Носители информации. Знаки и сигналы

Распространение информации всегда связано с материальным носителем, то есть средой для её записи, хранения, передачи.

Носителем информации может быть:

• любой материальный предмет (бумага, камень, дерево, стол, классная доска, звездная пыль, мусор на полу);

• волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна), гравитационная (давление, притяжение);

• вещество в различных состояниях (жидкий раствор – информацией может быть, в частности, концентрация молекул; газ – информацией в этом случае могут являться его температура и давление).

Для хранения информации, которая будет обрабатываться с помощью компьютера, используются специальные машинные носители информации: электронные схемы, перфокарты (использовались раньше), магнитные ленты, магнитные диски, оптические компакт-диски и т.п.

Человек всегда стремился доступным ему способом зафиксировать сведения о том, что больше всего его волновало. Наши весьма давние предки оставили нам информацию о себе в виде наскальных росписей в пещерах, где они обитали. Отсюда и произошло идеографическое письмо, в основу которого положены идеограммы – письменные знаки (условное изображение или рисунок), соответствующие не отдельным звукам, а словам или словосочетаниям.

Позже информация о волнующих людей событиях наносилась на поверхности искусственных, как правило, монументальных сооружений, которые донесли ее до наших дней (гробницы, стелы, ритуальные сооружения). Однако монументальные сооружения не были транспортабельны. Чтобы получить необходимую информацию, которая там хранилась, люди были вынуждены совершать путешествия к этим сооружениям.

Основным способом передачи информации в приведенных примерах являются специальные знаки.

Свет маяка, цвет светофора, звук школьного звонка могут нести определенную информацию для человека. Очень часто не произнесенные слова, а интонация, с которой они были произнесены, несут для вас важную информацию о настроении вашего собеседника. Изменение цвета листьев комнатного цветка, их поникший вид сигнализируют о необходимости позаботиться о поливе и подкормке растения.

Сигналы азбуки Морзе служат средством общения моряков и могут сообщить об особенностях и опасностях плавания.

Основным способом передачи информации в данных примерах выступают сигналы.

Итак, информация передается с помощью знаков и сигналов, именно они являются основными формами передачи информации в социотехнических системах.

Один и тот же знак, один и тот же сигнал может нести для воспринимающего его человека разное значение или смысл. Наполнение знаков и сигналов смыслом превращает их в символы. Символ – это знак или сигнал, наполненный смыслом.

Красный сигнал светофора является для нас символом запрета движения по дороге.

Наборы знаков «Караул!», «Help!» или «… – – – …» служат в качестве символов просьбы о помощи. Знак «Р» может восприниматься и как русская буква «эр», и как английская буква [pi], и как обозначение химического элемента фосфора, и как знак автомобильной стоянки.

Заметим, что мы видим знаки только благодаря нашей способности интерпретировать отраженный от поверхности предмета свет, то есть благодаря восприятию световых сигналов. Само слово «сигнал» имеет общий корень с английским sign, что можно перевести как знак, обозначение.

В информатике сигнал – есть форма передачи информации. Передача сигналов – это некоторый физический процесс, имеющий информационное значение.

Сигналы, передаваемые в электрической форме (электромагнитные волны), обладают множеством достоинств:

1) не требуют движущихся механических устройств, медленных и подверженных поломкам;

2) скорость передачи электрических сигналов приближается к максимально возможной скорости – скорости света;

3) электрические сигналы легко обрабатывать, сравнивать и преобразовывать с помощью электронных устройств, отличающихся чрезвычайно высоким быстродействием.

Сигналы могут быть непрерывными (аналоговыми) или дискретными.

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени (температура воздуха, сила тока, напряжение, скорость движения).

Аналоговые сигналы используют, например, в телефонной связи, радиовещании, телевидении.

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений (дискретный – не непрерывный).

Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, – дискретны.

Пример

Дискретные сигналы	Аналоговые сигналы
Цвет светофора	Скорость автомобиля
Цифры, буквы, слова	Влажность воздуха
Знаки дорожного движения	Пение и игра на музыкальных инструментах
Телеграфная азбука Морзе	Кардиограмма

В реальной жизни мы чаще всего воспринимаем непрерывные сигналы. Даже речь человека по сути представляет собой непрерывный сигнал. В этом легко убедиться, если вспомнить, что речь на незнакомом языке воспринимается слитно, в ней трудно выделить отдельные слова. Но дискретные сигналы обрабатывать легче. Благодаря сложившейся с детства привычке, мы выделяем в сигналах, непрерывно поступающих к нам из внешнего мира, отдельные элементы: лица и облака, слова и музыкальные фразы. Этот процесс называется дискретизацией непрерывного сигнала.

Сигнал, несущий информацию, может принимать два различных значения (в его простейшей форме), но не менее. Не бывает информационного сигнала, принимающего только одно значение.

На сторожевой башне огонь означает «опасность», огня нет – «все спокойно». Если костер на башне жгут постоянно или не зажигают вовсе, то нет никакой возможности узнать, например, когда же вторгся неприятель, то есть получить информацию.

Дискретные сигналы часто называют цифровыми. Так они называются потому, что отдельные значения сигнала мы можем «пересчитать», то есть каждому значению сигнала можно поставить в соответствие число.

На рисунке изображена температурная кривая, вычерченная термометром-самописцем. Рассматривая график, можно сделать вывод о том, что диапазон изменения температуры за сутки – от +12 °С до +24 °С. Можно ли эту информацию, полученную в непрерывной (аналоговой) форме представить в виде отдельных значений, то есть в дискретной форме?

Занесем значения температуры в конце каждого часа в таблицу. Тем самым мы преобразуем аналоговый сигнал в цифровой:

Час	1	2	…	13	14	15	…	24
t0C	15	12,3	…	21,5	22	22	…	16

Легко заметить, что таблица дает неточную картину процесса: например, из графика видно, что самая высокая температура была достигнута между 14 и 15 часами, но в таблице это не нашло отражения.

Ясно, что представление аналогового сигнала в дискретной форме можно улучшить, если занести в таблицу значения температуры, наблюдаемые каждые полчаса или каждые 10 минут.

Аппаратура систем обработки информации в технике и управлении в зависимости от того, какие сигналы она обрабатывает, делится на аналоговую и дискретную. К аналоговой технике относятся обычно различные регуляторы, измерительные приборы и т.п.

Вычислительная техника также может работать как с аналоговыми, так и с дискретными (цифровыми) сигналами. Соответственно, существуют аналоговые вычислительные машины (АВМ) и цифровые вычислительные машины (ЦВМ), причем последние получили значительно большее распространение.

Представление непрерывной графической, звуковой информации в памяти цифрового компьютера основано на том, что аналоговые сигналы всегда могут быть преобразованы к дискретному (числовому) виду.

Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Звук дискретизируется подобно тому, как это сделано в последнем примере. Графические изображения дискретизируются в соответствии с матричным принципом. Если вы когда-нибудь определяли с помощью палетки площадь произвольной геометрической фигуры, вы имеете представление об этом принципе. На рисунок как бы наносится сетка и просматривается клетка за клеткой этой сетки. Если изображения в клетке нет, то ей в соответствие ставится, например, 0, если изображение в клетке есть – ставится 1. Линия, изображенная на рис. 1., при таком способе дискретизации представляется в виде следующей последовательности нулей и единиц: 0011111110000 0010000001110 0100000000010 и т.д.

Рисунок, демонстрирующий суть матричного принципа дискретизации изображений

Информация в материальном мире

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов (1 бит), то есть, все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные.

Данные – это зарегистрированные сигналы.

0 – логическое нет, а 1 – логическое да.

2. Виды информации

Для чего в науке при изучении каких-либо объектов часто стремятся распределить эти объекты по группам в соответствии с определенными признаками? Иными словами, с какой целью разрабатывается классификация изучаемых объектов? Есть некоторые общие свойства информации и общие закономерности работы с ней. Но работа с текстом рассказа отличается от работы над партитурой музыкального произведения, а проведение расчета по формулам имеет мало общего с созданием мультфильма. То есть существуют особенности протекания информационных процессов для информации разных видов. Знание того, к какому виду относится информация, поможет выбрать наиболее подходящие средства и методы для работы с ней.

Какие виды информации можно выделить? Какие признаки можно выбрать в качестве оснований деления?

Поскольку в наибольшей степени информацию мы связываем с восприятием и осознанием поступающих сигналов человеком, то её можно разделить по тому, каким образом информация воспринимается людьми.

У человека пять органов чувств:

• зрение, с помощью которого люди различают цвета, воспринимают зрительные образы; информация – визуальная;

• слух, с помощью которого воспринимается звуковая информация – речь, музыка, звуковые сигналы, шум; информация – аудиальная;

• обоняние, с помощью которого люди получают информацию о запахах окружающего мира; информация – обонятельная;

• вкус – с помощью вкусовых рецепторов языка можно получить информацию о том, каков предмет – горький, кислый, сладкий, соленый; информация – вкусовая;

• осязание – кончики пальцев (и весь кожный покров) дают человеку информацию о температуре предмета – горячий он или холодный, о качестве его поверхности – гладкий или шероховатый; информация – тактильная.

Следует отметить, что органы чувств человека получили название анализаторов, поскольку именно через эти органы сигналы внешнего мира поступают в головной мозг для анализа и осмысливания.

Около 80–90% информации человек получает при помощи органов зрения (визуально), примерно 8–15% – при помощи органов слуха (аудиалъно) и только 1–5% – при помощи остальных органов чувств (обоняния, вкуса, осязания).

А вот, например, лисы, собаки и многие другие животные основную часть информации получают с помощью носа. У них хорошо развито обоняние. Для летучих мышей главная информация – звуковая, они воспринимают ее своими большими, чуткими ушами.

Когда мы изучаем не отдельного человека, а группы людей – социальные системы, вряд ли имеет смысл разделять информацию, циркулирующую в такого рода системах, по способу ее восприятия отдельным человеком. В этом случае целесообразно рассматривать другие основания классификации. Например, можно распределить информацию на виды по степени значимости для общества, отдельных групп людей, отдельных индивидуумов.

Информация может быть:

• личной: это знания, опыт, интуиция, умения, планы, прогнозы, эмоции, чувства, наследственная память конкретного человека;

• специальной, значимой для определенной группы людей; это такие виды информации, как:

• научная;

• производственная;

• техническая;

• управленческая;

• общественной, значимой для большинства членов общества; это такие виды информации, как:

• общественно-политическая (то, что мы получаем в основном из средств массовой информации);

• научно-популярная (научно осмысленный опыт всего человечества, исторические, культурные и национальные традиции и др.);

• обыденная (которой мы обмениваемся в процессе повседневного общения);

• эстетическая (изобразительное искусство, музыка, театр и др.).

Но выделенные виды информации вряд ли будут полезны, когда речь идет о технических или социотехнических системах. В этом случае интерес может представлять деление на виды в зависимости от формы представления информации.

Общение между людьми (да и любая коммуникация в общем случае) не мыслится без того, чтобы передаваемая информация была как-то выражена, зафиксирована с помощью знаков или сигналов, оформлена в соответствии с правилами, понятными всем субъектам общения.

Рассмотрим некоторые виды информации в зависимости от формы ее представления.

Текстовая информация: текст в учебнике, сочинение в тетради, реплика актера в спектакле, прогноз погоды, переданный по радио.

Заметим, что в устном общении (личная беседа, разговор по телефону, радиопостановка спектакля) информация может быть представлена преимущественно в словесной, текстовой форме.

Числовая информация: таблица умножения, арифметический пример, счет в хоккейном матче, время прибытия поезда, статистические данные о населении страны и др.

В «чистом» виде числовая информация встречается редко, разве что на контрольных по математике. Чаще всего используется комбинированная форма представления информации.

Вы получили телеграмму: «Встречайте двенадцатого. Поезд прибывает в восемь вечера». В данном тексте «двенадцатого» и «восемь» мы понимаем как числа, хотя они и выражены словами.

Графическая информация: рисунки, схемы, чертежи, фотографии.

Такая форма представления информации наиболее наглядна и доступна для восприятия и осознания, так как сразу передает необходимый образ, а словесная и числовая требует мысленного воссоздания образа. В то же время графическая форма представления часто не дает исчерпывающих разъяснений о передаваемых данных. Поэтому наиболее эффективно сочетание текста, чисел и графических изображений.

При решении задач по геометрии мы одновременно используем чертёж (графика), пояснительный текст (текст), численные расчёты (числа и операции над ними).

Звуковая информация: речь, музыка, звуковые сигналы.

Данный вид информации также важен в процессе коммуникации. Звуковые сигналы привлекают наше внимание (звонок на перемену, вой сирены), пробуждают чувства (музыкальные произведения), создают определенный настрой (тембр голоса собеседника).

Некоторое представление о разнообразии подходов к выделению видов информации может дать определение информации, приведенное в энциклопедическом словаре, где говорится, что информация – это общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

В приведенном определении выделены четыре вида информации по различным способам(субъектам) обмена:

• социальная (человек – человек);

• техническая (человек – автомат, автомат – автомат);

• биологическая (информация в животном и растительном мире);

• генетическая (передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму).

Существуют и другие варианты классификации информации по видам:

• по сфере применения информации (экономическая, географическая, социологическая и пр.);

• по характеру источников информации (первичная, вторичная, обобщающая и пр.);

• по характеру носителя информации (информация, «зашифрованная» в молекулах ДНК или в длинах световых волн; информация на бумажном или магнитном носителе и пр.).

Конкретный исследователь выбирает для себя ту или иную классификацию в зависимости от стоящей перед ним проблемы, от тех взаимосвязей, которые он изучает.

Химики, физики, биологи используют классификацию по характеру носителя информации. В теории информации прежде всего рассматриваются источники информации. В социологии наиболее интересным является сфера применения и общественное значение информации.

Когда речь идет о компьютере, то наиболее часто выделяются виды информации в зависимости от формы ее представления.

Компьютер помогает человеку, хранить, передавать, преобразовывать информацию текстового, числового, звукового, графического и комбинированного вида.

В настоящее время мультимедийная (многосредовая, комбинированная) форма представления информации становится основной в вычислительной технике. Цветная графика сочетается в этих системах со звуком и текстом, с движущимися видеоизображением и трехмерными образами.

3. Свойства информации

Информация нам нужна для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке и принимать правильные решения. Но любая ли информация помогает нам в этом? Знание свойств информации может помочь человеку оценить в каждом конкретном случае, насколько решения, принятые на основе имеющейся информации, могут быть верными.

Свойства информации можно рассматривать и как ее качественные признаки.

1. Информация – это отражение внешнего мира, а он существует независимо от нашего сознания и желания. Поэтому в качестве важного свойства информации можно выделить ее объективность.

Информация объективна, если она не зависит от чьего-либо мнения, суждения.

Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22 °С» – объективную (если термометр исправен).

Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Но, отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, становится субъективной, так как преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знания, пристрастий конкретного субъекта.

2. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.

Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Только достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

• преднамеренное искажение (дезинформация);

• искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон»);

• в случае, когда значение реального факта приуменьшается или преувеличивается (слухи, «рыбацкие истории», реклама, политические дебаты).

3. Чтобы решить поставленную задачу, лучше иметь полную информацию.

Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решения.

Мечта историка – иметь полную информацию о минувших эпохах. Но историческая информация никогда не бывает полной, и полнота информации уменьшается по мере удаленности от нас исторической эпохи. Даже события, происходившие на наших глазах, не полностью документируются, многое забывается, а воспоминания подвергаются искажению.

Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. Не зря русская пословица гласит: «Недоученный хуже неученого».

Избыток информации может быть так же вреден при принятии решения, как и ее недостаток, поскольку для анализа и обработки дополнительной информации требуется время. А время для человека – один из самых дефицитных и дорогостоящих «ресурсов» его жизни, не говоря уже об экстремальных ситуациях,» когда от быстроты принятия решения может зависеть очень многое. Заметим, что самая полная, самая достоверная информация не может быть новой.

4. Актуальность (своевременность) информации – важность, существенность её для настоящего времени. Только вовремя полученная информация может принести необходимую пользу.

Неактуальной информация может быть по трем причинам, когда она является:

• устаревшей (прошлогодняя газета);

• преждевременной (прогноз погоды на лето, данный в январе);

• незначимой, ненужной (например, сообщение в российской прессе о том, что в Италии снижены цены на проезд в транспорте на 5%).

5. Информация может быть полезной или бесполезной (ценность информации).

Но, так как четкой границы между этими понятиями нет, то следует говорить о степени полезности применительно к нуждам конкретных людей. Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью. Оценка полезности информации всегда субъективна. То, что полезно для одного человека, может быть совершенно бесполезно для другого.

Примем во внимание, что небольшой процент «бесполезной» информации в книгах даже полезен для читателя, так как он позволяет отдохнуть при чтении неинформативных участков текста.

С точки зрения техники свойство полезности рассматривать бессмысленно, так как задачи машине ставит человек.

6. Поскольку во многих подходах к определению понятия «информация» подчеркивается, что информация воспринимается, получается кем-то, то важным свойством информации является ее понятность. Даже самая актуальная и достоверная информация будет для вас бесполезной, если она выражена на незнакомом языке, то есть вам непонятна.

Любую информацию можно характеризовать с точки зрения ее объективности, достоверности, полноты, актуальности, полезности и понятности.

Социальная информация обладает еще и дополнительными свойствами.

Ш Социальная информация имеет семантический (смысловой) характер.

Как правило, содержание, смысл информации для человека важнее, чем форма её представления.

Ш Социальная информация имеет языковую природу (кроме некоторых видов эстетической информации, например, изобразительного искусства).

Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) либо специальных языках.

Многие алгоритмы, встречающиеся в профессиональной деятельности экономистов, технологов и т.п., могут быть представлены в словесной форме, записаны на языке математики – в виде математических формул, либо на языке блок-схем.

Ш С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации (кумуляция – от латинского cumulatio – увеличение, скопление).

Ш Свойство старения информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не само время, а появление новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю информацию.

Научно-техническая информация стареет быстрее, эстетическая (произведения искусства) – медленнее.

Ш Логичность, компактность, удобная форма представления информации облегчает понимание и усвоение информации.

Грамотное, доказательное выступление, когда оратор логично переходит от одного вопроса (факта, предположения) к другому, воспринимается лучше, чем сумбурная речь.

Использование схем нередко лучше проясняет принцип работы технического устройства, чем многостраничные описания.

Ш При восприятии и понимании текстов человеком важным свойством информации оказывается ее определенность (однозначность).

«И вскрикнул внезапно ужаленный князь!» Внезапно вскрикнул или внезапно ужаленный? «Сережа встретил Свету на поляне с цветами». С цветами был Сережа или с цветами была Света? А, может быть, цветы росли на поляне?

Многозначность слов, фраз, жестов нередко затрудняют общение, приводят к недоразумениям и конфликтам. Заметим, что в художественных произведениях многозначность, «игра слов» часто используется как литературный прием, повышающий интерес читателей, будящий их воображение, позволяющий посмотреть на описываемую ситуацию с разных точек зрения.

Вывод

Информация всегда связана с материальным носителем.

Носитель информации – среда для записи, хранения и передачи информации.

Носителем информации может быть:

• любой материальный предмет;

• волны различной природы;

• вещество в различных состояниях.

Знак и сигнал – форма передачи информации. Передача сигнала – физический процесс, имеющий информационное значение.

Символ – это знак или сигнал, наполненный смыслом.

Сигнал может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным.

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений.

Аналоговый сигнал может быть представлен в дискретном виде, например, в виде последовательности чисел.

Процесс представления какой-либо величины в виде последовательного ряда ее отдельных (дискретных) значений называют дискретизацией.

Сигнал не может принимать менее двух различных значений.

Сигналы, передаваемые в электрической форме (носитель – электромагнитные волны), обладают множеством достоинств:

1) они не требуют движущихся механических устройств, медленных и подверженных поломкам;

2) скорость передачи электрических сигналов приближается к максимально возможной скорости – скорости света;

3) электрические сигналы легко обрабатывать, сравнивать и преобразовывать с помощью электронных устройств, отличающихся чрезвычайно высоким быстродействием.