Предмет і методи теорії інформації

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Реферат
Тема: «ПРЕДМЕТ І МЕТОДИ ТЕОРІЇ ІНФОРМАЦІЇ»

Введення
Теорія інформації - наука про проблеми збору, перетворення, передачі, зберігання, обробки і відображення інформації.
Теорія інформації базується на методах теорії ймовірності, математичної статистики, лінійної алгебри та інших розділах математики. Теорія інформації та її методи широко використовуються для аналізу процесів у різних інформаційних системах, тобто системах, основою функціонування яких є процес перетворення інформації (системи зв'язку, телебачення, обчислювальні системи і т.д.).
У комп'ютерній техніці методи теорії інформації широко використовуються для оцінки швидкодії, точності та надійності систем, стиснення та захисту інформації, узгодження сигналів і каналів у комп'ютерних мережах передачі даних і т.д.

1. Основні поняття та визначення
Поняття «інформація» (лат. information - роз'яснення) принале-жит до вихідних невизначені поняттям науки, тому що воно є багатозначним. Не існує єдиного визначення цього поняття, яке охоплювало б усі аспекти: кількісну, змістовну, прагматичну та ін сторони. Існує цілий ряд визначень, наприклад: інформація - відображення реального світу; інформація - усунена невизначеність та ін
Інформація - у загальному випадку, сукупність відомостей про які-небудь події, явища, предмети, одержуваних у результаті взаємодії з зовнішнім середовищем. Формою подання інформації є повідомлення.
Повідомлення - будь-які відомості або дані, що надходять від відправника (джерела) повідомлень на вхід системи зв'язку для передачі одержувачу. Для представлення інформації (зберігання, обробки, перетворення і т.д.) використовують різні символи, що дозволяють виразити її у певній формі (текст, мова, малюнок, коливання, цифри, числа, символи, жести і т.д.).
Інформація від джерела до приймача передається за допомогою сигналу. Сигнал - фізичний процес, що відображає повідомлення. Носієм інформації може бути тільки такий сигнал, зміна якого в часі точно передбачити не можна. Апріорно відомий сигнал не містить інформації. Інформація - лише ті відомості в повідомленні, які невідомі одержувачу, тобто не всяке повідомлення несе інформацію. Інформація характеризується рядом показників: кількістю, швидкістю передачі, надійністю передачі, достовірністю і т.д.

2. Системи передачі інформації
Система передачі інформації - сукупність технічних засобів для передачі інформації від джерела до приймача інформації.
Для того щоб представити зміст курсу і його основні проблеми розглянемо блок-схему системи передачі інформації, запропоновану Шенноном (див. рис. 1).
Джерело
перешкод
Лінія
зв'язку
Передавач
Приймач
Кодуючий
пристрій
Декодирующее
пристрій
Джерело
інформації
Приймач
інформації
Канал зв'язку


Рис. Схема системи передачі інформації
Будь-яка ЕОМ також являє собою інформаційну систему, яку можна розглядати як канал перетворення інформації (див. рис. 2). На схемі введені позначення: ІІ і ПІ - соответствен-але джерело і приймач інформації; ЦП - центральний процесор; ОП - оперативна пам'ять; Вх. У і Вих. У - відповідно вхідний і вихідний пристрої, які здійснюють функції кодування та декодування.

ЦП
ВП

ВХУ

ПІ

ШІ

ВихУ


Рис. 2. Структура ЕОМ
Завданням системи передачі інформації є відтворення із заданою точністю найбільш економічним методом повідомлення виробленого джерелом інформації.
Джерелом повідомлень може бути людина або різного роду пристрої (датчики, автомат, ЕОМ, і т.д.). Джерело інформації видає повідомлення або послідовність повідомлень. Повідомлення можуть мати безперервний або дискретний характер.
Дискретними називаються повідомлення, які представляються послідовністю з кінцевого числа окремих, різко помітних елементів, між якими немає проміжних значень, тобто дискретна інформація представляється у вигляді кінцевої сукупності символів (друковані тексти і документи, стану цифрових автоматів і т.д.).
Безперервні повідомлення характеризуються тим, що два нетотожних повідомлення можуть відрізнятися як завгодно мало один від одного (музика, мова, зображення обсягів, телеметричні дані). Безперервні повідомлення можна перетворити в дискретні.
Для передачі на відстань повідомлення перетвориться в сигнал. Процес перетворення повідомлення в сигнал складається з трьох етапів (операцій): перетворення, кодування, модуляція. У процесі перетворення повідомлення, яке може мати будь-яку фізичну природу (зображення, звук і т.д.), перетворюється в первинний сигнал. У телефонії мікрофон перетворює звукові хвилі (тиск) в електричний струм мікрофона. У телеметрії датчики перетворять зміна фізичних величин (температура, тиск і т.д.) в електричні.
Кодування - перетворення повідомлення в сигнал, тобто відображення повідомлень сигналами у вигляді певного поєднання елементарних дискретних символів, званих кодовими комбінаціями (кодовими словами).
Код - правило, згідно з яким кожному повідомленням однозначно ставиться у відповідність деяка кодова комбінація. Кодер - пристрій, що здійснює кодування.
Кодер джерела (КІ) - кодер, використання якого дозволяє шляхом усунення надмірності істотно знизити середнє число символів на букву повідомлення (таке кодування називається оптимальним або ефективним). При відсутності перешкод це дає виграш у часі передачі або в обсязі ЗУ, тобто підвищує ефективність системи передачі даних.
Кодер каналу (КК) - дозволяє шляхом внесення надмірності забезпечити достовірність передачі даних при наявності перешкод (таке кодування називається завадостійким).
Канал - сукупність засобів, призначених для передачі сигналу від передавача до приймача інформації (передавач, приймач, лінія зв'язку тощо). Канал зв'язку може бути односторонній (симплексний) і двосторонній (дуплексний).
Передавач - служить для перетворення електричного сигналу в сигнал, придатний для передачі по лінії зв'язку.
Модуляцією називається зміна параметрів переносника сигналу у відповідності з функцією, що відображає повідомлення. Несучим сигналом може бути струм (телеграфія), гармонійні низькочастотні або високочастотні коливання (телефонія і т.д.), високочастотні імпульси (радіорелейний зв'язок і т.д.). Модульовані параметри називаються інформативними і можуть бути амплітудою, частотою, фазою і т.д. Модулятор - пристрій, що здійснює модуляцію.
При передачі по каналу зв'язку відбувається ослаблення та спотворення переданого сигналу, що вносяться каналом і впливом перешкод.
Лінійні спотворення - визначаються частотними та часовими характеристиками каналу. Нелінійні спотворення - визначаються нелінійністю ланок каналу і видом модуляції.
Лінія зв'язку (ЛЗ) - ​​це середовище, що використовується для передачі сигналу від передавача до приймача. Існують різні типи ліній зв'язку:
Провідні лінії зв'язку. Провідні лінії зв'язку можуть бути повітряними, кабельними, коаксіальними, оптико-волоконними, лініями електропередачі (ЛЕП). Вони використовуються:
- В телефонії - 300-3400 Гц (тональний діапазон);
- В телеграфії - 0-300 Гц (під тональний діапазон);
- В телебаченні - 300-3000 мГц;
- ЛЕП - 500-1000 кГц.
Провідні лінії зв'язку характеризуються: перешкодозахищеністю і хвильовим опором r = L / C.
При передачі на великі відстані необхідно використання проміжних підсилювальних пунктів (відстань залежить від використовуваних частот і типу ЛЗ).
2. Радіолінії. Радіолінії можуть бути: радіорелейні (РРЛ), короткохвильові (КВ), тропосферні, іоносферні, космічні і т.д.
3. Внутриапаратні тракти. Внутриапаратні тракти - це перш за все шини інформаційного обміну в ЕОМ і тракти магнітного запису (локальна - L - bus; пам'яті - M - bus; периферійна - X - bus; системна - S - bus).
Багатоканальні ЛЗ - забезпечують кілька каналів, використовуючи різні методи ущільнення і поділу (частотного, тимчасового, кодового).
Перешкоди - впливу, спотворюють сигнал. Перешкоди можна класифікувати:
1) Детерміновані (регулярні) - наприклад, фон джерела живлення і випадкові - наприклад, тепловий шум і т.д.
2) Внутрішні, що виникають у самій апаратурі і зовнішні.
До зовнішніх перешкод відносяться:
- Атмосферні грозові розряди, космічні випромінювання і т.д.
- Індустріальні (електротехнічні, пов'язані з комутацією, зварювання, транспорт і т.д.);
- Інтерферентних (глушники).
3) Адитивні - що підсумовуються з основним сигналом і мультиплікативні - які перемножуються з корисним сигналом.
Приймач здійснює прийом сигналу і його демодуляцію. Демодуляція - відділення корисного сигналу від несучої. Демодулятор - пристрій для відділення модулюючого сигналу від несучої.
На виході приймача виходить послідовність кодових комбінацій, яка внаслідок дії перешкод і наявності спотворень може відрізнятися від переданих комбінацій.
Декодер (декодер) перетворює кодові комбінації в повідомлення, що надходять одержувачу.
Основні проблеми систем передачі інформації:
Забезпечення достовірності переданих повідомлень (завадостійкість).
2. Забезпечення високої ефективності передачі повідомлень.
Завадостійкість - здатність системи протистояти шкідливій дії перешкод і спотворень. Підвищенню завадостійкості сприяє збільшення співвідношення сигнал - завада, вибором методу кодування (завадостійке кодування), виду модуляції (спотворення), що передає середовища і т.д.
Ефективність визначається здатністю системи забезпечити передачу заданої кількості інформації з найменшими витратами потужності сигналу, часу і смуги частот (тобто найбільш економічним способом).
3. Системи і мережі передачі даних
Система передачі даних - сукупність технічних засобів, що забезпечують передачу даних [1].
Перші мережі передачі даних з'явилися на початку 50-х років, коли лінії зв'язку з'єднували центральні ЕОМ з віддаленими терміналами та іншими периферійними пристроями. Стрімке збільшення мереж передачі даних було обумовлено створенням обчислювальних систем великої продуктивності з поділом часу. У зв'язку з широким використанням ЕОМ у різних сферах суттєво зростає потреба у передачі даних. Їх застосування дозволяє використовувати:
- Віддалений доступ до баз даних (БД) та їх відновленню (наприклад: інформаційні та фінансові служби, продаж авіаквитків і т.д.);
- Електронну пошту;
- Використання віддалених потужних ЕОМ;
- Управління об'єктами у реальному часі і т.д.
Схема системи передачі даних (СПД) наведена на рис. 3.

УЛПД
Інтерфейс
(RS-232с)
Інтерфейс
(RS-232с)
Модем
УЛПД


Рис. 3. Схема системи передачі даних
Система передачі даних включає: апаратуру передачі даних (АПД); модуль управління лінією передачі даних (УЛПД); модем - модулятор і демодулятор, об'єднані в одному пристрої; інтерфейс - уніфікована система сполучення. У СПД використовуються різні типи інтерфейсів (наприклад, RS-232c та ін.)
Апаратура передачі даних призначена для перетворення переданої дискретної інформації (даних) в сигнали, придатні для передачі по каналах зв'язку, та отриману інформацію до виду придатному для обробки на приймальній стороні.
Повідомлення представляють довгі послідовності бітів, які зазвичай розбиваються на більш короткі послідовності, називаються пакетами. Передавальний модуль УЛПД перетворює пакет, який представляє поле даних, в кадр, поміщаючи в нього ряд керуючих біт, що визначають початок і кінець кадру, адресу джерела і приймача, перевірочні послідовності (поліном 32-го порядку), що дозволяють виявити помилки в прийнятих кадрах, запит на повторну передачу, якщо виявлені помилки та ін
Приймаючий модуль УЛПД на кінцевому пункті з пакетів збирає повідомлення.
Системи передачі даних можна об'єднувати в мережі за ієрархічним принципом, тобто в багаторівневу систему. Існують глобальні та локальні обчислювальні мережі. Глобальна мережа - мережа, що покриває площу, яка більше площі міста. Локальна мережа (ЛЗ) - ​​обчислювальна мережа, в якій комп'ютери і термінали розташовані у географічно обмеженому просторі, найчастіше в межах однієї організації, установи, навчального заклади і т.д.
Характеристиками локальної мережі є: топологія (шинна, кільцева, зоряна і деревоподібна), метод доступу (випадковий або детермінований), фізична передає середовище (вита пара, коаксіальний або оптоволоконний кабель) і ін
Вибір передавальної середовища визначається необхідною пропускною здатністю. Вита пара використовується для ЛЗ з малою пропускною здатністю (менше 1М біт / с або від 50 до 200-300 бод), коаксіальний кабель використовується для ЛС з середньою пропускною здатністю (від 1 до 10 М біт / с або від 600 до 4800 - 9600 бод), оптоволоконний кабель використовується для ЛЗ з великою пропускною здатністю (понад 10 М біт / с або понад 48 000 бод). При наявності кабельних повторювачів максимальна відстань між вузлами в цій мережі становить до 2000 м, а без них до 500 м.

Список літератури
1. Блейхут Р. Теорія і практика кодів, контролюючих помилки: Пер. з англ. - М.: Світ, 1986.
2. Брілюена Л. Наукова невизначеність і інформація, М., 1966.
3. Імовірнісні методи в обчислювальній техніці. / Под ред. О.М. Лебедєва, Е.А. Чернявського. - М.: Вищ. шк., 1986.
4. Кловський Д.Д. Теорія передачі сигналів. - М.: Зв'язок, 1984.
5. Кудряшов Б.Д. Теорія інформації. Підручник для вузів Вид-во ПИТЕР, 2008. - 320 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Реферат
35.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Предмет і методи економічної теорії
Предмет і методи економічної теорії 2
Предмет і методи дослідження економічної теорії
Предмет і методи теорії держави і права
Предмет об`єкти і методи політичної психології співвідношення теорії і практики
Предмет еко теорії
Предмет економічної теорії
Виникнення і предмет економічної теорії
Предмет і метод економічної теорії
© Усі права захищені
написати до нас