 |
Символьная и знаковая информация
|
|
|
|
Знаки представляют материальное замещение понятий, которыми человек пользуется, чтобы упорядочить, упростить и обобщить свои представления о внешнем мире. Так, например, понятие “дерево” обобщает множество индивидуальных деревьев разного возраста, вида и формы. Этому понятию может соответствовать определенный знак, например, пиктограмма, иероглиф или набор букв.
Обычно знаки образуют знаковую систему. Примером знаковой системы являются различные языки – от живого языка человеческого общения до алгоритмического языка для записи программ или языка химических формул. Другие примеры – набор знаков дорожного движения и цветов светофора, и т.д. Существуют и внесистемные знаки, которые обычно тоже являются отражением знаковых систем (например, жесты или замечания).
По своей природе знаковые системы дискретны, то есть, используют ограниченный набор элементов.
Другой аспект знакового изображения – связь формы знака и его смысла. Знаки, форма которых (их вид) непосредственно связана с их смыслом, называют символами. Таковы, например, гербы и пиктограммы. Если подобная связь отсутствует (как в случае слов естественного языка или знаков математических операций), знаки называют диакритиками. Обычно знаковые системы состоят из диакритических знаков, хотя в ряде случаев можно проследить их символические корни (например, некоторых букв и иероглифов).
Законы построения знаковых систем изучает семиотика, которая включает ряд направлений.
Синтактика занимается правилами соединения знаков (например, построения фраз).
Семантика изучает смысл – соответствие знака (слова) и понятия.
Прагматика занимается полезностью и истинностью. Фраза «Сегодня хорошая погода» синтаксически правильна и семантически корректна. Однако истинность и ценность информации, которую она передает, зависит от конкретных условий.
|
|
|
Сигматика изучает различные аспекты обозначений.
Большую роль в современной жизни играют знаковые обозначения в виде букв и цифр. Обычно использование знаков рассматривается с точки зрения передачи информации. С этих позиций буквы и цифры представляют собой условное изображение элементов сообщения. Типичный случай сообщения, состоящего из знаков – текст. Цифровые сообщения называют данными.
Графическая информация. Понятие о спектре непрерывных сообщений
Графическая форма представления удобна для отображения информации, которую человек непосредственно, без логической обработки, получает по зрительному каналу (изображения). Она хорошо подходит также для передачи особенностей непрерывных по своей природе сигналов (например, звуковых), а в общем виде – непрерывных (аналоговых) зависимостей. Величину тока или напряжения, изменяющуюся во времени, обычно называют процессом или сигналом.
Типичный вариант графического отображения непрерывной зависимости - изображение некоего сигнала во времени на осциллографе. В телевидении цветовой сигнал представлен как наложение трех цветов (красного, зеленого и голубого). Изменение изображения на экране можно представить как изменение трех видов напряжения во времени. Звуковые сигналы формируют в микрофоне электрический сигнал, который можно усилить, преобразовать в изменение магнитного поля и записать на пленку. Таким образом, подобный подход достаточно универсален.
Зачастую меняющаяся во времени величина сохраняет некоторые стабильные характеристики, в частности, мощность различных частотных составляющих (которым соответствуют участки кривой с разной скоростью изменения амплитуды). Такой “частотный портрет” непрерывной зависимости называется её спектром.
|
|
|
В дальнейшем мы вернемся к детальному изучению спектров различных сигналов, используемых при передаче информации по линиям связи. Здесь же уместно отметить следующее: для реальных сигналов, скорость изменения которых конечна, всегда существует некоторая граничная частота спектра, соответствующая его самой высокочастотной составляющей.
Цифровая информация и дискретизация непрерывных процессов
Для представления количественной информации чаще всего используются числа. По сравнению с представлением величин непрерывными зависимостями они дают значительные преимущества в возможностях передачи, обработки и хранения информации. Именно поэтому непрерывные сообщения часто “оцифровывают” и представляют в виде чисел, т. е. представляют как последовательность цифр.
Числовая информация, как и символьная, по своей природе дискретна, так как она может быть представлена ограниченным набором цифровых символов в разных системах исчисления.
Преобразование непрерывной зависимости U(t) в числовую включает две составляющих:
дискретизацию (разбиение) по времени с шагом D t;
дискретизацию (квантование) по уровню с шагом D U.
Благодаря этим двум процедурам всю зависимость U(t) можно представить как последовательность дискретных значений, которым соответствуют числа. При этом точность представления изменения величины во времени U(t) зависит от интервалов разбиения и квантования. Непрерывный процесс можно представить с помощью оцифровки с любой необходимой точностью. Чем меньше интервал, тем выше точность воспроизведения. Однако вместе с ростом точности растет трудность и время обработки, а также длина последовательности (количество чисел), что затрудняет их запись и хранение. Поэтому возникает проблема выбора оптимальных параметров дискретизации, чтобы не потерять важной информации о процессе и не воспроизводить излишних деталей, которые могут быть просто помехами.
При воспроизведении оцифрованного звука или изображения возникает задача обратного преобразования из цифровой последовательности в аналоговую форму, удобную для восприятия. Естественно, что при этом часть информации теряется, и точность воспроизведения будет зависеть от интервалов дискретизации (точности оцифровки).
|
|
|
Таким образом, дискретная форма представления информации является наиболее общей и, как будет показано далее, необходимой для помехоустойчивой передачи, обработки и хранения информации.
Передача информации
В соответствие с формами представления информации выделяют типы цифровых (дискретных) и непрерывных (аналоговых) сообщений. Первые состоят из знаков, принадлежащих к определенному алфавиту. Вторые включают непрерывно меняющиеся во времени величины, называемые процессами и сигналами.
Принципиально важно понять, что непрерывная информация может быть преобразована в цифровую с любой точностью, тогда как обратное преобразование возможно только с потерей информации, определяемой ошибкой квантования по времени и амплитуде.
Мы будем рассматривать дискретную (цифровую) форму представления информации, как основную. Основной задачей настоящего курса является рассмотрение проблем, связанных с созданием эффективных средств и методов передачи информации.
Ниже мы выясним основные задачи такой передачи, опираясь на обобщенную модель информационного канала.
Информация передается в виде изменения физической величины во времени x(t), которое называется процессом. Процесс бывает непрерывный (аналоговый) или дискретный (импульсный, цифровой).
Обработка информации (аналоговой и цифровой) производится на электронной вычислительной машине (ЭВМ), которую также называют цифровой вычислительной машиной (ЦВМ). В просторечии их называют также персональными ЭВМ (ПВМ) или компьютерами. Персональный компьютер сокращенно обозначается ПК, а в латинском написании - РС.
Информация носит двоякий характер. С одной стороны она абстрактна, и иногда трудно оценить её количественной мерой. С другой стороны она материальна, если она выражена в виде сообщений и данных. Для её передачи нужны физические транспортные каналы передачи, хранилища для хранения, устройства для обработки. Как и материальные вещи, она имеет ценность, и эта ценность со временем устаревает.
|
|
|
Область науки, относящаяся к работе с информацией, названа информатикой. Информация после обработки, накопления и анализа превращается в знание законов, действующих в природе и обществе.
Информатика
Информатика – наука о методах и устройствах сбора, передачи, обработки и хранения информации.
Информационные технологии (ИТ) – машинизированные (инженерные) способы передачи, обработки и хранения информации. Как правило, они автоматизированы.
ИТ отличны от производственных (энерго- и материально-преобразующих) процессов.
ИТ - это преобразование информации (анализ, обобщение, классификация), т.е. это-знание преобразующие технологии.
Обобщенная схема сбора, передачи, обработки и хранения информации представлена на рис 5.2.
Рис. 5.2. Обобщенная схема сбора, передачи, обработки и хранения информации
Важную роль в использовании информации играют хранилища информации. В них информации должна быть в упорядоченном, удобном для хранения и использования виде. Упорядочивание информации связано с классификацией знаний в той или иной форме. Извлечение необходимой информации помогают осуществлять информационно-поисковые системы.
Объект информатики
Объект информатики – автоматизированные информационные системы (АИС), основанные на телекоммуникационной и вычислительной технике или автоматизированные системы сбора, передачи, обработки и хранения информации (рис. 5.3).
Современный объект информатики – технические средства передачи и обработки, математическое, программное и лингвистическое обеспечения.
Проблемы информатики – создание сверхсложных интеллектуальных, глобальных телекоммуникационных и информационных, а также, творческих систем (Creative Systems).
Таким образом, современная информатика - это наука о свойствах информации, средствах её извлечения, передачи и обработки, а также об особенностях работы вычислительных комплексов, использующихся в этих целях.
Рис. 5.3. Структурная схема автоматизированной информационной системы (АИС)
(АСУ - автоматизированная система управления, АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими процессами, САПР - система автоматизированного проектирования, САУ - система автоматического управления, ИПС - информационно-поисковая система)
На рис. 5.3 приведена структурная схема автоматизированной информационной системы (АИС) во взаимодействии с другими АИС и их базами данных. Составной частью АИС являются базы данных и информационно-поисковая система (ИПС). АИС предприятия или организации непосредственно связана с одной или несколькими автоматизированными системами управления (АСУ). Они, в свою очередь, связаны с автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП) и системами автоматизированного проектирования (САПР). АСУ ТП подчинены системы автоматического управления САУ и контрольно-измерительные системы.
|
|
|
|
|
|
