1.7 Передача информации
Современные вычислительные средства часто используются в составе вычислительных систем или сетей. В этих случаях необходимо решать вопросы не только эффективного представления информации, но также вопросы передачи информации по каналам связи без искажений. В качестве каналов связи (рис.1.9) могут использоваться: непосредственная связь (НС) пользователя вычислительными средствами, телефонный канал (ТлК), телеграфный канал (ТгК), радиоканал (РК), телевизионный канал (ТвК), другие виды связи.
Вид канала определяет характер и величину помех, которые при этом появляются. Поэтому инженер-проектировщик ЭВМ должен учитывать эти обстоятельства при разработке технических, математических и программных средств.
Рисунок 1.9 – Каналы связи в вычислительных сетях
Рассмотрим некоторые общие вопросы, возникающие при передаче информации.
Передача информации по каналу без помех
Если через канал связи без помех передается последовательность дискретных сообщений длительностью Т, то скорость передачи информации по каналу связи (бит/с)
(1.12)
где I – количество информации, содержащейся в последовательности сообщений.
Предельное значение скорости передачи информации называется пропускной способностью канала связи без помех с = vmax.
Количество информации в сообщениях максимально при равной вероятности состояний. Тогда
(1.12)
Скорость передачи информации в общем случае зависит от статистических свойств сообщений и параметров канала связи.
Пропускная способность – характеристика канала связи, которая не зависит от скорости передачи информации. Количественно пропускная способность канала связи выражается максимальным количеством двоичных единиц информации, которое данный канал связи может передать за одну секунду.
Для наиболее эффективного использования канала связи необходимо, чтобы скорость передачи информации была как можно ближе к пропускной способности канала связи. Если скорость поступления информации на вход канала связи превышает пропускную способность канала, то по каналу будет передана не вся информация. Основное условие согласования источника информации и канала связи
vc. (1.14)
Согласование осуществляется путем соответствующего кодирования сообщений. Доказано, что если скорость информации, вырабатываемой источником сообщений vи , достаточно близка к пропускной способности канала с, т. е. vи = c - , где — сколь угодно малая величина, то всегда можно найти такой способ кодирования, который обеспечит передачу сообщений, вырабатываемых источником, причем скорость передачи информации будет весьма близка к пропускной способности канала.
Верно и обратное утверждение: невозможно обеспечить длительную передачу всех сообщений, если поток информации, вырабатываемый источником, превышает пропускную способность канала.
Если ко входу канала подключен источник сообщений с энтропией, равной пропускной способности канала связи, то считается, что источник согласован с каналом. Если энтропия источника меньше пропускной способности канала, что может быть в случае неравновероятности состояний источника, то источник не согласован с каналом, т. е. канал используется не полностью.
Согласование в статистическом смысле достигается с помощью статистического кодирования. Оно позволяет повысить энтропию передаваемых сообщений до величины, которая получается, если символы новой последовательности равновероятны. При этом число символов в последовательности будет сокращено. В результате источник информации согласуется с каналом связи.