Введение

Эффективная организация обмена информации приобретает все большее значение как условие успешной практической деятельности людей. Объем информации, необходи­мой для нормального функционирования современного общества растет пропорционально квадрату развития промышленного потенциала. Доля рабочей силы, занятой вопросами обеспечения информации, превышает долю рабочей силы, занятой непосредственно в производстве. Поэтому, науки, изучающие структуру и закономерности протекания ин­формационных процессов, к числу которых относится и ТИ, в такой ситуации становятся исключительно актуальными.

Информация наряду с материей и энергией, является первичным понятием нашего мира, и в строгом смысле не может быть определена. Можно лишь перечислить основные её свойства:

1. Информация приносит сведения об окружающем мире, которых в рассматри­ваемой точке не было до её получения.

2. Информация не материальна, но она проявляется в форме материальных носи­телей, дискретных знаков или первичных носителей.

3. Знаки и первичные сигналы несут информацию только для получателя, спо­собного их распознать.

Вместе с тем, слово «информация» является одним их тех терминов, которые дос­таточно часто встречаются не только в научных статьях, но и во множестве обиходных ситуаций. В узкопрактическом смысле под информацией понимают совокупность сведе­ний об окружающем мире, являющиеся объектами хранения, передачи и преобразования.

Знаки или первичные сигналы, организованные в последовательности, несут ин­формацию не потому, что они повторяют объекты реального мира, а по общественной до­говоренности. Об однозначной связи и объектов. Первичные сигналы могут быть порож­дены естественными законами реального мира. Например, напряжение на выходе термо­пары под действием температуры. Информация, основанная на однозначной связи знаков или сигналов с объектами реального мира, называется семантической (смысловой). Ин­формация, заключенная в характере следования знаков сообщения, называется синтакси­ческой.

Также в общей науке о знаках (семантике) выделяют сигматический и прагматиче­ский аспекты информации. В первом случае изучается вопрос о выборе знаков для обо­значения объектов реального мира, а во втором – о ценности информации для достижения практических целей. Очевидно, что наиболее практический интерес представляет смысло­вой (семантический) и прагматический аспекты. Однако до сих пор не удалось найти объ­ективные количественные критерии меры ценности и полезности информации.

В курсе ТИ изучаются проблемы синтаксического уровня, касающиеся создания теоретических основ, построения систем связи, основные показатели функционирования которых были бы близки к предельно возможных. Рассмотрению подлежат вопросы дос­тавки получателя информации как совокупности знаков. При этом полностью игнориру­ются смысловое и прагматическое её содержание.

Синтаксическая мера информации имеет практическую ценность потому, что инте­ресующая в конечном итоге получателя семантическая информация заключена в заданной последовательности знаков. Чем больше и правильнее передаются знаки, тем больше и правильнее может быть передано смысловой информации.

ТИ представляет собой ветвь статической теории связи. Для того чтобы более кон­кретно обозначить предмет этой науки, введем некоторые понятия и определения. Ин­формация передается и хранится в виде сообщений. Под сообщением понимается совокуп­ность знаков или первичных сигналов, содержащая информацию. Иначе говоря, сообще­ние – это информация, представленная в какой – либо форме. Примеры сообщение: текст телеграммы, данные на выходе компьютера, речь, музыка. Для того, чтобы сообщение можно передать получателю, необходимо воспользоваться некоторым физическим про­цессом, способным с той или иной скоростью распространяться от источника к получа­телю сообщения.

Изменяющийся во времени процесс, отражающий передающее сообщение, называ­ется сигналом. Сообщения могут быть функциями времени (в том случае, когда инфор­мация представлена в виде сигналов (музыка)), и не является ими (когда информация в виде совокупности знаков (тексты телеграммы)). Сигнал всегда функция времени.

В зависимости от того, какие значения может принимать аргумент (время t) и уровня сигналов, их делят на 4 типа:

1. н епрерывные и аналоговые сигналы. Случайные сигналы этого типа назы­вают непрерывными случайными процессами. Они определены для всех мо­ментов времени и могут принимать любые значения уровней из заданного диапазона.

X_max

X_min

t₁ t₂ t

рис. 0,1

В конечном интервале времени существует бесконечное множество отсчетов непрерывного сигнала. В конечном диапазоне (X_min – X_max) – бесконечное множество сиг­налов. Чаще всего физические процессы, порожденные сигналы, являются непрерывными. Этим и объясняется второе название сигналов данного типа, т.е. аналогичные порожден­ных процессов.

2. дискретизированные (дискретно-непрерывные) сигналы. Случайные сигналы этого типа называют процессами дискретного мира или непрерывными слу­чайными последовательностями. Они определены лишь в отдельные моменты времени и могут принимать любые значения уровня (непрерывные по уровню).

∆t 2∆t 3∆t 4∆t t

t₁ t₂

рис. 0,2

Временной интервал ∆t между соседними отсчетами называется шагом дискретизации. Иногда такие сигналы называются дискретными по уровню.

3. дискретные по уровню, или квантовые. Случайные сигналы этого типа называют дискретными случайными процессами. Они определены для всех моментов времени и принимают лишь разрешенные значения уровней, отделенные друг от друга на величину шага квантования ∆х.

x

∆х

t₁ t₂ t

рис. 0.3

4. Дискретный и по уровню, и по времени. Случайные сигналы этого типа называют дискретными случайными последовательностями. Они определены лишь в отдельные моменты времени. И принимают только разрешенные значения уровня.

∆t 2∆t 3∆t 4∆t t

рис. 0.,4

Совокупность технических средств, используемых для передачи сообщений от источника к потребителю информации, называется системой связи. Общая схема системы связи представлена на рисунке 0.5.

1. Источник сообщений содержат сообщение или последовательность сообщений, которые должны быть переданы. Сообщения могут быть различных типов, последовательность букв или цифр (телеграф), одна или более функций времени (система передачи звуков с моно- или стереозвучания) и т.д.

2. Передатчик, который преобразует сообщения в сигналы, тип которых определяется характеристиками используемого канала.

3. Канал – это комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигнала от передатчика к приемнику. В состав канала входит каналообразующая аппаратура, обеспечивающие сопряжение выходного и входного сигнала передачи от приемника с линией связи и сама линия связи. Линия связи – это среда, используемая для передачи сигнала от передатчика к приемника. Это может быть, например, пара проводов, коаксиальный кабель, область распространения радиоволн, световод и т.д. Обычно входными сигналами линии связи являются сигналы типа 1 (непрерывные аналоговые сигналы). Вместе с тем на входе и выходе канала могут присутствовать сигналы и других типов. Канал называется дискретным, если на его входе и выходе присутствуют сигналы, дискретные по уровню. Если сигнал на входе и выходе канала непрерывный по уровню (тип 1 и 2), то он называется непрерывным. Если со стороны входа сигналы дискретны по уровню, а со стороны выхода непрерывный, то это дискретно - непрерывный канал. Если наоборот, то. Иногда дискретно - непрерывный канал и непрерывно – дискретный канал называют полунепрерывными каналами. В общем случае, в процессе, в процессе передачи в канале сигнал искажается шумом, что соответствует наличием на рисунке 0.5 источника шума.

4. Приемник выполняет операцию, обратную по отношению к процедуре, обратную к передатчику, – восстанавливает сообщение по сигналу. Преемник сложнее передатчика, что связано с необходимостью восстанавливать сообщения по сигналам, форма которых искажена шумом.

5. получатель – это лицо или аппарат, для которого предназначено сообщение.

Процесс преобразования сообщения в сигнал, осуществляемый в передатчике, и обратный ему процесс, реализованный в приемнике, в ТИ называется кодированием и декодированием. При этом круг проблем, составляющих основное содержание ТИ, можно охарактеризовать как исследование методов кодирования для экономного представления сообщения различных источников и для надежной передачи сообщения по каналам связи шума.

В основе ТИ лежит статическое описание источников сообщений и каналов связи, а так же базирующейся на этом описании измерения количества информации между сообщениями. На основе ТИ можно ответить на вопросы о предельных возможностях (о максимально достижимых характеристиках) различных систем; определить, в какой мере проектируемая система выступает теоретически-возможной. В некоторых случаях логика рассуждений, используемая в ТИ, подсказывает путь, на котором может быть найдено конструктивное решение для реальной системы.

Родоначальником ТИ считается американский ученый Клод Шеннон, опубликовавший в 1948-49 г.г. свои статьи. Начиная с этого времени, ТИ развивалась в немалой степени благодаря и работам наших соотечественников Колмогорова, Добрышина, Харкевича, Хинчена и т.д.