| 8 časova | Planiranje nastave za školsku godinu | Rad u lokalnoj mreži računarske klase u režimu deljenja datoteka

Lekcija 2
Rad u lokalnoj mreži računarske klase u režimu deljenja datoteka

Prijenos informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala

Prijenos informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala

Šenonova šema

Američki naučnik, jedan od osnivača teorije informacija, Claude Shannon predložio je dijagram procesa prenošenja informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala (slika 1.3).

Rice. 1.3. Šema sistema za prenos tehničkih informacija

Rad takve šeme može se objasniti poznatim procesom telefonskog razgovora. Izvor informacija- osoba koja govori. enkoder Mikrofon slušalice koji pretvara zvučne valove (govor) u električne signale. Veza - telefonska mreža(žice, prekidači telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Dekoder- slušalica (slušalice) osobe koja sluša - prijemnik informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

Ovdje se informacija prenosi u obliku kontinuiranog električnog signala. to analogna komunikacija.

Kodiranje i dekodiranje informacija

Ispod kodiranje podrazumjeva se svaka transformacija informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za njihov prijenos putem komunikacijskog kanala.

U zoru ere radio komunikacije korišten je abecedni kod morse. Tekst je pretvoren u niz tačaka i crtica (kratki i dugi signali) i emitovan. Osoba koja je primila takav prijenos na uho trebala je moći dekodirati kod natrag u tekst. Još ranije, Morzeov kod se koristio u telegrafskim komunikacijama. Prijenos informacija korištenjem Morzeove azbuke primjer je diskretne komunikacije.

Trenutno se široko koristi digitalna komunikacija, kada se prenesene informacije kodiraju u binarnom obliku (0 i 1 su binarne cifre), a zatim se dekodiraju u tekst, sliku, zvuk. Digitalna komunikacija je, očito, također diskretna.

Zaštita od buke i buke. Šenonova teorija kodiranja

Informacije se prenose komunikacijskim kanalima uz pomoć signala različite fizičke prirode: električni, elektromagnetni, svjetlosni, akustični. Informativni sadržaj signala sastoji se u vrijednosti ili u promjeni vrijednosti njegove fizičke veličine (jačina struje, jačina svjetla, itd.). Izraz "buka" nazivaju se razne vrste smetnji koje izobličavaju odaslani signal i dovode do gubitka informacija. Ovakve smetnje prvenstveno nastaju zbog tehničkih razloga: lošeg kvaliteta komunikacionih linija, nesigurnosti jedne od drugih različitih tokova informacija koje se prenose istim kanalima. Često, kada razgovaramo telefonom, čujemo buku, pucketanje koji otežavaju razumijevanje sagovornika ili se razgovor drugih ljudi nadoveže na naš razgovor. U takvim slučajevima neophodna je zaštita od buke.

Prije svega prijavite se tehničkim načinima zaštita komunikacionih kanala od izlaganja buci. Takve metode su vrlo različite, ponekad jednostavne, ponekad vrlo složene. Na primjer, korištenje oklopljenog kabela umjesto gole žice; korištenje raznih vrsta filtera koji odvajaju koristan signal od šuma itd.

K. Shannon je razvio posebnu teoriju kodiranja, koji daje metode za rješavanje buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacione linije mora biti redundantni. Zbog toga se gubitak dijela informacija tokom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako vas je teško čuti dok razgovarate telefonom, onda ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sagovornik ispravno razumjeti.

Međutim, to ne možete učiniti redundantnost prevelike. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Šenonova teorija kodiranja vam upravo omogućava da dobijete takav kod koji će biti optimalan. U ovom slučaju, redundantnost prenesenih informacija bit će minimalna moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

U modernim digitalnim komunikacijskim sistemima, sljedeća tehnika se često koristi za borbu protiv gubitka informacija tokom prijenosa. Cela poruka je podeljena na delove - pakete. Za svaki paket izračunava se kontrolni zbir (zbir binarnih cifara) koji se prenosi zajedno sa ovim paketom. Na mjestu prijema se ponovo izračunava kontrolna suma primljenog paketa, a ako se ne poklapa sa originalom, onda se prenos ovog paketa ponavlja. To se dešava sve dok se početni i konačni kontrolni sumi ne poklapaju.

Ukratko o glavnom

Bilo koji sistem za prenos tehničkih informacija sastoji se od izvora, prijemnika, uređaja za kodiranje i dekodiranje i komunikacijskog kanala.

Ispod kodiranje odnosi se na transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za njihov prijenos putem komunikacijskog kanala. Dekodiranje je obrnuta transformacija.

Buka su smetnje koje dovode do gubitka informacija.

Razvijena teorija kodiranja metode predstavljanje prenesene informacije kako bi se smanjio njen gubitak pod uticajem buke.

Pitanja i zadaci

1. Koji su glavni elementi sheme prijenosa informacija koju je predložio K. Shannon.

2. Šta je kodiranje i dekodiranje u prijenosu informacija?

3. Šta je buka? Koje su njegove implikacije na prijenos informacija?

4. Koji su načini rješavanja buke?

EC CER: Dio 2, zaključak, dodatak poglavlju 1, § 1.1. COR br. 1.

Šema prijenosa informacija. Kanal za prijenos informacija. Brzina prijenosa informacija.

Postoje tri vrste informacijskih procesa: skladištenje, prijenos, obrada.

Pohrana podataka:

· Nosioci informacija.

vrste memorije.

· Čuvanje informacija.

· Osnovna svojstva skladišta informacija.

Povezano sa skladištenjem informacija sljedeće koncepte: medij za pohranu (memorija), interna memorija, eksterna memorija, pohrana informacija.

Medijum za skladištenje je fizički medij koji direktno pohranjuje informacije. Ljudsko pamćenje se može nazvati RAM. Naučeno znanje osoba reprodukuje trenutno. Možemo nazvati i vlastito sjećanje interna memorija jer je njegov nosilac - mozak - u nama.

Sve druge vrste nosača informacija možemo nazvati vanjskim (u odnosu na osobu): drvo, papirus, papir itd. Skladištenje informacija je informacija organizovana na određeni način na eksternim medijima, namenjena za dugotrajno skladištenje i trajnu upotrebu (npr. arhive dokumenata, biblioteke, kartoteke). Glavna informacijska jedinica repozitorija je određeni fizički dokument: upitnik, knjiga itd. Organizacija repozitorija podrazumijeva prisustvo određene strukture, tj. urednost, klasifikacija pohranjenih dokumenata radi lakšeg rada sa njima. Glavna svojstva skladišta informacija: količina pohranjenih informacija, pouzdanost pohrane, vrijeme pristupa (tj. vrijeme pretraživanja potrebne informacije), dostupnost zaštite informacija.

Informacije pohranjene na memorijskim uređajima računara nazivaju se podacima. Organizirane pohrane podataka na uređajima eksternu memoriju kompjuteri se zovu baze podataka i banke podataka.

Obrada podataka:

· Opća shema procesa obrade informacija.

· Izjava o zadatku obrade.

· Izvršilac obrade.

· Algoritam obrade.

· Tipični zadaci obrade informacija.

Šema obrade informacija:

Inicijalne informacije - izvođač obrade - konačne informacije.

U procesu obrade informacija rješava se neki informacijski problem, koji se može prethodno postaviti u tradicionalnom obliku: zadaje se određeni skup početnih podataka, potrebno je da se dobiju neki rezultati. Sam proces prelaska sa izvornih podataka na rezultat je proces obrade. Objekt ili subjekt koji obavlja obradu naziva se izvršilac obrade.

Da bi uspješno izvršio obradu informacija, izvođač (osoba ili uređaj) mora poznavati algoritam obrade, tj. redoslijed koraka koje treba slijediti kako bi se postigao željeni rezultat.

Postoje dvije vrste obrade informacija. Prvi tip obrade: obrada vezana za dobijanje novih informacija, novog sadržaja znanja (rešavanje matematičkih problema, analiza situacije itd.). Drugi tip obrade: obrada povezana s promjenom forme, ali bez promjene sadržaja (na primjer, prevođenje teksta s jednog jezika na drugi).

Važna vrsta obrade informacija je kodiranje - transformacija informacija u simbolički oblik koji je pogodan za njihovo skladištenje, prijenos, obradu. Kodiranje se aktivno koristi u tehničkim sredstvima za rad sa informacijama (telegraf, radio, kompjuteri). Druga vrsta obrade informacija je strukturiranje podataka (uvođenje određenog reda u skladištenje informacija, klasifikacija, katalogizacija podataka).

Druga vrsta obrade informacija je traženje u nekom skladištu informacija potrebnih podataka koji zadovoljavaju određene uslove pretraživanja (zahtjev). Algoritam pretraživanja zavisi od načina na koji su informacije organizovane.

Prijenos informacija:

· Izvor i primalac informacija.

· Informacijski kanali.

Uloga osjetilnih organa u procesu ljudske percepcije informacija.

· Struktura tehničkih komunikacionih sistema.

· Šta je kodiranje i dekodiranje.

Koncept buke tehnike zaštite od buke.

· Brzina prijenosa informacija i kapacitet kanala.

Šema prijenosa informacija:

Izvor informacija - kanal informacija - prijemnik informacija.

Informacije se predstavljaju i prenose u obliku niza signala, simbola. Od izvora do primaoca, poruka se prenosi kroz neki materijalni medij. Ako se u procesu prijenosa koriste tehnička sredstva komunikacije, onda se ona nazivaju kanali za prijenos informacija (informacijski kanali). To uključuje telefon, radio, TV. Ljudski osjetilni organi igraju ulogu bioloških informacijskih kanala.

Proces prenošenja informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala odvija se prema sljedećoj shemi (prema Shanonu):

Izraz "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje izobličavaju odaslani signal i dovode do gubitka informacija. Takve smetnje, prije svega, nastaju iz tehničkih razloga: lošeg kvaliteta komunikacijskih linija, nesigurnosti jedni od drugih različitih tokova informacija koje se prenose istim kanalima. Koristi se za zaštitu od buke Različiti putevi, na primjer, korištenje raznih vrsta filtera koji odvajaju koristan signal od šuma.

Claude Shannon je razvio posebnu teoriju kodiranja koja pruža metode za rješavanje buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacione linije mora biti redundantni. Zbog toga se gubitak dijela informacija tokom prijenosa može nadoknaditi. Međutim, ne možete učiniti redundantnost prevelikom. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije.

Kada se raspravlja o temi mjerenja brzine prijenosa informacija, može se koristiti analogija. Analog je proces pumpanja vode kroz vodovodne cijevi. Ovdje su cijevi kanal za prijenos vode. Intenzitet (brzinu) ovog procesa karakteriše potrošnja vode, tj. broj pumpanih litara u jedinici vremena. U procesu prenošenja informacija, kanali su tehničke komunikacione linije. Po analogiji sa vodovodnom cijevi, možemo govoriti o protoku informacija koji se prenose kroz kanale. Brzina prijenosa informacija je količina informacija poruke koja se prenosi u jedinici vremena. Dakle, jedinice mjerenja brzine protoka informacija: bit/s, bajtovi/s itd.

Drugi koncept - propusni opseg informacijskih kanala - također se može objasniti korištenjem analogije "vodovoda". Povećavanjem pritiska možete povećati protok vode kroz cijevi. Ali ovaj put nije beskonačan. Ako se primeni preveliki pritisak, cev može da pukne. Dakle, maksimalni protok vode, koji se može nazvati kapacitetom vodovoda. Linije za komunikaciju tehničkih podataka također imaju slično ograničenje brzine prijenosa podataka. Razlozi za to su i fizički.

1. Klasifikacija i karakteristike komunikacijskog kanala
Veza je skup sredstava namijenjenih za prijenos signala (poruka).
Za analizu informacijskih procesa u komunikacijskom kanalu možete koristiti njegovu generaliziranu shemu prikazanu na sl. 1.

AI

LS

P

PI

P

Na sl. 1 usvojio sljedeće oznake: X, Y, Z, W- signali, poruke ; f- smetnja; LS- komunikacijska linija; AI, PI– izvor i primalac informacija; P– pretvarači (kodiranje, modulacija, dekodiranje, demodulacija).
Postoje različite vrste kanala koji se mogu klasificirati prema različitim kriterijima:
1. Po vrsti komunikacionih linija: žičani; kabel; optička vlakna;
dalekovodi; radio kanali itd.
2. Po prirodi signala: kontinuirano; diskretno; diskretno-kontinuirani (signali na ulazu sistema su diskretni, a na izlazu kontinuirani, i obrnuto).
3. Za otpornost na buku: kanali bez smetnji; sa smetnjama.
Komunikacione kanale karakteriše:
1. Kapacitet kanala definiran kao proizvod vremena korištenja kanala T do,širina spektra frekvencija koje kanal prenosi F to i dinamički raspon D to. , koji karakteriše sposobnost kanala da prenosi različite nivoe signala

V do = T do F do D do.(1)
Uslov za usklađivanje signala sa kanalom:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
2.Brzina prijenosa informacija - prosječna količina prenesenih informacija po jedinici vremena.
3.
4. redundantnost - osigurava pouzdanost prenesenih informacija ( R= 0¸1).
Jedan od zadataka teorije informacija je utvrđivanje zavisnosti brzine prenosa informacija i kapaciteta komunikacionog kanala o parametrima kanala i karakteristikama signala i smetnji.
Komunikacijski kanal se figurativno može uporediti sa cestama. Uski putevi - mali kapacitet, ali jeftini. Široki putevi - dobar saobraćaj, ali skup. Propusnost je određena uskim grlom.
Brzina prijenosa podataka u velikoj mjeri ovisi o prijenosnom mediju u komunikacijskim kanalima, a to su različite vrste komunikacijskih linija.
ožičeni:
1. Žičani– upredena parica (koja djelimično potiskuje elektromagnetno zračenje iz drugih izvora). Brzina prijenosa do 1 Mbps. Koristi se u telefonskim mrežama i za prijenos podataka.
2. Koaksijalni kabl. Brzina prijenosa 10-100 Mbps - koristi se u lokalne mreže, kablovska televizija itd.
3. Optičko vlakno. Brzina prijenosa 1 Gbps.
U okruženjima 1-3, slabljenje u dB je linearno sa rastojanjem, tj. snaga pada eksponencijalno. Stoga je nakon određene udaljenosti potrebno ugraditi regeneratore (pojačala).
Radio linkovi:
1. Radio kanal. Brzina prijenosa 100–400 Kbps. Koristi radio frekvencije do 1000 MHz. Do 30 MHz zbog refleksije od jonosfere moguće je širenje elektromagnetnih talasa izvan linije vida. Ali ovaj raspon je vrlo bučan (na primjer, radi amatera). Od 30 do 1000 MHz - jonosfera je transparentna i potrebna je linija vida. Antene se postavljaju na visini (ponekad se postavljaju regeneratori). Koristi se na radiju i televiziji.
2. mikrotalasne linije. Brzine prijenosa do 1 Gbps. Koristite radio frekvencije iznad 1000 MHz. Ovo zahtijeva liniju vidljivosti i visoko usmjerene paraboličke antene. Udaljenost između regeneratora je 10-200 km. Koristi se za telefon, televiziju i prenos podataka.
3. Satelitska veza. Koriste se mikrovalne frekvencije, a satelit služi kao regenerator (i za mnoge stanice). Karakteristike su iste kao kod mikrotalasnih linija.
2. Širina pojasa diskretnog komunikacionog kanala
Diskretni kanal je skup sredstava dizajniranih za prijenos diskretnih signala.
Propusnost komunikacijskog kanala - najveća teoretski moguća brzina prijenosa informacija, pod uvjetom da greška ne prelazi zadatu vrijednost. Brzina prijenosa informacija - prosječna količina prenesenih informacija po jedinici vremena. Hajde da definišemo izraze za izračunavanje brzine prenosa informacija i propusnosti diskretnog komunikacionog kanala.
Tokom prijenosa svakog simbola, u prosjeku, količina informacija prolazi kroz komunikacijski kanal, što je određeno formulom
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) - H (X/Y) = H(Y) - H (Y/X), (2)
gdje: ja (Y, X) - međusobne informacije, odnosno količina informacija sadržanih u Y relativno X;H(X) je entropija izvora poruke; H (X/Y)– uslovna entropija, koja određuje gubitak informacija po simbolu povezan sa prisustvom šuma i izobličenja.
Prilikom slanja poruke X T trajanje T, koji se sastoji od n elementarnih simbola, prosječna količina prenesene informacije, uzimajući u obzir simetriju međusobne količine informacija, je:
I(Y T, X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Brzina prijenosa informacija ovisi o statističkim svojstvima izvora, metodi kodiranja i svojstvima kanala.
Širina pojasa diskretnog komunikacionog kanala
. (5)
Maksimalna moguća vrijednost, tj. traži se maksimum funkcionala na čitavom skupu funkcija raspodjele vjerovatnoće p (x).
propusnost zavisi od specifikacije kanal (brzina opreme, vrsta modulacije, nivo smetnji i izobličenja, itd.). Jedinice kapaciteta kanala su: , , , .
2.1 Diskretni komunikacioni kanal bez smetnji
Ako nema smetnji u komunikacijskom kanalu, tada su ulazni i izlazni signali kanala povezani nedvosmislenom, funkcionalnom ovisnošću.
U ovom slučaju, uslovna entropija je jednaka nuli, a bezuslovne entropije izvora i prijemnika su jednake, tj. prosječna količina informacija u primljenom simbolu u odnosu na preneseni je
I (X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.
Ako X T- broj znakova po vremenu T, tada je brzina prijenosa informacija za diskretni komunikacioni kanal bez smetnji jednaka
(6)
gdje V = 1/ je prosječna brzina prijenosa jednog simbola.
Širina pojasa za diskretni komunikacioni kanal bez smetnji
(7)
Jer maksimalna entropija odgovara jednako verovatnim simbolima, tada je širina pojasa za ujednačenu distribuciju i statističku nezavisnost prenesenih simbola jednaka:
. (8)
Šenonova prva teorema za kanal: Ako je tok informacija koji generiše izvor dovoljno blizak propusnom opsegu komunikacionog kanala, tj.
, gdje je proizvoljno mala vrijednost,
tada je uvijek moguće pronaći metodu kodiranja koja će osigurati prijenos svih izvornih poruka, a brzina prijenosa informacija će biti vrlo blizu kapacitetu kanala.
Teorema ne daje odgovor na pitanje kako kodirati.
Primjer 1 Izvor generiše 3 poruke sa vjerovatnoćom:
p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 i p 3 = 0,7.
Poruke su nezavisne i prenose se u uniformnom binarnom kodu ( m = 2) sa trajanjem simbola od 1 ms. Odredite brzinu prijenosa informacija preko komunikacijskog kanala bez smetnji.
Odluka: Entropija izvora je

[bps].
Za prijenos 3 poruke sa uniformnim kodom potrebna su dva bita, a trajanje kombinacije kodova je 2t.
Prosječna brzina signala
V=1/2 t = 500 .
Brzina prijenosa informacija
C = vH = 500×1,16 = 580 [bps].
2.2 Diskretni komunikacioni kanal sa šumom
Razmotrićemo diskretne komunikacione kanale bez memorije.
Kanal bez memorije Kanalom se naziva kanal u kojem je svaki simbol signala koji se prenosi pod utjecajem smetnji, bez obzira na to koji su signali prethodno bili preneseni. To jest, interferencija ne stvara dodatne korelativne veze između simbola. Naziv "bez memorije" znači da tokom sledećeg prenosa izgleda da kanal ne pamti rezultate prethodnih prenosa.
U prisustvu smetnji, prosječna količina informacija u simbolu primljene poruke – Y, u odnosu na preneseno - X jednako:
.
Za karakter poruke X T trajanje T, koji se sastoji od n elementarni simboli prosječna količina informacija u primljenom simbolu poruke - Y T u vezi sa prenesenim X T jednako:
I(Y T , X T) = H(X T) - H(X T /Y T) = H(Y T) - H(Y T /X T) = n = 2320 bps
Kapacitet kontinuiranog kanala sa šumom određuje se formulom

=2322 bps.
Dokažimo da informacijski kapacitet kontinuiranog kanala bez memorije s aditivnim Gausovim šumom s ograničenjem vršne snage nije veći od informacioni kapacitet isti kanal sa istim prosječnim ograničenjem snage.
Matematičko očekivanje za simetričnu uniformnu distribuciju

Srednji kvadrat za simetričnu uniformnu distribuciju

Varijanca za simetričnu uniformnu distribuciju

Istovremeno, za jednoliko raspoređen proces.
Diferencijalna entropija signala sa uniformnom distribucijom
.
Razlika između diferencijalnih entropija normalnog i ravnomjerno raspoređenog procesa ne ovisi o vrijednosti disperzije
= 0,3 bita/broj
Dakle, propusnost i kapacitet komunikacijskog kanala za proces sa normalnom distribucijom je veći nego za jednoličnu.
Odredite kapacitet (volumen) komunikacijskog kanala
V k = T k C k = 10×60×2322 = 1,3932 Mbit.
Odredite količinu informacija koja se može prenijeti za 10 minuta kanala
10× 60× 2322=1,3932 Mbit.
Zadaci

Koristeći internetske resurse, pronađite odgovore na pitanja:

Vježba 1

1. Šta je proces prenosa informacija?

Transfer informacija- fizički proces kojim se informacije prenose u svemiru. Snimili su informacije na disk i prenijeli ih u drugu prostoriju. Ovaj proces karakterizira prisustvo sljedećih komponenti:

2. Opća šema prijenosa informacija

3. Navedite kanale komunikacije koje poznajete

Veza(engleski) kanal, data linija) - sistem tehničkih sredstava i okruženje za širenje signala za prenošenje poruka (ne samo podataka) od izvora do primaoca (i obrnuto). Komunikacijski kanal shvaćen u užem smislu ( komunikacijski put) predstavlja samo fizički medij širenja, kao što je fizička komunikacijska linija.

Prema vrsti medija za distribuciju, kanali komunikacije se dijele na:

4. Šta su telekomunikacije i kompjuterske telekomunikacije?

Telekomunikacije(grč. tele – daleko, i lat. communicatio – komunikacija) je prenos i prijem bilo koje informacije (zvuk, slika, podaci, tekst) na daljinu putem različitih elektromagnetnih sistema (kablovskih i optičkih kanala, radio kanala i drugih žičanih i bežični kanali veze).

telekomunikaciona mreža- sistem tehničkih sredstava preko kojih se obavljaju telekomunikacije.

Telekomunikacione mreže uključuju:
1. Računarske mreže (za prijenos podataka)
2. Telefonske mreže (prijenos glasovnih informacija)
3. Radio mreže (prijenos glasovnih informacija - usluge emitovanja)
4. Televizijske mreže (prenos glasa i slike - usluge emitovanja)

Kompjuterske telekomunikacije - telekomunikacije čiji su terminalni uređaji računari.

Prenos informacija sa računara na računar naziva se sinhrona komunikacija, i to preko posrednog računara, što vam omogućava da akumulirate poruke i prenesete ih na personalni računari prema zahtjevu korisnika, - asinhroni.

Kompjuterske telekomunikacije počinju da puštaju korene u obrazovanju. U visokom obrazovanju koriste se za koordinaciju naučnog istraživanja, brzu razmjenu informacija između učesnika u projektu, učenje na daljinu i konsultacije. U sistemu školskog obrazovanja - povećati efikasnost samostalnih aktivnosti učenika u vezi sa različitim vidovima kreativnog rada, uključujući i obrazovne aktivnosti, zasnovane na širokoj upotrebi istraživačkih metoda, slobodnom pristupu bazama podataka i razmeni informacija sa partnerima u zemlji i inostranstvu.

5. Koja je propusnost kanala za prijenos informacija?
Bandwidth- metrička karakteristika, koja pokazuje omjer maksimalnog broja jedinica koje prolaze (informacije, objekti, volumen) po jedinici vremena kroz kanal, sistem, čvor.
U računarskoj nauci, definicija propusnog opsega se obično primjenjuje na komunikacijski kanal i definira se maksimalan broj prenesene/primljene informacije po jedinici vremena.
Širina pojasa je jedan od najvažnijih faktora sa stanovišta korisnika. Procjenjuje se količinom podataka koju mreža, u limitu, može prenijeti u jedinici vremena sa jednog uređaja povezanog s njom na drugi.

Brzina prijenosa informacija u velikoj mjeri ovisi o brzini njenog kreiranja (izvorni učinak), metodama kodiranja i dekodiranja. Najveća moguća brzina prijenosa informacija u datom kanalu naziva se njegova propusnost. Kapacitet kanala, po definiciji, je brzina prijenosa informacija kada se koristi „najbolji“ (optimalni) izvor, koder i dekoder za dati kanal, stoga karakterizira samo kanal.

>>Informatika: Informatika 9. razred. Dodatak Poglavlju 1

Dodatak Poglavlju 1

1.1. Prijenos informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala

Glavne teme pasusa:

♦ shema K. Shanona;
♦ kodiranje i dekodiranje informacija;
♦ zaštita od buke i buke. Teorija kodiranja K. Shannon.

Šema K. Šenona

Američki naučnik, jedan od osnivača teorije informacija, Claude Shannon predložio je shemu procesa prenos informacija putem tehničkih komunikacionih kanala, prikazanih na sl. 1.3.

Rad takve šeme može se objasniti poznatim procesom telefonskog razgovora. Izvor informacija je osoba koja govori. Enkoder je mikrofon slušalice koji pretvara zvučne valove (govor) u električne signale. Komunikacijski kanal je telefonska mreža (žice, prekidači telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Uređaj za dekodiranje je slušalica (slušalice) osobe koja sluša – prijemnika informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

Komunikacija u kojoj se prijenos odvija u obliku kontinuiranog električnog signala naziva se analogna komunikacija.

Kodiranje i dekodiranje informacija

Kodiranje se podrazumijeva kao svaka transformacija informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za njihov prijenos putem komunikacijskog kanala.

U zoru ere radija korištena je Morzeova azbuka. Tekst je pretvoren u niz tačaka i crtica (kratki i dugi signali) i emitovan. Osoba koja je primila takav prijenos na uho trebala je moći dekodirati kod natrag u tekst. Još ranije, Morzeov kod se koristio u telegrafskim komunikacijama. Prijenos informacija korištenjem Morzeove azbuke primjer je diskretne komunikacije.

Trenutno se digitalna komunikacija široko koristi kada se prenosi informacije kodirani u binarnom obliku (0 i 1 su binarne cifre) i zatim dekodirani u tekst, sliku, zvuk. Digitalna komunikacija je, očito, također diskretna.

Zaštita od buke i buke. Teorija kodiranja K. Shannon

Izraz "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje izobličavaju odaslani signal i dovode do gubitka informacija. Ovakve smetnje prvenstveno nastaju zbog tehničkih razloga: lošeg kvaliteta komunikacionih linija, nesigurnosti jedne od drugih različitih tokova informacija koje se prenose istim kanalima. Često, kada razgovaramo telefonom, čujemo buku, pucketanje koji otežavaju razumijevanje sagovornika ili se razgovor drugih ljudi nadoveže na naš razgovor. U takvim slučajevima neophodna je zaštita od buke.

Prije svega, koriste se tehničke metode za zaštitu komunikacijskih kanala od utjecaja buke. Takve metode su vrlo različite, ponekad jednostavne, ponekad vrlo složene. Na primjer, korištenje oklopljenog kabela umjesto gole žice; korištenje raznih vrsta filtera koji odvajaju koristan signal od šuma itd.

Claude Shannon je razvio posebnu teoriju kodiranja koja pruža metode za rješavanje buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacione linije mora biti redundantni. Zbog toga se gubitak dijela informacija tokom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako vas je teško čuti dok razgovarate telefonom, onda ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sagovornik ispravno razumjeti.

Međutim, ne možete učiniti redundantnost prevelikom. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Teorija kodiranja K. Shanona vam upravo omogućava da dobijete takav kod koji će biti optimalan. U ovom slučaju, redundantnost prenesenih informacija bit će minimalna moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

U modernim digitalnim komunikacijskim sistemima, sljedeća tehnika se često koristi za borbu protiv gubitka informacija tokom prijenosa. Cela poruka je podeljena na delove - pakete. Za svaki paket se obračunava ček suma(zbir binarnih cifara) koji se prenosi sa ovim paketom. Na mjestu prijema se ponovo izračunava kontrolna suma primljenog paketa, a ako se ne poklapa sa originalom, onda se prenos ovog paketa ponavlja. To se dešava sve dok se početni i konačni kontrolni sumi ne poklapaju.

Ukratko o glavnom

Svaki sistem za prenos tehničkih informacija sastoji se od izvora, prijemnika, uređaja za kodiranje i dekodiranje i komunikacionog kanala.

Kodiranje se podrazumijeva kao transformacija informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za njihov prijenos putem komunikacijskog kanala. Dekodiranje je inverzna transformacija.

Buka je smetnja koja dovodi do gubitka informacija.

U teoriji kodiranja razvijene su metode za predstavljanje prenesene informacije kako bi se smanjio njen gubitak pod utjecajem šuma.

Pitanja i zadaci

1. Navedite glavne elemente sheme prijenosa informacija koju je predložio K. Shannon.
2. Šta je kodiranje i dekodiranje prilikom prenošenja informacija?
3. Šta je buka? Koje su njegove implikacije na prijenos informacija?
4. Koji su načini rješavanja buke?

1.2. Zipovanje i raspakivanje fajlova

Glavne teme pasusa:

♦ problem kompresije podataka;
♦ kompresijski algoritam koji koristi kod varijabilne dužine;
♦ algoritam kompresije koji koristi faktor ponavljanja;
♦ arhiviranje programa.

Problem sa kompresijom podataka

Već znate da uz pomoć globalnog interneta korisnik dobija pristup ogromnim informacionim resursima. Na internetu možete pronaći rijetku knjigu, esej na gotovo svaku temu, fotografije i muziku, kompjutersku igricu i još mnogo toga. Prilikom prijenosa ovih podataka preko mreže mogu nastati problemi zbog velikog obima. Kapacitet komunikacijskih kanala je još uvijek prilično ograničen. Stoga vrijeme prijenosa može biti predugo, a to je povezano s dodatnim finansijskim troškovima. Osim toga, za velike datoteke možda neće biti dovoljno slobodnog prostora na disku.

Rješenje problema je kompresija podataka, koja smanjuje količinu podataka uz zadržavanje sadržaja koji je u njima kodiran. Programi koji vrše takvu kompresiju nazivaju se arhivatori. Prvi arhivari pojavili su se sredinom 1980-ih godina XX veka. Glavna svrha njihove upotrebe bila je ušteda prostora na diskovima, čiji je volumen informacija u to vrijeme bio mnogo manji od volumena modernih diskova.

Kompresija podataka (arhiviranje datoteka) se odvija prema posebnim algoritmima. Ovi algoritmi najčešće koriste dvije fundamentalno različite ideje.

Algoritam kompresije pomoću koda varijabilne dužine

Prva ideja: korištenje koda promjenjive dužine. Podaci koji se kompresuju dijele se na dijelove na poseban način (nizovi znakova, “riječi”). Imajte na umu da jedan znak (ASCII kod) također može biti “riječ”. Za svaku “riječ” je pronađena učestalost pojavljivanja: omjer broja ponavljanja ove “riječi” i ukupnog broja “riječi” u nizu podataka. Ideja algoritma za kompresiju informacija je da kodira najčešće pojavljujuće "riječi" kodovima kraće dužine od "riječi" koje se rijetko pojavljuju. Ovo može značajno smanjiti veličinu datoteke.

Ovaj pristup je poznat već duže vrijeme. Koristi se u Morzeovom kodu, gdje su znakovi kodirani različitim nizovima tačaka i crtica, s češćim znakovima koji imaju kraće kodove. Na primjer, najčešće korišteno slovo "A" je kodirano kao: -. Rijetko slovo "Ž" je kodirano: -. Za razliku od kodova iste dužine, u ovom slučaju postoji problem odvajanja slovnih kodova jedan od drugog. U Morseovom kodu ovaj se problem rješava uz pomoć "pauze" (razmaka), koja je, u stvari, treći znak Morseove abecede, odnosno Morseova abeceda nije dva, već tri znaka.

Informacije u memoriji računara pohranjuju se pomoću abecede od dva znaka. Ne postoji poseban znak za razdvajanje. Pa ipak, uspjeli smo smisliti način komprimiranja podataka s promjenjivom dužinom koda "riječi" koji ne zahtijeva znak za razdvajanje. Takav algoritam se zove D. Huffman algoritam (prvi put objavljen 1952. godine). Svi univerzalni arhivi rade na algoritmima sličnim Huffman algoritmu.

Algoritam kompresije koji koristi faktor ponavljanja

Druga ideja: korištenje faktora ponavljanja. Značenje algoritma zasnovanog na ovoj ideji je sljedeće: ako se lanac ponavljajućih grupa znakova javlja u komprimiranom nizu podataka, tada ga zamjenjuje par: broj (koeficijent) ponavljanja - grupa znakova. U ovom slučaju, za duge lance koji se ponavljaju, povećanje memorije tokom kompresije može biti veoma veliko. Ova metoda je najefikasnija kod pakovanja grafičkih informacija.

Arhiviranje programa

Programi za arhiviranje kreiraju arhivske datoteke (arhive). Arhiva je datoteka koja pohranjuje jednu ili više datoteka u komprimiranom obliku. Za korištenje arhiviranih datoteka potrebno ih je izdvojiti iz arhive - raspakirati. Svi programe arhivi obično pružaju sljedeće karakteristike:

Dodavanje datoteka u arhivu;
ekstrakcija datoteka iz arhive;
brisanje datoteka iz arhive;
pogledajte sadržaj arhive.

Trenutno najpopularniji arhivatori su WinRar i WinZip. WinRar ima više funkcija od WinZip-a. Konkretno, omogućava kreiranje višetomne arhive (ovo je zgodno ako je arhivu potrebno kopirati na disketu, a njena veličina prelazi 1,44 MB), kao i mogućnost kreiranja samoraspakirajuće arhive (u ovom slučaju, sam arhivator nije potreban za izdvajanje podataka iz arhive) .

Navedimo primjer prednosti korištenja arhivatora pri prijenosu podataka preko mreže. Veličina tekstualnog dokumenta koji sadrži paragraf koji trenutno čitate je 31 KB. Ako se ovaj dokument arhivira pomoću WinRar-a, tada će veličina arhivske datoteke biti samo 6 KB. Kako kažu, korist je očigledna.

Korištenje programa za arhiviranje je vrlo jednostavno. Da biste kreirali arhivu, prvo morate odabrati datoteke koje želite u nju uključiti, zatim postaviti potrebne parametre (način arhiviranja, format arhive, veličinu volumena ako je arhiva višetomna) i na kraju izdati naredbu CREATE ARCHIVE. Slično, dešava se i obrnuta radnja - izdvajanje datoteka iz arhive (raspakivanje arhive). Prvo, potrebno je da izaberete fajlove koje želite da izdvojite iz arhive, drugo, odredite gde ove datoteke treba da budu smeštene i, na kraju, izdate komandu IZVADI DATOTEKE IZ ARHIVE. Više o radu arhivskih programa saznaćete na praktičnoj nastavi.

Ukratko o glavnom

Informacije se komprimiraju uz pomoć posebnih programa za arhiviranje.

Dvije najčešće korištene metode u algoritmima kompresije su korištenje koda promjenjive dužine i korištenje faktora ponavljanja grupe znakova.

Pitanja i zadaci

1. Koja je razlika između kodova konstantne i varijabilne dužine?
2. Koje su mogućnosti programa za arhiviranje?
3. Šta je razlog široka primena softver za arhiviranje?
4. Da li poznajete još neke arhiviste osim onih navedenih u ovom paragrafu?

I. Semakin, L. Zalogova, S. Rusakov, L. Shestakova, Informatika, 9. razred
Dostavili čitaoci sa internet stranica

Otvoreni čas informatike, školski plan, informatički sažeci, sve što učenik može da uradi domaći, preuzmi informatika 9 razred

Sadržaj lekcije sažetak lekcije podrška okvir prezentacije lekcije akcelerativne metode interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe samoispitivanje radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike grafike, tabele, šeme humor, anegdote, vicevi, strip parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale cheat sheets udžbenici osnovni i dodatni glosar pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjenom zastarjelih znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan godine metodološke preporuke programa diskusije Integrisane lekcije

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,

Prijenos informacija odvija se od izvora do primaoca (primaoca) informacije. izvor informacija može biti bilo koja: bilo koji predmet ili pojava žive ili nežive prirode. Proces prenosa informacija odvija se u nekom materijalnom okruženju koje razdvaja izvor i primaoca informacije, što se naziva kanal prijenos informacija. Informacija se prenosi kanalom u obliku određenog niza signala, simbola, znakova, koji se nazivaju poruka. Primalac informacija je objekat koji prima poruku, usled čega dolazi do određenih promena u njegovom stanju. Sve navedeno je šematski prikazano na slici.

Transfer informacija

Osoba prima informacije od svega što ga okružuje, putem čula: sluha, vida, mirisa, dodira, ukusa. Najveću količinu informacija osoba prima putem sluha i vida. Zvučne poruke percipira uho – akustični signali u kontinuiranom mediju (najčešće u zraku). Vid percipira svjetlosne signale koji nose sliku objekata.

Nije svaka poruka informativna za osobu. Na primjer, poruka na nerazumljivom jeziku, iako je prenesena osobi, ne sadrži informacije za njega i ne može uzrokovati adekvatne promjene u njegovom stanju.

Informacijski kanal može biti prirodne prirode (atmosferski zrak kroz koji se prenose zvučni valovi, sunčeva svjetlost reflektirana od posmatranih objekata) ili biti umjetno stvoren. U potonjem slučaju govorimo o tehničkim sredstvima komunikacije.

Sistemi za prenos tehničkih informacija

Prvo tehničko sredstvo za prijenos informacija na daljinu bio je telegraf, koji je 1837. izumio Amerikanac Samuel Morse. Godine 1876. Amerikanac A. Bell izume telefon. Na osnovu otkrića elektromagnetnih talasa njemačkog fizičara Heinricha Hertza (1886), A.S. Popov u Rusiji 1895. i skoro istovremeno sa njim 1896. G. Markoni u Italiji izumljen je radio. Televizija i internet pojavili su se u dvadesetom veku.

Sve navedene tehničke metode informatičke komunikacije temelje se na prijenosu fizičkog (električnog ili elektromagnetnog) signala na daljinu i podliježu određenim općim zakonima. Proučavanje ovih zakona je teorija komunikacije koji se pojavio 1920-ih. Matematički aparat teorije komunikacije - matematička teorija komunikacije, koju je razvio američki naučnik Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916–2001), SAD

Claude Shannon je predložio model za proces prenošenja informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala, predstavljen dijagramom.

Sistem za prenos tehničkih informacija

Kodiranje ovdje znači svaku transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za njihov prijenos preko komunikacijskog kanala. Dekodiranje - inverzna transformacija signalnog niza.

Rad takve šeme može se objasniti poznatim procesom telefonskog razgovora. Izvor informacija je osoba koja govori. Enkoder je mikrofon slušalice koji pretvara zvučne valove (govor) u električne signale. Komunikacijski kanal je telefonska mreža (žice, prekidači telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Uređaj za dekodiranje je slušalica (slušalice) osobe koja sluša – prijemnika informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

Moderna kompjuterski sistemi prenos informacija – kompjuterske mreže rade na istom principu. Postoji proces kodiranja koji pretvara binarni kompjuterski kod u fizički signal tipa koji se prenosi komunikacijskim kanalom. Dekodiranje je obrnuta transformacija prenesenog signala u kompjuterski kod. Na primjer, kada koristite telefonske linije u kompjuterske mreže Funkcije kodiranja i dekodiranja obavlja uređaj koji se zove modem.

Kapacitet kanala i brzina prijenosa informacija

Programeri sistema za prenos tehničkih informacija moraju riješiti dva međusobno povezana zadatka: kako osigurati najveća brzina prijenos informacija i kako smanjiti gubitak informacija tokom prijenosa. Claude Shannon je bio prvi naučnik koji je preuzeo rješenje ovih problema i stvorio novu nauku za to vrijeme - teorija informacija.

K.Shannon je odredio metodu mjerenja količine informacija koje se prenose komunikacijskim kanalima. Oni su predstavili koncept propusnost kanala,kao maksimalna moguća brzina prenosa informacija. Ova brzina se mjeri u bitovima u sekundi (kao i kilobitima u sekundi, megabitima u sekundi).

Propusnost komunikacijskog kanala ovisi o tome tehnička implementacija. Na primjer, kompjuterske mreže koriste sljedeća sredstva komunikacije:

telefonske linije,

Električni kablovski priključak,

optički kablovi,

Radio komunikacija.

Propusnost telefonskih linija - desetine, stotine Kbps; propusnost optičkih linija i radio komunikacijskih linija mjeri se u desetinama i stotinama Mbps.

Buka, zaštita od buke

Izraz "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje izobličavaju odaslani signal i dovode do gubitka informacija. Ovakve smetnje prvenstveno nastaju zbog tehničkih razloga: lošeg kvaliteta komunikacionih linija, nesigurnosti jedne od drugih različitih tokova informacija koje se prenose istim kanalima. Ponekad, dok razgovaramo telefonom, čujemo buku, pucketanje, koji otežavaju razumijevanje sagovornika, ili se razgovor potpuno različitih ljudi nadoveže na naš razgovor.

Prisutnost šuma dovodi do gubitka prenesenih informacija. U takvim slučajevima neophodna je zaštita od buke.

Prije svega, koriste se tehničke metode za zaštitu komunikacijskih kanala od utjecaja buke. Na primjer, korištenje oklopljenog kabela umjesto gole žice; korištenje raznih vrsta filtera koji odvajaju koristan signal od šuma itd.

Claude Shannon je razvio teorija kodiranja, koji daje metode za rješavanje buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacione linije mora biti suvišan. Zbog toga se gubitak dijela informacija tokom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako vas je teško čuti dok razgovarate telefonom, onda ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sagovornik ispravno razumjeti.

Međutim, ne možete učiniti redundantnost prevelikom. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Teorija kodiranja vam omogućava da dobijete kod koji će biti optimalan. U ovom slučaju, redundantnost prenesenih informacija bit će minimalna moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

U modernim digitalnim komunikacijskim sistemima, sljedeća tehnika se često koristi za borbu protiv gubitka informacija tokom prijenosa. Cela poruka je podeljena na delove - paketi. Za svaki paket se obračunava ček suma(zbir binarnih cifara) koji se prenosi sa ovim paketom. Na mjestu prijema kontrolna suma primljenog paketa se ponovo izračunava i, ako se ne poklapa sa originalnom sumom, prenos ovog paketa se ponavlja. Ovo će se nastaviti sve dok se početni i konačni kontrolni zbroj ne poklope.

S obzirom na prenos informacija u propedevtičkim i osnovnim informatičkim predmetima, prije svega, ovu temu treba razmatrati iz pozicije osobe kao primaoca informacije. Sposobnost primanja informacija iz okolnog svijeta najvažniji je uvjet ljudskog postojanja. Ljudski osjetilni organi su informacioni kanali ljudskog tijela, koji ostvaruju vezu osobe sa vanjskim okruženjem. Na osnovu toga informacije se dijele na vizualne, slušne, olfaktorne, taktilne i okusne. Obrazloženje činjenice da ukus, miris i dodir prenose informaciju osobi je sljedeće: pamtimo mirise poznatih predmeta, okus poznate hrane, poznate predmete prepoznajemo dodirom. A sadržaj naše memorije su pohranjene informacije.

Učenicima treba reći da je u životinjskom svijetu informaciona uloga osjetila drugačija od ljudske. Osjetilo mirisa obavlja važnu informativnu funkciju za životinje. Pojačani njuh službenih pasa koriste se od strane organa za provođenje zakona za traženje kriminalaca, otkrivanje droge itd. Vizuelna i zvučna percepcija životinja razlikuje se od percepcije ljudi. Na primjer, poznato je da slepi miševi čuju ultrazvuk, a poznato je da mačke vide u mraku (iz ljudske perspektive).

U okviru ove teme studenti bi trebali biti sposobni da vode konkretnim primjerima proces prenosa informacija, da bi se za ove primere odredio izvor, primalac informacija, korišćeni kanali za prenos informacija.

Prilikom izučavanja informatike u srednjoj školi učenike treba upoznati sa osnovnim odredbama tehničke teorije komunikacije: pojmovima kodiranja, dekodiranja, brzine prenosa informacija, kapaciteta kanala, buke, zaštite od buke. Ova pitanja se mogu razmatrati u okviru teme “ Tehnička sredstva računarske mreže”.