- •552800 И 654600 - Информатика и вычислительная техника
- •Введение
- •Часть 1. Информатика и современное общество
- •1. Информатизация общества и информатика
- •1.1. Информационное общество
- •1.2. Понятие информатики
- •Средства для преобразования информации
- •Часть 2. Информация, ее представление и измерение
- •2. Информация
- •2.1. Понятие и характерные черты информации
- •2.2. Классификация информации
- •2.3. Свойства информации
- •3. Сигнал как материальный носитель информации
- •3.1. Виды сигнала
- •3.2. Преобразования сигнала
- •3.3. Системы счисления
- •3.3.1. Правила перевода чисел из одной системы счисления в другую
- •3.3.1.1. Правила перевода целых чисел
- •3.3.1.2. Правила перевода правильных дробей
- •3.3.1.3. Правило перевода дробных чисел
- •3.3.2. Правила выполнения простейших арифметических действий
- •3.3.2.1. Правила сложения
- •3.3.2.2. Правила вычитания
- •3.3.2.3. Правила умножения
- •3.3.2.4. Правила деления
- •4. Кодирование дискретного сигнала
- •4.1. Кодирование по образцу
- •4.1.1. Прямые коды
- •4.1.2. Ascii-коды
- •4.1.3. Коды, учитывающие частоту информационных элементов
- •4.1.4. Коды Грея
- •4.1.5. Код Штибица
- •4.2. Криптографическое кодирование
- •4.2.1. Метод простой подстановки
- •4.2.2. Метод Вижинера
- •4.3. Эффективное кодирование
- •4.3.1. Метод Шеннона-Фано
- •4.3.2. Метод Хаффмена
- •4.3.3. Повышение эффективности кодирования
- •4.3.4. Декодирование эффективных кодов
- •4.3.5. Специальные методы эффективного кодирования
- •4.3.5.1. Методы эффективного кодирования числовых последовательностей
- •4.3.5.2. Методы эффективного кодирования словарей
- •Основной вспомогательный
- •4.3.5.3. Методы эффективного кодирования естественно-языковых текстов
- •4.4. Помехозащитное кодирование
- •4.4.1. Искажение кодовых комбинаций
- •4.4.2. Кодовое расстояние и корректирующая способность кода
- •4.4.3. Коды, исправляющие ошибки
- •5. Измерение информации
- •5.1. Структурный подход к измерению информации
- •5.1.1. Геометрическая мера
- •5.1.2. Комбинаторная мера
- •5.1.3. Аддитивная мера
- •5.2. Статистический подход к измерению информации
- •5.3. Взаимосвязь структурного и статистического подходов к измерению информации
- •5.4. Семантический подход к измерению информации
- •5.4.1. Целесообразность информации
- •5.4.2. Полезность информации
- •5.4.3. Истинность информации
- •6. Качество информации
- •Часть 3. Компьютер как основной элемент информационного процесса
- •7. Структура компьютера и принципы его функционирования
- •8. Виды современных компьютеров
- •9. Структурные элементы компьютера
- •9.1. Память
- •9.1.1. Внутренняя память
- •9.1.2. Внешняя память
- •9.1.2.1. Физическая и логическая структура магнитных дисков
- •9.2. Устройство управления
- •9.3. Арифметико-логическое устройство
- •9.3.1. Структура и принцип действия
- •9.3.2. Формы представления числовых данных
- •9.3.2.1. Формы представления целых чисел
- •9.3.2.2. Формы представления вещественных чисел
- •9.3.3. Коды представления числовых данных
- •9.3.4. Принципы выполнения арифметической операции сложения
- •9.3.4.1. Сложение целых чисел
- •9.3.4.2. Сложение вещественных чисел
- •10. Виды программного обеспечения компьютера
- •Инструментарий технологии программирования.
- •10.1. Системное программное обеспечение
- •Системное по базовое по сервисное по (утилиты) операционные системы операционные оболочки
- •10.2. Пакеты прикладных программ
- •10.3. Инструментарий технологии программирования
- •Инструментарий технологии программирования
- •11. Поколения эвм
- •12. Технология проектирования программ
- •12.1. Формализация задачи
- •12.2. Программирование задачи
- •12.2.1. Разработка алгоритма
- •12.2.1.1. Способы описания алгоритма
- •12.2.1.2. Методы проектирования алгоритмов
- •12.3. Отладка программы
- •13. Эволюция использования компьютеров. Проект эвм пятого поколения
- •Часть 4. Фазы обращения информации
- •14. Структура информационного процесса
- •15. Сбор информации
- •15.1. Методы классификации
- •15.1.1. Иерархическая классификация
- •15.1.2. Фасетная классификация
- •15.2. Методы кодирования
- •15.3. Распознавание и кодирование объектов
- •15.4. Регистрация информации
- •16. Восприятие информации
- •16.1. Сканер как устройство восприятия информации
- •16.1.1. Первичное восприятие и измерение информации
- •16.1.2. Анализ результатов первичного восприятия и измерения
- •16.1.3. Распознавание символов
- •16.2. Восприятие информации клавиатурой
- •16.2.1. Первичное восприятие и измерение
- •16.2.2. Анализ
- •16.2.3. Распознавание
- •17. Передача информации
- •17.1. Модуляция и демодуляция сигнала
- •17.2. Уплотнение сигнала и выделение уплотненного сигнала
- •17.4. Компьютерные сети
- •17.4.1. Топология сетей
- •17.4.2. Методы передачи данных в сетях
- •17.4.3. Организация обмена информацией в сети
- •18. Обработка информации
- •19. Представление информации
- •19.1. Устройства вывода на электронный носитель
- •19.1.1. Мониторы, использующие элт
- •19.1.2. Жидкокристаллические мониторы
- •19.1.3. Плазменные мониторы
- •19.1.4. Технология вывода изображений на мониторы, использующие элт
- •19.1.4.1. Принципы организации текстовых видеорежимов
- •19.1.4.2. Принципы организации графических видеорежимов
- •19.2. Устройства вывода на бумажный носитель
- •19.2.1. Технология формирования цвета
- •19.2.2. Матричные принтеры
- •19.2.3. Струйная технология
- •19.2.4. Термическая технология
- •19.2.5. Электрографическая технология
- •Приложение 1. Определения информатики
- •Приложение 2. Определения информации
- •Приложение 3. Положения комбинаторики, используемые в измерении информации
- •Список литературы
- •Оглавление
- •Часть 1. Информатика и современное общество 6
- •Часть 2. Информация, ее представление и измерение 11
- •Часть 3. Компьютер как основной элемент информационного процесса 81
- •Часть 4. Фазы обращения информации 154
17. Передача информации
Передача информации может выполняться различным образом.
Рассмотрим вначале электронные системы передачи информации. Схема передачи информации представлена на рис. 17.1.
ИС КИ КК У М ЛС ДМ В ДК ДИ ПС
КС
Рис. 17.1. Схема передачи информации
Здесь сокращения означают следующее:
ИС – источник сообщения. Он регистрирует (фиксирует) информацию на каком-либо носителе, в результате чего образуется сигнал. Может выполнять в целом первую фазу обращения информации, а также криптографическое кодирование. В роли ИС могут выступать сканеры, факсимильные аппараты, клавиатуры, компьютеры и т.д.
КИ – кодер13 источника. Выполняет эффективное кодирование информации в сигнале в случае необходимости. Данный элемент может отсутствовать в схеме.
КК – кодер канала. На него возложены функции помехозащитного кодирования, если передаваемый сигнал подвержен помехам.
У – уплотнитель сигнала. Способствует передаче нескольких сигналов по одной линии связи ЛС. Может отсутствовать в схеме. Уплотнение рассмотрено далее в п. 17.2.
М – модулятор сигнала. Изменяет информационные характеристики сигналов-носителей, накладывая на него дискретный сигнал. Модуляция рассмотрена в п. 17.1.
ЛС – линия связи – физическая среда (например, воздух, электрическое или магнитное поле) и технические средства в ней, который используются для передачи сигнала на расстояние.
ДМ – демодулятор. Выполняет выделение дискретного сигнала из сигнала-носителя. Имеет место в схеме только при наличии модулятора М.
В – устройство выделения уплотненного сигнала. Имеет место в схеме только при наличии уплотнителя У.
ДК – декодер канала. Выявляет и/или исправляет ошибки, допущенные при передаче сигнала по линии связи ЛС. Присутствует в схеме только при наличии кодера канала КК.
ДИ – декодер источника. Декодирует эффективные коды. Присутствует в схеме только при наличии кодера источника КИ.
ПС – получатель сообщения. В его роли может выступать компьютер, принтер, дисплей и т.д.
КС – канал связи.
Технически блоки модулятор (М) и демодулятор (ДМ) реализованы в одном устройстве, которое называется модем (МОдулятор-ДЕМодулятор).
Аналогично блоки кодеров (КИ и КК) и декодеров (ДИ и ДК) реализованы технически в одном устройстве, называемом кодек (КОдер-ДЕКодер).
Блоки уплотнитель У и блок выделения сигнала В образуют мультиплексор.
17.1. Модуляция и демодуляция сигнала
Модуляция - изменение информативных параметров некоторых первичных физических процессов (сигналов), рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой и сигнал) информацией.
Виды модуляции связаны с типом сигнала-носителя:
-
сигнал-носитель – фиксированный уровень, например, значение напряжения (рис. 17.2). В этом случае возможна только прямая модуляция, при которой изменение уровня напряжения означает передачу того или иного сигнала.
U(t)
Uн
t
Рис. 17.2. Сигнал-носитель – фиксированный уровень
(t – время, Uн - нормальный уровень напряжения)
Пример 17.1. Выполнить прямую модуляцию дискретного сигнала 01102.
Зададимся следующими модификациями напряжения Uн для передачи двоичной цифры: при уменьшении нормального уровня напряжения на Uм передается двоичный 0, при увеличении нормального уровня на ту же величину передается двоичная 1. Для кодирования повторений цифр зададимся дискретой времени t, в течение которой передается одна цифра. Тогда получим результат, показанный на рис. 17.3.
U(t)
Uм
Uн
Uм
t t t t t
Рис. 17.3. Прямая модуляция для сигнала 01102
-
сигнал-носитель – колебания (рис. 17.4). Этот вид сигнала характеризуется тремя информационными параметрами – амплитудой (имеет величину Uн на рис. 17.4), частотой (1/(2t) на рис. 17.4) и фазой, поэтому возможны три вида модуляции:
-
амплитудная. Изменение амплитуды означает передачу того или иного сигнала.
U(t)
Uн
t t t t t
Рис. 17.4. Сигнал-носитель – колебания
Пример 17.2. Выполнить амплитудную модуляцию для дискретного сигнала 01102, если сигналом-носителем является сигнал рис. 17.4.
Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды на величину Uм означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.
Тогда получим результат, показанный на рис. 17.5.
U(t)
Uм Uн
Uм
t
Рис. 17.5. Амплитудная модуляция для сигнала 01102
-
частотная. Изменение частоты колебаний передает дискретный сигнал.
Пример 17.3. Выполнить частотную модуляцию для дискретного сигнала 01102. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.4.
Пусть увеличение колебаний в период времени T = 2t в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.6.
U(t)
Uн
t
T T T T
Рис. 17.6. Частотная модуляция для сигнала 01102
-
.фазовая. Смена фазы передает дискретный сигнал.
Пример 17.4. Выполнить фазовую модуляцию для дискретного сигнала 01102. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.4.
Пусть сдвиг по фазе на 90 означает передачу двоичной 1, отсутствие сдвига – двоичного 0. Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.7.
U(t)
Uн
t
Рис. 17.7. Фазовая модуляция для сигнала 01102
-
сигнал-носитель – импульсы (рис. 17.8).
U(t)
Uн
t
T T T
Рис. 17.8. Сигнал-носитель – импульсы
Аналогично колебаниям этот вид сигнала позволяет выполнять три вида модуляции:
-
амплитудно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением амплитуды импульсов.
Пример 17.5. Выполнить амплитудно-импульсную модуляцию для дискретного сигнала 01102. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.8.
Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды импульса на величину Uм означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.9.
U(t)
Uм Uн
Uм
t
T T T T
Рис. 17.9. Амплитудно-импульсная модуляция для сигнала 01102
-
частотно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением частоты импульсов.
Пример 17.6. Выполнить частотно-импульсную модуляцию для сигнала 01102. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.8.
Пусть увеличение частоты импульсов в период времени T в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.10.
U(t)
Uн
t
T T T T
Рис. 17.10. Частотно-импульсная модуляция для сигнала 01102
-
время-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением продолжительности импульса .
Пример 17.7. Выполнить время-импульсную модуляцию для сигнала 01102. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.8.
Пусть увеличение продолжительности импульса на время означает передачу двоичной 1, а уменьшение на ту же величину – передачу двоичного 0.
Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.11.
U(t)
Uн
- + + -
Рис. 17.11. Время-импульсная модуляция для сигнала 01102
Демодуляция – восстановление величин, вызвавших изменение параметров носителей при модуляции. Выполняется на принимающей стороне при известных условиях модуляции на передающей стороне.