагматическая (потребительская) ценность информации для тех целей, ради которых она используется.

Синтаксическая мера информации – бит и байт
Синтаксическая форма адекватности информации характеризуется объемом данных и количеством информации. Объем данных чаще всего измеряется числом символов (разрядов) Vd в передаваемом сообщении. В двоичной системе один разряд - это бит (или байт = 8 бит), в десятичной системе - это число, представленное одной арабской цифрой (от 0 до 9).
Единицей двоичной информации является бит. Он имеет всего два значения - логический 0 и 1 (или утверждения «Да» и «Нет» или «True» (Истина) или «False» (Фальшь или неправда). Бит может быть простейшим электрическим сигналом - есть напряжение на проводе, это логическая единица, нет - логический ноль. Точная величина напряжения принципиального значения не имеет.
Двоичные числа могут иметь много разрядов. К примеру, для передачи 16 значений десятичных чисел от 0 до 15 придется использовать минимум четыре разряда двоичного числа (24 = 16). Число 0, к примеру, мы можем записать как двоичное 0000, число 15 как 1111, а число 10 как 1010. В последнем случае имеем 10=1х8 + 0х4 + 1х2 + 0х1, где 8, 4, 2 и 1 - это веса разрядов двоичного числа.

Синтаксическая мера информации – бит и байт
По мере роста объема передаваемой информации пришлось перейти к более крупным единицам ее измерения.
Оказалось, что для кодирования текстов самым приемлемым пакетом двоичных единиц информации стали байты - они содержат восемь двоичных единиц и, соответственно, имеют два в восьмой степени состояний (всего 28 = 256 со значениями от 0 до 255).
Итак, информацию можно оценивать ее объемом - байтами, килобайтами (1 Кбайт = 1024 байта), мегабайтами (1 Мбайт = 1024 Кбайт) и т.д.

Числа десятичные и шестнадцатеричные
Цифровая информация основана на применении чисел в той или иной системе исчисления. Числа характеризуются основанием.
Двоичные числа (основание 2) и восьмеричные числа (основание 8) в обиходе используются редко, но для компьютерных технологий они являются базовыми и привычными.
В ряде случаев, например для указания адресов и содержимого ячеек памяти, применяются шестнадцатеричные числа с основанием 16.
Каждый p-й разряд такого числа HEX (p = 0, 1, 2,..., 9, A, B, C, D, E, F) дает вклад в десятичное значение адреса A, равный DEC*16^p
(знак ^ означает возведение в степень), где DEC - десятичное значение числа. Их соотношение выглядит следующим образом:
HEX 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
DEC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Мера информации по Шеннону
Допустим, что до получения информационного сообщения пользователь информационной системой имел предварительные (априорные) сведения о системе – α. Его неосведомленность о системе определяется энтропией H(α).
С получением сообщения β неопределенность сведений о системе становится равной Hβ(α).
Тогда количество информации в сообщении будет равно
Iβ(α) = H(α) - Hβ(α)
Следовательно, количество информации определяется уменьшением неопределенности состояния системы.
Если конечная неопределенность Hβ(α) становится равной 0, то неполное знание о системе H(α) будет заменено полным знанием, что означает Iβ(α) = H(α).

Мера информации по Шеннону
Пусть некоторая информационная система имеет N возможных состояний. Крупный специалист в информатике Шеннон показал, что энтропия системы, как мера недостающей информации о ней, определяется выражением
где Pi – вероятность нахождения системы в i-ом состоянии. Если все состояния системы равновероятны, то имеем:

Мера информации по Шеннону
Заметим, что N = mn,
где m – основание системы исчисления,
n – число разрядов (символов) в сообщении.
Коэффициентом или степенью информативности сообщения называют отношение количества информации ( I )
к объему данных в сообщении (Vd ), т. е. величина Y=I / Vd
Эта величина лежит в интервале 0
Чем она выше, тем меньше объем работ по преобразованию информации.

Семантическая и прагматическая меры информации
Для измерения смыслового (семантического) количества информации используется тезаурус – совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система распознавания информации.
Пусть S – смысловое содержание информации, а Su – тезаурус пользователя.
Если Su = 0, то поступающая информация для пользователя (или системы) бесполезна, ибо пользователь не знает, как ее интерпретировать.
Если Su → ∞, то пользователь уже все знает и поступающая информация для него также бесполезна.
Таким образом, можно утверждать, что зависимость количества получаемой семантической информации
Is = f(Su) имеет максимум и спадающие участки по обе
стороны от него.

Семантическая и прагматическая меры информации
Отношение количества семантической информации Is к объему данных Vd принято называть относительной мерой количества семантической информации С = Ic/ Vd.
Прагматическая мера информации определяет ее ценность для конкретного пользователя.
Например, информация может быть ценной из-за того, что она относится к конкретному лицу или устройству, которое интересует пользователя.
Она может быть ценной из-за того, что может размещаться на доступных пользователю накопителях информации и т.д.

Что было до появления ЭВМ
Первый проект механической машины, управляемой по введенной в нее с перфокарт программе, был создан в 1834 году Чарльзом Бэббиджем.
Для привода машины Бэббидж предполагал использовать паровой двигатель.
В своей машине Бэббидж выделял четыре главных блока:
склад для хранения чисел (по нынешней терминологии память);
мельница для перемалывания-обработки чисел
(по-нашему, это арифметическое устройство);
устройство управления;
устройство ввода-вывода.

Что было до появления ЭВМ
Так что Бэббиджа можно считать первым архитектором вычислительных машин – архитектура его машины сохраняет свое значение и поныне. Бэббидж также предвосхитил возможность изменения алгоритма решения задач по мере их выполнения.
Для записи программ Бэббидж заимствовал идею применения перфокарт, которую предложил и реализовал в ткацких станках Жаккар. Такие карты представляли собой лист плотной бумаги с отверстиями. Отсутствие и наличие отверстия в том или ином месте означало запись логического нуля и единицы.
Ада Лавлейс (дочь поэта Д. Байрона) подготовила первые программы для машины Бэббиджа. В них впервые были реализованы циклы – повторяющиеся неоднократно операции. Ее вклад, как первого в истории Человечества программиста, увековечен в названии современного языка программирования Ада.

Что было до появления ЭВМ
Создание первых механических вычислительных устройств способствовало развитию теории вычислений и алгоритмов. Джорж Буль (1815-1864 гг.), который предложил математическое описание логических и арифметических операций, ныне известное как алгебра Буля. По существу Буль создал теоретические основы работы современных цифровых машин.
В 1874 Орднер (Россия) разработал механические счетные машинки небольших размеров – арифмометры. В 1931 году в России был организован выпуск арифмометров «Феликс». Лишь недавно они исчезли с прилавков магазинов канцтоваров. А в 1969 году (уже в век электронных вычислительных машин) только в СССР было выпущено 300 000 арифмометров!
В 1888 году Герман Холлерит создал первую электромеханическую машину – табулятор для обработки перфокарт. Она помогла осуществить перепись населения США. Обработку ее результатов осуществили 43 помощника Холлерита в течение всего одного месяца. Это был феноменальный успех – результаты предшествующей переписи обрабатывало свыше 500 человек на протяжении десяти дет!

Что было до появления ЭВМ
В 1896 году Холлерит создал фирму Computing Tabulation Company, которая занималась разработкой и выпуском табуляторов. Из нее и родилась ныне знаменитая корпорация IBM (International Business Machine).
В 1930 году В. Буш создает дифференциальный анализатор, способный решать дифференциальные уравнения. Одна из последних моделей этого устройства, построенная уже в 1942 году (в разгар второй мировой войны), весила 200 тонн.
В 1937 году Алан Тьюринг опубликовал фундаментальную математическую работу с описанием алгоритмов математических вычислений с помощью гипотетической машины.

Что было до появления ЭВМ
Немецкий инженер Конрад Цузе на рубеже тридцатых/сороковых годов 20 века создал первые двоичные электромеханические машины на основе реле Это машины Z1 и Z3. Последняя была изготовлена в 1941 году и имела около 2600 реле.
Профессор Гарвардского университета Г. Айкен в 1944 году при участии IBM построил релейную машину ASCC (Mark-1)
Физик и математик Джон фон Нейман, США, предложил хранить в памяти вычислительных машин как данные для вычислений, так и программы. Это была основополагающая идея, обеспечивающая вычисления под управлением меняющихся в их ходе данных.
Он же предложил классическую архитектуру вычислительных машин, состоящую из следующих узлов:
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство управления (УУ);
запоминающее устройство (ЗУ);
система ввода информации;
система вывода информации.

Поколения ЭВМ (компьютеров)
Этапы развития
2. Транзисторные ЭВМ
4.ЭВМ на интегральных схемах высокой степени интеграции
1.Ламповые ЭВМ
3.ЭВМ на интегральных схемах низкой и средней степени интеграции
5. ЭВМ с логическим программированием
Электронные вычислительные машины (ЭВМ) - это устройство для получения, хранения, переработки и представления информации.

Новая информационная технология (НИТ)

Программный
продукт
3. По преимуществу, которое приносит компьютерная технология.
2.По проблемам, стоящим на пути информатизации общества
4.По видам инструментария ИТ
По виду задач и процессов
обработки информации
Внедрение ПК в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии с изменением ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».
Этапы развития НИТ
www.themegallery.com
Программный
продукт

Концепция НИТ
Можно выделить две стратегии внедрения НИТ в локальную информационную структуру:
1.ИТ приспосабливается к условиям объекта;
2.Объект модернизирует свою организационную структуру.
1 стратегия
ИТ приспосабливается к организационной структуре в ее существующем виде. Происходит локальная модернизация сложившихся методов работы.
Коммуникации развиты слабо, и рационализируются только рабочие места.
Происходит распределение функций между техническими работниками (операторами), специалистами (администраторами): слияние функций сбора и обработки информации (физический поток документов) с функцией принятия решений (информационный поток).