| 8. razred | Planiranje nastave za šk. god | Rad u lokalnoj mreži računalne klase u načinu dijeljenja datoteka

Lekcija 2
Rad u lokalnoj mreži računalne klase u načinu dijeljenja datoteka

Prijenos informacija tehničkim komunikacijskim kanalima

Prijenos informacija tehničkim komunikacijskim kanalima

Shannonova shema

Američki znanstvenik, jedan od utemeljitelja teorije informacija, Claude Shannon predložio je dijagram procesa prijenosa informacija kroz tehničke komunikacijske kanale (slika 1.3).

Riža. 1.3. Dijagram sustava za prijenos tehničkih informacija

Djelovanje takve sheme može se objasniti korištenjem poznatog procesa telefonskog razgovora. Izvor informacija- osoba koja govori. Koder- mikrofon telefonske slušalice, uz pomoć kojeg se zvučni valovi (govor) pretvaraju u električne signale. Veza - telefonska mreža(žice, sklopke telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Dekoder- telefonska slušalica (slušalica) osobe koja sluša - prijemnik informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

Ovdje se informacije prenose u obliku neprekidnog električnog signala. Ovaj analogna komunikacija.

Kodiranje i dekodiranje informacija

Pod, ispod kodiranje odnosi se na bilo koju transformaciju informacije koja dolazi iz izvora u oblik prikladan za njezin prijenos komunikacijskim kanalom.

U osvit radijske ere korišten je abecedni kod Morseova. Tekst je pretvoren u niz točaka i crtica (kratki i dugi signali) i emitiran. Osoba koja je primila takav prijenos na uho morala je moći dekodirati kod natrag u tekst. Još ranije se Morseova azbuka koristila u telegrafskim komunikacijama. Prijenos informacija pomoću Morseove abecede primjer je diskretne komunikacije.

Trenutno se široko koriste digitalne komunikacije, kada se prenesena informacija kodira u binarnom obliku (0 i 1 su binarne znamenke), a zatim se dekodira u tekst, sliku, zvuk. Digitalna komunikacija očito je također diskretna.

Buka i zaštita od buke. Shannonova teorija kodiranja

Informacije putem komunikacijskih kanala prenose se pomoću signala različite fizičke prirode: električni, elektromagnetski, svjetlosni, akustični. Informacijski sadržaj signala leži u vrijednosti ili promjeni vrijednosti njegove fizičke veličine (jačina struje, svjetlina itd.). Pojam "buka" odnosi se na različite vrste smetnji koje iskrivljuju odaslani signal i dovode do gubitka informacija. Takve smetnje prvenstveno nastaju iz tehničkih razloga: loše kvalitete komunikacijskih linija, nesigurnosti različitih tokova informacija koji se međusobno prenose preko istih kanala. Često u telefonskom razgovoru čujemo buku, pucketanje koje otežava razumijevanje sugovornika ili se naš razgovor nadređuje razgovoru drugih ljudi. U takvim slučajevima potrebna je zaštita od buke.

Prije svega primjenjuju se tehničke metode zaštita komunikacijskih kanala od izloženosti buci. Takve metode mogu biti vrlo različite, ponekad jednostavne, ponekad vrlo složene. Na primjer, korištenje oklopljenog kabela umjesto gole žice; korištenje raznih vrsta filtara koji odvajaju korisni signal od šuma itd.

K. Shannon je razvio posebnu teoriju kodiranja, dajući metode za borbu protiv buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacijske linije mora biti suvišan. Zbog toga se gubitak dijela informacija tijekom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako slabo čujete dok razgovarate telefonom, tada ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sugovornik ispravno razumjeti.

Međutim, ne možete učiniti zalihost prevelik. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Shannonova teorija kodiranja omogućuje nam da dobijemo kod koji će biti optimalan. U tom će slučaju redundancija prenesenih informacija biti najmanja moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

U modernim digitalnim komunikacijskim sustavima, sljedeća tehnika se često koristi za borbu protiv gubitka informacija tijekom prijenosa. Cijela poruka je podijeljena na dijelove - pakete. Za svaki paket izračunava se kontrolni zbroj (zbroj binarnih znamenki) i prenosi zajedno s paketom. Na mjestu primanja ponovno se izračunava kontrolni zbroj primljenog paketa, a ako se ne poklapa s izvornim, tada se prijenos ovog paketa ponavlja. To se događa dok se izvorni i odredišni kontrolni zbrojevi ne podudaraju.

Ukratko o glavnom

Svaki tehnički sustav prijenosa informacija sastoji se od izvora, prijamnika, uređaja za kodiranje i dekodiranje i komunikacijskog kanala.

Pod, ispod kodiranje odnosi se na transformaciju informacije koja dolazi iz izvora u oblik prikladan za njezin prijenos komunikacijskim kanalom. Dekodiranje je inverzna transformacija.

Buka- Ovo je smetnja koja dovodi do gubitka informacija.

Razvijena je teorija kodiranja metode prezentacija prenesene informacije kako bi se smanjili njezini gubici pod utjecajem šuma.

Pitanja i zadaci

1. Navedite glavne elemente sheme prijenosa informacija koju je predložio K. Shannon.

2. Što je kodiranje i dekodiranje pri prijenosu informacija?

3. Što je buka? Koje su njegove posljedice u prijenosu informacija?

4. Koji su neki načini rješavanja buke?

EC TsOR: 2. dio, zaključak, dodatak 1. poglavlju, § 1.1. TsOR br. 1.

Shema prijenosa informacija. Kanal za prijenos informacija. Brzina prijenosa informacija.

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

Pohrana podataka:

· Nosači informacija.

· Vrste memorije.

· Pohranjivanje informacija.

· Osnovna svojstva pohrane informacija.

Vezano za pohranu informacija sljedeće pojmove: medij za pohranu (memorija), interna memorija, eksterna memorija, pohrana informacija.

Medij za pohranu je fizički medij koji izravno pohranjuje informacije. Ljudsko se pamćenje može nazvati radna memorija. Zapamćeno znanje osoba reproducira trenutno. Možemo nazvati i vlastitu memoriju Unutarnja memorija, budući da je njegov nositelj - mozak - u nama.

Sve druge vrste nositelja informacija mogu se nazvati vanjskim (u odnosu na osobu): drvo, papirus, papir itd. Repozitorij informacija je informacija organizirana na određeni način na vanjskom mediju, namijenjena dugotrajnoj pohrani i trajnoj uporabi (primjerice, arhivi dokumenata, knjižnice, kartoteke). Glavna informacijska jedinica repozitorija je određeni fizički dokument: upitnik, knjiga itd. Organizacija repozitorija znači prisutnost određene strukture, t.j. urednost, klasifikacija pohranjenih dokumenata radi lakšeg rada s njima. Osnovna svojstva pohrane informacija: volumen pohranjenih informacija, pouzdanost pohrane, vrijeme pristupa (tj. vrijeme pretraživanja). potrebne informacije), dostupnost informacijske sigurnosti.

Informacije pohranjene na memorijskim uređajima računala obično se nazivaju podacima. Organizirana pohrana podataka na uređajima vanjska memorija Računala se obično nazivaju bazama podataka i bankama podataka.

Obrada podataka:

· Opći dijagram procesa obrade informacija.

· Izjava zadatka obrade.

· Izvođač obrade.

· Algoritam obrade.

· Tipični zadaci obrade informacija.

Shema obrade informacija:

Početna informacija – izvršitelj obrade – konačna informacija.

U procesu obrade informacija rješava se određeni informacijski problem koji se prvo može postaviti u tradicionalnom obliku: zadaje se određeni skup početnih podataka i potrebno je dobiti neke rezultate. Proces prijelaza od izvornih podataka do rezultata je proces obrade. Objekt ili subjekt koji obavlja obradu naziva se izvršitelj obrade.

Za uspješnu obradu informacija izvršitelj (osoba ili uređaj) mora poznavati algoritam obrade, tj. slijed radnji koje je potrebno izvesti da bi se postigao željeni rezultat.

Postoje dvije vrste obrade informacija. Prva vrsta obrade: obrada povezana s dobivanjem novih informacija, novih sadržaja znanja (rješavanje matematičkih problema, analiza situacije itd.). Druga vrsta obrade: obrada povezana s promjenom oblika, ali ne i sadržajem (primjerice, prijevod teksta s jednog jezika na drugi).

Važna vrsta obrade informacija je kodiranje - transformacija informacija u simbolički oblik prikladan za njihovu pohranu, prijenos i obradu. Kodiranje se aktivno koristi u tehničkim sredstvima za rad s informacijama (telegraf, radio, računala). Druga vrsta obrade informacija je strukturiranje podataka (unošenje određenog reda u informacijsku pohranu, klasifikacija, katalogizacija podataka).

Druga vrsta obrade informacija je traženje u nekoj informacijskoj pohrani potrebnih podataka koji zadovoljavaju određene uvjete pretraživanja (upiti). Algoritam pretraživanja ovisi o načinu na koji su informacije organizirane.

Prijenos informacija:

· Izvor i primatelj informacija.

· Informacijski kanali.

· Uloga osjetila u procesu čovjekove percepcije informacija.

· Struktura tehničkih komunikacijskih sustava.

· Što je kodiranje i dekodiranje.

· Pojam buke; tehnike zaštite od buke.

· Brzina prijenosa informacija i kapacitet kanala.

Shema prijenosa informacija:

Izvor informacije – informacijski kanal – primatelj informacije.

Informacije se prezentiraju i prenose u obliku niza signala i simbola. Od izvora do primatelja poruka se prenosi nekim materijalnim medijem. Ako se u procesu prijenosa koriste tehnička sredstva komunikacije, ona se nazivaju kanalima za prijenos informacija (informacijski kanali). To uključuje telefon, radio, TV. Ljudski osjetilni organi igraju ulogu bioloških informacijskih kanala.

Proces prijenosa informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala odvija se prema sljedećoj shemi (prema Shannonu):

Pojam "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje iskrivljuju emitirani signal i dovode do gubitka informacija. Takve smetnje, prije svega, nastaju iz tehničkih razloga: loše kvalitete komunikacijskih linija, nesigurnosti različitih tokova informacija koji se međusobno prenose preko istih kanala. Koristi se za zaštitu od buke različiti putevi, na primjer, korištenje raznih vrsta filtara koji odvajaju korisni signal od šuma.

Claude Shannon razvio je posebnu teoriju kodiranja koja pruža metode za rješavanje problema šuma. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacijske linije mora biti suvišan. Zbog toga se gubitak dijela informacija tijekom prijenosa može nadoknaditi. Međutim, redundancija ne smije biti prevelika. To će dovesti do kašnjenja i povećanih troškova komunikacije.

Kada raspravljate o temi mjerenja brzine prijenosa informacija, možete koristiti tehniku ​​analogije. Analog je proces pumpanja vode kroz vodovodne cijevi. Ovdje su kanal za prijenos vode cijevi. Intenzitet (brzina) ovog procesa karakterizira potrošnja vode, tj. broj pumpanih litara u jedinici vremena. U procesu prijenosa informacija kanali su tehničke komunikacijske linije. Po analogiji s opskrbom vodom, možemo govoriti o protoku informacija koji se prenosi kanalima. Brzina prijenosa informacija je količina informacija prenesene poruke u jedinici vremena. Dakle, jedinice za mjerenje brzine protoka informacija: bit/s, bajt/s itd. kanal prijenosa informacijskog procesa.

Drugi koncept - kapacitet informacijskih kanala - također se može objasniti pomoću "vodovodne" analogije. Protok vode kroz cijevi možete povećati povećanjem tlaka. Ali ovaj put nije beskrajan. Ako je tlak previsok, cijev može puknuti. Dakle, maksimalni protok vode, koji se može nazvati propusnost vodoopskrbnog sustava. Komunikacijske linije tehničkih informacija također imaju slično ograničenje brzine prijenosa podataka. Razlozi za to su i fizički.

1. Podjela i karakteristike komunikacijskih kanala
Veza je skup sredstava namijenjenih prijenosu signala (poruka).
Za analizu informacijskih procesa u komunikacijskom kanalu, možete koristiti njegov generalizirani dijagram prikazan na Sl. 1.

AI

PM

P

PI

P

Na sl. 1. usvajaju se sljedeće oznake: X, Y, Z, W– signali, poruke ; f– smetnje; PM- komunikacijska linija; AI, PI– izvor i primatelj informacija; P– pretvarači (kodiranje, modulacija, dekodiranje, demodulacija).
Postoje različite vrste kanala koji se mogu klasificirati prema različitim kriterijima:
1. Prema vrsti komunikacijskih linija: ožičen; kabel; svjetlovodni;
električni vodovi; radio kanali itd.
2. Po prirodi signala: stalan; diskretna; diskretno-kontinuirani (signali na ulazu sustava su diskretni, a na izlazu kontinuirani, i obrnuto).
3. Što se tiče otpornosti na buku: kanali bez smetnji; sa smetnjama.
Komunikacijske kanale karakterizira:
1. Kapacitet kanala definira se kao umnožak vremena korištenja kanala T do,širina frekvencijskog spektra koji kanal prenosi F do i dinamički raspon D do. , koji karakterizira sposobnost kanala da prenosi različite razine signala

V k = T k F k D k.(1)
Uvjet za podudaranje signala s 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 informacija prenesenih u jedinici vremena.
3.
4. Redundancija – osigurava pouzdanost prenesenih informacija ( R= 0¸1).
Jedna od zadaća teorije informacija jest utvrditi ovisnost brzine prijenosa informacija i kapaciteta komunikacijskog kanala o parametrima kanala te karakteristikama signala i smetnji.
Komunikacijski kanal se slikovito može usporediti s cestama. Uske ceste – mali kapacitet, ali jeftino. Široke ceste pružaju dobar prometni kapacitet, ali su skupe. Širina pojasa određena je uskim grlom.
Brzina prijenosa podataka uvelike ovisi o prijenosnom mediju u komunikacijskim kanalima koji koriste različite vrste komunikacijskih linija.
Žičano:
1. Ožičeno– upletena parica (koja djelomično potiskuje elektromagnetsko zračenje iz drugih izvora). Brzina prijenosa do 1 Mbit/s. Koristi se u telefonskim mrežama i za prijenos podataka.
2. Koaksijalni kabel. Brzina prijenosa 10–100 Mbit/s – koristi se u lokalne mreže, kabelska televizija itd.
3. Svjetlovodni. Brzina prijenosa 1 Gbit/s.
U okruženjima 1–3, prigušenje u dB ovisi linearno o udaljenosti, tj. snaga pada eksponencijalno. Stoga je potrebno na određenoj udaljenosti postaviti regeneratore (pojačala).
Radio linije:
1. Radio kanal. Brzina prijenosa 100–400 Kbps. Koristi radio frekvencije do 1000 MHz. Do 30 MHz, zbog refleksije od ionosfere, elektromagnetski valovi mogu se širiti izvan vidnog polja. Ali ovaj raspon je vrlo bučan (na primjer, amaterske radio komunikacije). Od 30 do 1000 MHz – ionosfera je prozirna i potrebna je izravna vidljivost. Antene se postavljaju na visinu (ponekad se postavljaju regeneratori). Koristi se na radiju i televiziji.
2. Mikrovalne linije. Brzine prijenosa do 1 Gbit/s. Koriste se radiofrekvencije iznad 1000 MHz. To zahtijeva izravnu vidljivost i visoko usmjerene parabolične antene. Udaljenost između regeneratora je 10-200 km. Koristi se za telefonske komunikacije, televiziju i prijenos podataka.
3. Satelitska veza. Koriste se mikrovalne frekvencije, a satelit služi kao regenerator (za mnoge postaje). Karakteristike su iste kao kod mikrovalnih vodova.
2. Propusnost diskretnog komunikacijskog kanala
Diskretni kanal je skup sredstava dizajniranih za prijenos diskretnih signala.
Kapacitet komunikacijskog kanala – najveća teoretski ostvariva brzina prijenosa informacija, pod uvjetom da pogreška ne prelazi zadanu vrijednost. Brzina prijenosa informacija – prosječna količina informacija prenesenih u jedinici vremena. Definirajmo izraze za izračunavanje brzine prijenosa informacija i propusnosti diskretnog komunikacijskog kanala.
Prilikom prijenosa svakog simbola kroz komunikacijski kanal prolazi prosječna količina informacija određena formulom
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2)
Gdje: I (Y, X) – međusobna informiranost, tj. količina informacija sadržana u Y relativno x;H(X)– entropija izvora poruke; H(X/Y)– uvjetna entropija, koja određuje gubitak informacija po simbolu povezan s prisutnošću smetnji i izobličenja.
Prilikom slanja poruke X T trajanje T, koja se sastoji od n elementarnih simbola, prosječna količina prenesene informacije, uzimajući u obzir simetriju međusobne količine informacija, jednaka 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, načinu kodiranja i svojstvima kanala.
Propusnost diskretnog komunikacijskog kanala
. (5)
Maksimalna moguća vrijednost, tj. maksimum funkcionala traži se preko cijelog skupa funkcija distribucije vjerojatnosti p (x).
Širina pojasa ovisi o tehničke karakteristike kanala (brzina opreme, vrsta modulacije, razina smetnji i izobličenja, itd.). Jedinice kapaciteta kanala su: , , , .
2.1 Diskretni komunikacijski kanal bez smetnji
Ako u komunikacijskom kanalu nema smetnji, tada su ulazni i izlazni signali kanala povezani jednoznačnim, funkcionalnim odnosom.
U ovom slučaju uvjetna entropija jednaka je nuli, a bezuvjetne entropije izvora i primatelja jednake su, tj. prosječna količina informacija u primljenom simbolu u odnosu na odaslani 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 komunikacijski kanal bez smetnji jednaka
(6)
Gdje V = 1/– prosječna brzina prijenosa jednog simbola.
Propusnost za diskretni komunikacijski kanal bez smetnji
(7)
Jer maksimalna entropija odgovara jednako vjerojatnim simbolima, tada je protok za jednoliku distribuciju i statističku neovisnost prenesenih simbola jednak:
. (8)
Shannonov prvi teorem za kanal: Ako je protok informacija koji generira izvor dovoljno blizu kapaciteta komunikacijskog kanala, tj.
, gdje je proizvoljno mala vrijednost,
tada uvijek možete pronaći metodu kodiranja koja će osigurati prijenos svih izvornih poruka, a brzina prijenosa informacija bit će vrlo blizu kapaciteta kanala.
Teorem ne odgovara na pitanje kako izvršiti kodiranje.
Primjer 1. Izvor proizvodi 3 poruke s vjerojatnostima:
p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 i p 3 = 0,7.
Poruke su neovisne i prenose se u jedinstvenom binarnom kodu ( m = 2) s trajanjem simbola od 1 ms. Odrediti brzinu prijenosa informacija putem komunikacijskog kanala bez smetnji.
Riješenje: Entropija izvora jednaka je

[komadići].
Za prijenos 3 poruke s jedinstvenim kodom potrebne su dvije znamenke, a trajanje kodne kombinacije je 2t.
Prosječna brzina signala
V =1/2 t = 500 .
Brzina prijenosa informacija
C = vH = 500×1,16 = 580 [bit/s].
2.2 Diskretni komunikacijski kanal sa smetnjama
Razmotrit ćemo diskretne komunikacijske kanale bez memorije.
Kanal bez memorije je kanal u kojem je svaki simbol odaslanog signala pod utjecajem smetnji, bez obzira na to koji su signali bili prethodno odaslani. To jest, interferencija ne stvara dodatne korelativne veze između simbola. Naziv "bez memorije" znači da se čini da se tijekom sljedećeg prijenosa kanal ne sjeća rezultata prethodnih prijenosa.
U prisutnosti smetnji, prosječna količina informacija u simbolu primljene poruke – Y, u odnosu na preneseno – x jednako:
.
Za simbol poruke X T trajanje T, koja se sastoji od n elementarni simboli prosječna količina informacija u primljenoj simbolskoj poruci – Y T u odnosu na ono što je preneseno – 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 s šumom određuje se formulom

=2322 bps.
Dokažimo da informacijski kapacitet kontinuiranog kanala bez memorije s aditivnim Gaussovim šumom, podložan ograničenju vršne snage, više nije informacijski kapacitet isti kanal s istim ograničenjem prosječne snage.
Očekivanje simetrične uniformne distribucije

Srednji kvadrat za simetričnu uniformnu distribuciju

Disperzija za simetričnu uniformnu distribuciju

U isto vrijeme, za jednoliko raspodijeljeni proces.
Diferencijalna entropija signala s ravnomjernom raspodjelom
.
Razlika između diferencijalnih entropija normalnog i jednoliko raspodijeljenog procesa ne ovisi o veličini disperzije
= 0,3 bita/broj
Dakle, propusnost i kapacitet komunikacijskog kanala za proces s normalnom distribucijom veći je nego za jednoliku.
Odredimo kapacitet (volumen) komunikacijskog kanala
V k = T k C k = 10×60×2322 = 1,3932 Mbit.
Odredimo količinu informacija koja se može prenijeti u 10 minuta rada kanala
10× 60× 2322=1,3932 Mbit.
Zadaci

Koristeći internetske resurse pronađite odgovore na pitanja:

Vježba 1

1. Kakav je proces prijenosa informacija?

Prijenos informacija- fizički proces kojim se prenosi informacija u svemiru. Podatke smo snimili na disk i premjestili u drugu prostoriju. Ovaj proces karakterizira prisutnost sljedećih komponenti:

2. Opća shema prijenosa informacija

3. Nabrojite komunikacijske kanale koje poznajete

Veza(Engleski) kanal, podatkovna linija) - sustav tehničkih sredstava i okruženje za širenje signala za prijenos poruka (ne samo podataka) od izvora do primatelja (i obrnuto). Komunikacijski kanal, shvaćen u užem smislu ( komunikacijski put), predstavlja samo fizički medij za širenje signala, na primjer, fizičku komunikacijsku liniju.

Ovisno o vrsti distribucijskog medija, komunikacijski kanali se dijele na:

4. Što su telekomunikacije, a što računalne telekomunikacije?

Telekomunikacija(grč. tele - u daljinu, daleko i lat. communicatio - komunikacija) je prijenos i primanje bilo koje informacije (zvuk, slika, podatak, tekst) na daljinu putem različitih elektromagnetskih sustava (kabelski i optički kanali, radio kanali). i druge žičane i bežični kanali komunikacije).

Telekomunikacijska mreža je sustav tehničkih sredstava kojima se ostvaruju telekomunikacije.

Telekomunikacijske mreže uključuju:
1. Računalne mreže (za prijenos podataka)
2. Telefonske mreže (prijenos govornih informacija)
3. Radijske mreže (prijenos glasovnih informacija - usluge emitiranja)
4. Televizijske mreže (prijenos glasa i slike - usluge emitiranja)

Računalne telekomunikacije su telekomunikacije čiji su terminalni uređaji računala.

Prijenos informacija s računala na računalo naziva se sinkrona komunikacija, a preko posredničkog računala, koje omogućuje akumulaciju poruka i prijenos na osobnih računala prema zahtjevu korisnika – asinkroni.

Računalne telekomunikacije počinju se uvoditi u obrazovanje. U visokom obrazovanju koriste se za koordinaciju znanstvenih istraživanja, brzu razmjenu informacija između sudionika projekta, učenje na daljinu i konzultacije. U sustavu školskog obrazovanja - povećati učinkovitost samostalnih aktivnosti učenika vezanih uz različite vrste kreativnog rada, uključujući obrazovne aktivnosti, temeljene na širokoj uporabi istraživačkih metoda, slobodnom pristupu bazama podataka i razmjeni informacija s partnerima unutar zemlji i inozemstvu.

5. Kolika je propusnost kanala za prijenos informacija?
Širina pojasa- metrička karakteristika koja pokazuje omjer maksimalnog broja prolaznih jedinica (informacija, objekata, volumena) po jedinici vremena kroz kanal, sustav, čvor.
U informatici se definicija propusnosti obično primjenjuje na komunikacijski kanal i definira se najveći broj prenesene/primljene informacije u jedinici vremena.
Propusnost je jedan od najvažnijih čimbenika sa stajališta korisnika. Procjenjuje se količinom podataka koju mreža može, u limitu, prenijeti u jedinici vremena s jednog na nju spojenog uređaja na drugi.

Brzina prijenosa informacija uvelike ovisi o brzini njezina stvaranja (performanse izvora), metodama kodiranja i dekodiranja. Najveća moguća brzina prijenosa informacija u određenom kanalu naziva se njegovom propusnošću. Kapacitet kanala, po definiciji, je brzina prijenosa informacija pri korištenju “najboljeg” (optimalnog) izvora, kodera i dekodera za određeni kanal, pa karakterizira samo kanal.

>>Informatika: Informatika 9.r. Dodatak 1. poglavlju

Dodatak 1. poglavlju

1.1. Prijenos informacija tehničkim komunikacijskim kanalima

Glavne teme paragrafa:

♦ Shema K. Shannona;
♦ kodiranje i dekodiranje informacija;
♦ buka i zaštita od buke. Teorija kodiranja K. Shannona.

Shema K. Shannona

Američki znanstvenik, jedan od utemeljitelja teorije informacija, Claude Shannon, predložio je dijagram procesa prijenos informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala, prikazanih na sl. 1.3.

Djelovanje takve sheme može se objasniti korištenjem poznatog procesa telefonskog razgovora. Izvor informacija je osoba koja govori. Uređaj za kodiranje je mikrofon telefonske slušalice, uz pomoć kojeg se zvučni valovi (govor) pretvaraju u električne signale. Komunikacijski kanal je telefonska mreža (žice, sklopke telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Uređaj za dekodiranje je slušalica (slušalica) osobe koja sluša - primatelja informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

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

Kodiranje i dekodiranje informacija

Kodiranje se odnosi na bilo koju transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik pogodan za prijenos preko komunikacijskog kanala.

U osvit radijske ere korišten je Morseov kod. Tekst je pretvoren u niz točaka i crtica (kratki i dugi signali) i emitiran. Osoba koja je primila takav prijenos na uho morala je moći dekodirati kod natrag u tekst. Još ranije se Morseova azbuka koristila u telegrafskim komunikacijama. Prijenos informacija pomoću Morseove abecede primjer je diskretne komunikacije.

Trenutno se digitalne komunikacije široko koriste kada se prenose informacija kodiran u binarni oblik (0 i 1 su binarne znamenke) i zatim dekodiran u tekst, sliku, zvuk. Digitalna komunikacija očito je također diskretna.

Buka i zaštita od buke. Teorija kodiranja K. Shannona

Pojam "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje iskrivljuju emitirani signal i dovode do gubitka informacija. Takve smetnje prvenstveno nastaju iz tehničkih razloga: loše kvalitete komunikacijskih linija, nesigurnosti različitih tokova informacija koji se međusobno prenose preko istih kanala. Često u telefonskom razgovoru čujemo buku, pucketanje koje otežava razumijevanje sugovornika ili se naš razgovor nadređuje razgovoru drugih ljudi. U takvim slučajevima potrebna je zaštita od buke.

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

Claude Shannon razvio je posebnu teoriju kodiranja koja pruža metode za rješavanje problema šuma. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi preko komunikacijske linije mora biti suvišan. Zbog toga se gubitak dijela informacija tijekom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako slabo čujete dok razgovarate telefonom, tada ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sugovornik ispravno razumjeti.

Međutim, redundancija ne smije biti prevelika. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Teorija kodiranja K. Shannona omogućuje nam da dobijemo kod koji će biti optimalan. U tom će slučaju redundancija prenesenih informacija biti najmanja moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

U modernim digitalnim komunikacijskim sustavima, sljedeća tehnika se često koristi za borbu protiv gubitka informacija tijekom prijenosa. Cijela poruka je podijeljena na dijelove - pakete. Za svaki paket izračunava se kontrola iznos(zbroj binarnih znamenki), koji se prenosi zajedno s ovim paketom. Na mjestu primanja ponovno se izračunava kontrolni zbroj primljenog paketa, a ako se ne poklapa s izvornim, tada se prijenos ovog paketa ponavlja. To se događa dok se izvorni i odredišni kontrolni zbrojevi ne podudaraju.

Ukratko o glavnom

Svaki tehnički sustav prijenosa informacija sastoji se od izvora, prijamnika, uređaja za kodiranje i dekodiranje i komunikacijskog kanala.

Kodiranje se odnosi na transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik prikladan za prijenos preko komunikacijskog kanala. Dekodiranje je inverzna transformacija.

Šum je smetnja koja dovodi do gubitka informacija.

U teoriji kodiranja razvijene su metode za predstavljanje prenesene informacije kako bi se smanjili njezini gubici pod utjecajem šuma.

Pitanja i zadaci

1. Navedite glavne elemente sheme prijenosa informacija koju je predložio K. Shannon.
2. Što je kodiranje i dekodiranje pri prijenosu informacija?
3. Što je buka? Koje su njegove posljedice u prijenosu informacija?
4. Koje metode postoje za borbu protiv buke?

1.2. Arhiviranje i raspakiranje datoteka

Glavne teme paragrafa:

♦ problem kompresije podataka;
♦ algoritam kompresije korištenjem koda promjenjive duljine;
♦ algoritam kompresije korištenjem faktora ponavljanja;
♦ programi za arhiviranje.

Problem kompresije podataka

Već znate da uz pomoć globalnog interneta korisnik dobiva pristup ogromnim informacijskim resursima. Na internetu možete pronaći rijetku knjigu, esej o gotovo bilo kojoj temi, fotografije i glazbu, računalna igra i mnogo više. Prijenos ovih podataka preko mreže može uzrokovati probleme zbog njihove velike količine. Kapacitet komunikacijskih kanala još uvijek je prilično ograničen. Stoga vrijeme prijenosa može biti predugo, a to je povezano s dodatnim financijskim troškovima. Osim toga, možda neće biti dovoljno slobodnog prostora na disku za velike datoteke.

Rješenje problema je kompresija podataka, koja smanjuje količinu podataka, a istovremeno čuva sadržaj kodiran u njima. Programi koji izvode takvo sažimanje nazivaju se arhivari. Sredinom osamdesetih godina 20. stoljeća pojavili su se prvi arhivari. Glavna svrha njihove upotrebe bila je ušteda prostora na diskovima, čiji je volumen informacija u to vrijeme bio znatno manji od volumena modernih diskova.

Sažimanje podataka (arhiviranje datoteka) događa se pomoću posebnih algoritama. Ovi algoritmi najčešće koriste dvije bitno različite ideje.

Algoritam kompresije koji koristi kod promjenjive duljine

Prva ideja: korištenje koda promjenjive duljine. Podaci koji se komprimiraju posebno su podijeljeni na dijelove (lance znakova, "riječi"). Imajte na umu da "riječ" može biti i zasebni znak (ASCII kod). Za svaku “riječ” nalazi se učestalost pojavljivanja: omjer broja ponavljanja dane “riječi” prema ukupnom broju “riječi” u nizu podataka. Ideja algoritma za kompresiju informacija je kodiranje "riječi" koje se najčešće pojavljuju kodovima kraćih duljina od "riječi" koje se rijetko pojavljuju. Ovo može značajno smanjiti veličinu datoteke.

Ovaj pristup poznat je već duže vrijeme. Koristi se u Morseovoj abecedi, gdje su znakovi kodirani u različitim nizovima točaka i crtica, pri čemu znakovi koji se češće pojavljuju imaju kraće kodove. Na primjer, često korišteno slovo "A" kodirano je na sljedeći način: -. A rijetko slovo "F" kodirano je: -. Za razliku od kodova iste duljine, u ovom slučaju postoji problem međusobnog odvajanja slovnih kodova. U Morseovoj abecedi, ovaj problem je riješen uz pomoć "pauze" (razmak), što je, zapravo, treći znak Morseove abecede, odnosno Morseova abeceda nije dvo-, već troznakovna.

Informacije u memoriji računala pohranjuju se pomoću abecede od dva znaka. Ne postoji poseban znak za razdvajanje. A ipak smo uspjeli smisliti način komprimiranja podataka s promjenjivom duljinom koda "riječi" koji ne zahtijeva znak za razdvajanje. Taj se algoritam naziva D. Huffmanov algoritam (prvi put objavljen 1952.). Svi univerzalni arhivari rade koristeći algoritme slične Huffmanovu algoritmu.

Algoritam kompresije koji koristi faktor ponavljanja

Druga ideja: koristite faktor ponavljanja. Značenje algoritma temeljenog na ovoj ideji je sljedeće: ako se u komprimiranom nizu podataka naiđe na lanac ponavljajućih grupa znakova, tada se on zamjenjuje parom: broj (koeficijent) ponavljanja - grupa znakova. U ovom slučaju, za duge lance koji se ponavljaju, dobitak memorije tijekom kompresije može biti vrlo velik. Ova je metoda najučinkovitija pri pakiranju grafičkih informacija.

Arhivski programi

Programi za arhiviranje stvaraju arhivske datoteke (arhive). Arhiva je datoteka u kojoj je jedna ili više datoteka pohranjena u komprimiranom obliku. Da biste koristili arhivirane datoteke, morate ih ukloniti iz arhive - raspakirajte ih. svi programa-arhivatori obično pružaju sljedeće značajke:

Dodavanje datoteka u arhivu;
izvlačenje datoteka iz arhive;
brisanje datoteka iz arhive;
pregled sadržaja arhive.

Trenutno su najpopularniji programi za arhiviranje WinRar i WinZip. WinRar ima naprednije značajke u usporedbi s WinZipom. Konkretno, omogućuje stvaranje arhive s više volumena (ovo je zgodno ako se arhiva treba kopirati na disketu, a njezina veličina prelazi 1,44 MB), kao i mogućnost stvaranja arhive koja se sama raspakuje ( u ovom slučaju nije potreban sam arhivator za izvlačenje podataka iz arhive) .

Navedimo primjer prednosti korištenja arhivara pri prijenosu podataka preko mreže. Veličina tekstualni dokument, koji sadrži odlomak koji upravo čitate - 31 KB. Ako se ovaj dokument arhivira pomoću programa WinRar, veličina arhivske datoteke bit će samo 6 KB. Kako kažu, prednosti su očite.

Korištenje programa za arhiviranje vrlo je jednostavno. Za izradu arhive potrebno je najprije odabrati datoteke koje treba uključiti u nju, zatim postaviti potrebne parametre (način arhiviranja, format arhive, veličinu volumena ako je arhiva viševolumenska), te na kraju izdati naredbu CREATE ARCHIVE. Obrnuta radnja događa se na sličan način - izvlačenje datoteka iz arhive (raspakiranje arhive). Najprije je potrebno odabrati datoteke koje želite izvući iz arhive, zatim odrediti gdje te datoteke treba smjestiti i na kraju izdati naredbu EXTRACT FILES FROM ARCHIVE. Više o radu programa za arhiviranje naučit ćete na praktičnoj nastavi.

Ukratko o glavnom

Informacije se komprimiraju pomoću posebnih programa za arhiviranje.

Dvije najčešće metode koje se koriste u algoritmima kompresije su korištenje koda promjenjive duljine i korištenje faktora ponavljanja grupe znakova.

Pitanja i zadaci

1. Koja je razlika između kodova konstantne i promjenjive duljine?
2. Koje mogućnosti imaju programi za arhiviranje?
3. Koji je razlog široka primjena programi za arhiviranje?
4. Poznajete li druge programe za arhiviranje osim onih navedenih u ovom paragrafu?

I. Semakin, L. Zalogova, S. Rusakov, L. Šestakova, Informatika, 9. razred
Dostavili čitatelji s internetskih stranica

Otvoreni sat informatike, školski plan, informatički sažeci, sve za učenike za domaću zadaću, download informatika 9. razred

Sadržaj lekcije bilješke lekcije prateći okvir lekcija prezentacija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slike, grafike, tablice, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za znatiželjne jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje ulomka u udžbeniku, elementi inovacije u nastavi, zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu metodološke preporuke programa rasprave Integrirane lekcije

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,

Prijenos informacija odvija se od izvora do primatelja (primatelja) informacija. Izvor informacija može biti bilo što: bilo koji predmet ili pojava žive ili nežive prirode. Proces prijenosa informacija odvija se u određenom materijalnom okruženju koje razdvaja izvor i primatelja informacija, tzv. kanal prijenos informacija. Informacije se prenose kanalom u obliku određenog niza signala, simbola, znakova, koji se nazivaju poruka. Primatelj informacija je objekt koji prima poruku, što rezultira određenim promjenama u njegovom stanju. Sve gore navedeno shematski je prikazano na slici.

Prijenos informacija

Čovjek putem osjetila prima informacije iz svega što ga okružuje: sluha, vida, njuha, dodira, okusa. Čovjek najviše informacija prima putem sluha i vida. Uhom se percipiraju zvučne poruke - akustični signali u kontinuiranom mediju (najčešće u zraku). Vizija opaža svjetlosne signale koji prenose slike predmeta.

Nije svaka poruka informativna za osobu. Na primjer, poruka na nepoznatom jeziku, iako prenesena osobi, ne sadrži informacije za nju i ne može uzrokovati odgovarajuće promjene u njezinu stanju.

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

Sustavi za prijenos tehničkih informacija

Prvo tehničko sredstvo prijenosa informacija na daljinu bio je telegraf koji je 1837. izumio Amerikanac Samuel Morse. 1876. Amerikanac A. Bell izumljuje telefon. Na temelju otkrića elektromagnetskih valova njemačkog fizičara Heinricha Hertza (1886.), A.S. Popov u Rusiji 1895. i gotovo istodobno s njim 1896. G. Marconi u Italiji izumio je radio. Televizija i internet pojavili su se u dvadesetom stoljeću.

Sve navedene tehničke metode informacijske komunikacije temelje se na prijenosu fizičkog (električnog ili elektromagnetskog) signala na daljinu i podliježu određenim općim zakonitostima. Proučavanje ovih zakona se provodi teorija komunikacije, koji je nastao 1920-ih. Matematički aparat teorije komunikacije - matematička teorija komunikacije, koji je razvio američki znanstvenik Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916–2001), SAD

Claude Shannon predložio je model procesa prijenosa informacija putem tehničkih komunikacijskih kanala, prikazan dijagramom.

Sustav za prijenos tehničkih informacija

Kodiranje se ovdje odnosi na bilo koju transformaciju informacija koje dolaze iz izvora u oblik prikladan za njihov prijenos preko komunikacijskog kanala. Dekodiranje - pretvorba slijeda obrnutog signala.

Djelovanje takve sheme može se objasniti korištenjem poznatog procesa telefonskog razgovora. Izvor informacija je osoba koja govori. Uređaj za kodiranje je mikrofon telefonske slušalice, uz pomoć kojeg se zvučni valovi (govor) pretvaraju u električne signale. Komunikacijski kanal je telefonska mreža (žice, sklopke telefonskih čvorova kroz koje prolazi signal). Uređaj za dekodiranje je slušalica (slušalica) osobe koja sluša - primatelja informacija. Ovdje se dolazni električni signal pretvara u zvuk.

Moderno računalni sustavi prijenos informacija – računalne mreže rade na istom principu. Postoji postupak kodiranja koji pretvara binarni računalni kod u fizički signal vrsta koja se prenosi preko komunikacijskog kanala. Dekodiranje uključuje pretvaranje poslanog signala natrag u računalni kod. Na primjer, kada koristite telefonske linije u računalne mreže Funkcije kodiranja-dekodiranja obavlja uređaj koji se naziva modem.

Kapacitet kanala i brzina prijenosa informacija

Programeri tehničkih sustava za prijenos informacija moraju riješiti dva međusobno povezana problema: kako osigurati najveća brzina prijenos informacija i kako smanjiti gubitak informacija tijekom prijenosa. Claude Shannon bio je prvi znanstvenik koji se uhvatio u koštac s ovim problemima i stvorio novu znanost za to vrijeme - teorija informacija.

K. Shannon je odredio metodu za mjerenje količine informacija prenesenih komunikacijskim kanalima. Predstavili su koncept kapacitet kanala,kao najveća moguća brzina prijenosa informacija. Ova brzina se mjeri u bitovima po sekundi (također i kilobitima po sekundi, megabitima po sekundi).

Kapacitet komunikacijskog kanala ovisi o njegovoj tehnička izvedba. Na primjer, računalne mreže koriste sljedeća sredstva komunikacije:

telefonske linije,

Priključak električnog kabla,

Komunikacija optičkim kabelom,

Radio komunikacija.

Kapacitet telefonskih linija je desetke, stotine Kbps; Kapacitet svjetlovodnih vodova i radiokomunikacijskih vodova mjeri se desecima i stotinama Mbit/s.

Buka, zaštita od buke

Pojam "šum" odnosi se na različite vrste smetnji koje iskrivljuju emitirani signal i dovode do gubitka informacija. Takve smetnje prvenstveno nastaju iz tehničkih razloga: loše kvalitete komunikacijskih linija, nesigurnosti različitih tokova informacija koji se međusobno prenose preko istih kanala. Ponekad u telefonskom razgovoru čujemo buku, pucketanje koje otežava razumijevanje sugovornika ili se na naš razgovor nadovezuje razgovor sasvim drugih ljudi.

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

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

razvio je Claude Shannon teorija kodiranja, dajući metode za borbu protiv buke. Jedna od važnih ideja ove teorije je da kod koji se prenosi komunikacijskom linijom mora biti blagoglagoljiv. Zbog toga se gubitak dijela informacija tijekom prijenosa može nadoknaditi. Na primjer, ako slabo čujete dok razgovarate telefonom, tada ponavljanjem svake riječi dvaput imate veće šanse da će vas sugovornik ispravno razumjeti.

Međutim, redundancija ne smije biti prevelika. To će dovesti do kašnjenja i većih troškova komunikacije. Teorija kodiranja omogućuje vam da dobijete kod koji je optimalan. U tom će slučaju redundancija prenesenih informacija biti najmanja moguća, a pouzdanost primljenih informacija maksimalna.

U modernim digitalnim komunikacijskim sustavima, sljedeća tehnika se često koristi za borbu protiv gubitka informacija tijekom prijenosa. Cijela poruka podijeljena je na dijelove - paketi. Za svaki paket se izračunava kontrolni zbroj(zbroj binarnih znamenki), koji se prenosi zajedno s ovim paketom. Na mjestu primanja, kontrolni zbroj primljenog paketa se ponovno izračunava i, ako se ne poklapa s izvornim zbrojem, prijenos tog paketa se ponavlja. To će se događati dok se izvorni i odredišni kontrolni zbrojevi ne podudaraju.

Kada se razmatra prijenos informacija u propedeutičkim i osnovnim kolegijima informatike, prije svega o ovoj temi treba govoriti iz pozicije osobe kao primatelja informacija. Sposobnost dobivanja informacija iz okolnog svijeta najvažniji je uvjet ljudskog postojanja. Ljudski osjetilni organi su informacijski kanali ljudskog tijela koji komuniciraju između čovjeka i vanjske okoline. Na temelju ovog kriterija informacije se dijele na vizualne, slušne, olfaktorne, taktilne i okusne. Obrazloženje činjenice da okus, miris i dodir daju informaciju osobi je sljedeće: sjećamo se mirisa poznatih predmeta, okusa poznate hrane, a poznate predmete prepoznajemo dodirom. A sadržaj naše memorije su pohranjene informacije.

Učenicima treba reći da se u životinjskom svijetu informacijska uloga osjetila razlikuje od ljudske. Osjetilo mirisa ima važnu informacijsku funkciju za životinje. Agencije za provođenje zakona koriste pojačani njuh službenih pasa za traženje kriminalaca, otkrivanje droga itd. Vizualna i slušna percepcija životinja razlikuje se od percepcije ljudi. Na primjer, poznato je da šišmiši čuju ultrazvuk, a mačke vide u mraku (s ljudskog gledišta).

U okviru ove teme učenici bi trebali znati dati konkretni primjeri proces prijenosa informacija, odredite za ove primjere izvor, primatelja informacija, korištene kanale prijenosa informacija.

Pri učenju informatike u srednjoj školi učenike treba upoznati s osnovnim principima teorije tehničkih komunikacija: pojmovima kodiranja, dekodiranja, brzine prijenosa informacija, kapaciteta kanala, buke, zaštite od buke. O ovim pitanjima se može raspravljati pod temom " Tehnička sredstva računalne mreže".