Тема 1.1 Основные понятия теории информации

Информация – это совокупность каких – либо сведений, данных, передаваемых определенным способом (устно, письменно, в виде запаха и т.д.).

Теоретические и практические вопросы, относящиеся к информации, изучает информатика. Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров.

В настоящее время накоплен огромный объем информации, обработать который вручную людям невозможно. Инструментом для обработки большого объема информации является электронная вычислительная машина (ЭВМ).

Одним из основных факторов ускорения научно – технического прогресса является широкое использование новых информационных технологий.

Информационные технологии – это совокупность методов и средств сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

Различают две формы представления информации– непрерывную (аналоговую) и цифровую (дискретную).

Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и теоретически может изменяться в любой момент времени и на любую величину (человеческая речь, музыкальное произведение). Цифровой сигнал может изменяться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения. Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал, требуется провести дискретизацию непрерывного сигнала во времени, квантование по уровню, а затем кодирование отобранных значений.

Дискретизация – замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала.

Рисунок 1.1Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой

На рисунке 1.1 схематично показан процесс преобразования непрерывного сигнала в цифровой сигнал. Цифровой сигнал в данном случае может принимать лишь пять уровней. Качество такого преобразование низкое, так как мало уровней квантования. Изменение цифрового сигнала возможно лишь в определенные моменты времени (на рисунке таких моментов тринадцать).

После такого преобразования непрерывный сигнал представляют последовательностью чисел. Если смотреть на наш рисунок, то сигнал представится таким образом: 2-3-4-3-3-3-2-2-2-2-2-3-4.

Десятичная форма представления числа применена лишь для наглядности. На самом деле сигнал преобразуется в последовательность единиц и нулей. Запишем наш результат в таблицу:

В нашем примере цифровой сигнал представлен четырьмя разрядами двоичных чисел. Чем больше разрядов у двоичных чисел (больше уровней квантования) и чем чаще во времени осуществляются отсчеты (выборки), тем точнее будет преобразован непрерывный сигнал в цифровой сигнал.

Рассмотрим два способа записи звуковой информации:

При аналоговой аудиозаписи непрерывный электрический сигнал, формируемый источником звука на выходе микрофона, с помощью магнитной головки наносится на движущуюся магнитную ленту. Недостатком такого способа обработки информации является, то что копия получается всегда хуже оригинала.

При цифровой аудиозаписи используется процесс выборки, заключающийся в периодическом измерении уровня (громкости) аналогового сигнала и превращении полученного значения в последовательность двоичных чисел. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертер, называемый аналого – цифровым преобразователем (АЦП).Сигнал на выходе АЦП представляет собой последовательность двоичных чисел, которая может быть записана на лазерный диск или обработана компьютером. Обратная конверсия цифрового сигнала в непрерывный осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Качество аналогово – цифрового преобразования характеризует параметр, называемый разрешением. Разрешение – это количество уровней квантования, используемых для замены непрерывного сигнала цифровым сигналом. Восьмиразрядная выборка позволяет получить только 256 различных уровней квантования, а шестнадцатиразрядная – 65 536 уровней.

Также показателем качества преобразования сигнала в цифровую форму является частота дискретизации – количество преобразований аналог – цифра, производимое устройством за одну секунду.

Этот показатель измеряется килогерцами. Значение частоты дискретизации современных лазерных дисках равно 44,1 кГц.

На диске все звуки преобразованы в последовательность единиц и нулей, которые выглядят как выступы и впадины. При этом копии можно получить практически такого же качества, как и оригинал.

Наименьшей единицей информации является бит – одно из двух возможных событий – да, нет (1 или 0). Более крупная единица информации – байт- равна 8 бит. Еще более крупная единица информации – 1Кбайт = 1024 байт. Далее 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт, 1Тбайт = 1024 Гбайт.