4. Информационные ресурсы
Информация как политический ресурс.
Эффективное управление государством невозможно без достоверной информации о состоянии важнейших подсистем страны. Поэтому правительство любой страны уделяет огромное внимание функционированию информационного аппарата, как наиболее действенному рычагу управления государством.
Информация как военный ресурс.
Разведка представляет собой поиск информации для принятия решений и осуществления действий. Добытая информация и есть разведанные.
Информация как народнохозяйственный ресурс.
Национальные информационные ресурсы - новая экономическая категория. А.Оеттингер - профессор Гарвардского университета, считает: "информация становится таким же основным ресурсом, как материалы и энергия, и, следовательно, по отношению к этому ресурсу должны быть сформулированы те же критические вопросы: кто им владеет, кто в нем заинтересован, насколько он доступен, возможно ли его коммерческое использование?"
Информация как ресурс науки и производства.
Ежегодно в мире публикуется около 100 тыс. журналов на 60 языках, 5 млн. научных статей, книг, брошюр, 250 тыс. диссертаций и отчетов. Всемирный фонд описаний изобретений содержит 500 млн. страниц текста и ежегодно пополняется на 1 млн. документов, содержащих информацию о 350 тыс. изобретений. Ежеминутно в мире публикуется примерно 2 тыс. страниц научных текстов, каждые 1,5 – 2 минуты предлагается новое техническое решение, каждый час регистрируется 15-20 изобретений или открытий. Современному специалисту следовало бы ежедневно прочитывать примерно 1,5 тыс. страниц текста, чтобы не отставать от уровня сегодняшнего дня. Вопрос надежности, своевременности и эффективности информации приобрел сегодня особое значение. Информационное невежество приводит к банкротству. Развитие информационной индустрии происходит очень высокими темпами. Уже сейчас в мире работают несколько сотен информационных центров, имеющих около 3000 баз данных с возможностью общения в диалоговом режиме. Только в США в памяти информационных систем в 1984 г. хранилось примерно 1,7 10^12 записей. Доходы американских компаний информационной индустрии в 1990 году превысили 1000 млрд. долларов.
5. Виды информации
Человек воспринимает информацию через органы чувств: зрение, слух, осязание, обоняние. Наибольшее количество воспринимаемой человеком информации приходится на зрение и слух. С другой стороны, в связи с возрастающей ролью ЭВМ в различных сферах интеллектуальной деятельности, возникает потребность в обмене данных и между ними. Поэтому, для обмена информацией для человечества весьма важно увеличивать расстояния, на которые можно передавать различные звуковые сигналы, изображения и данные.
Информация, воспринимаемая человеком или ЭВМ, передается на большие расстояния с помощью каналов электросвязи. Для передачи по каналам электросвязи информацию, содержащуюся в виде изображения, звука или цифр, необходимо преобразовать в электрические сигналы, передать их по линии связи на заданное расстояние в нужное место, где вновь совершить обратное преобразование электрических сигналов в исходную информацию. Полученная в приемнике информация должна в точности совпадать с исходной информацией. Чтобы предъявлять определенные требования к качественным показателям передачи информации по каналам связи, необходимо пользоваться точными критериями. Рассмотрим некоторые критерии применительно к указанным формам информации.
Звуки
Следует отметить, что для звуковых колебаний, совпадение формы сигнала на передаче и приеме не является обязательным. Здесь важным является сохранение соотношений между амплитудами частотных компонент, из которых состоит звук. Акустика разработала целый ряд критериев качества звука, из которых мы используем три, решающих при создании и анализе технических средств связи. К ним относятся: диапазон частот; динамический диапазон; допустимый уровень шумов.
1) Частотный диапазон: 16 - 20000 Гц - различает высококлассный музыкант; 30 - 15000 Гц - отличное (50 - 10000 Гц - хорошее) воспроизведение музыки; 300 - 3400 Гц - отличное качество связи для разговора по телефону.
2) Динамический диапазон - логарифм отношения максимального значения средней мощности звука к средней мощности наиболее слабых звуков. Соотношение между звуками различной интенсивности измеряется в логарифмических единицах, потому, что человеческое ухо сравнивает не абсолютное а относительное изменение мощности звука. Сравнивая между собой интенсивности воздействия двух звуковых колебаний, имеющих соответственно мощности Р1 (максимальное значение средней мощности звука) и Р2 (средняя мощность наиболее слабых звуков), пользуются выражением:
Например, динамический диапазон: телефонной речи составляет - 43 дБ; оркестра - 56 дБ; истребителя и рок группы – 120 дБ.
3) Уровень шума, при телефонной связи, должен быть не менее, чем на 34 дБ, ниже средней мощности полезного сигнала. Допустимая величина помехи при музыкальной передаче должна быть снижена еще больше - до 44 - 47 дБ.
Изображения
Задача передачи изображений на далекие расстояния возникла давно. Известны попытки в начале XIX века (т.е. задолго до изобретения телефона), однако эти попытки были безуспешными до тех пор, пока изобретатели не догадались, что для передачи любого изображения его нужно разложить на элементы и передавать их последовательно. Таким образом, чтобы передать с помощью электрического тока некоторое неподвижное изображение, необходимо каждый элемент этого изображения один за другим превратить в последовательность электрических сигналов. Для этого все элементы последовательно друг за другом освещаются ярким лучом света, а отраженное изображение элемента фокусируется на фотоэлемент, на выходе которого появляются электрические импульсы и их интенсивность пропорциональна интенсивности светового импульса, воспринимаемого фотоэлементом. На другом конце линии ток воздействует на лампу, меняющую свою яркость пропорционально его амплитуде. Свет от лампы фокусируется в точку на светочувствительной пленке, и эта точка с помощью механических или электронных устройств движется по пленке с такой же скоростью (синхронно) и в том же относительном положении (синфазно), как и соответствующая точка на передающем конце, двигающаяся по изображению, которое нужно передать. Проходящий через линию электрический ток можно охарактеризовать (аналогично звуковым колебаниям) тремя параметрами: частотным и динамическим диапазонами; уровнем допустимых помех.
1) Частотный диапазон можно определить, если задаться временем, за которое мы хотим передать фототелеграмму, и разрешающей способностью. Пусть самая маленькая точка на фототелеграмме будет равна 0,25 мм, т.е. разрешающая способность составляет 4 линии на 1 мм. Тогда на стандартном (формат А4) листе бумаги размером 210 х 300 мм можно (1 мм х 1 мм = 4 х 4 = 16 точек) разместить 210 х 300 х 16 >> 1 000 000 точек. Передавая телеграмму за 3 мин (180 сек) и учитывая, что наибольшая частота сигнала возникает при последовательном чередовании самых маленьких (элементарных) белых и темных точек, получим предельную частоту 1 000 000 : 180 : 2 = 2 780 Гц. Двойка в делителе поставлена потому, что период предельной частоты равен времени прохождения лучом двух соседних точек - светлой и темной. Самая низкая частота возникает в случае, если на фототелеграмме изображен простейший рисунок - одна половина листа белая, а другая - черная. В результате период наименьшей частоты равен времени прохождения лучом одной строки целиком. Эта наименьшая частота равна числу строк (300 мм х 4 = 1200), деленному на время передачи листа (180 сек), т.е. 6,7 Гц. В отличие от фототелеграфа в телевидении передаются подвижные изображения и смена кадров осуществляется 50 раз в секунду. Если считать, что каждый кадр телевизионного изображения - это своеобразная фототелеграмма, легко вычислить частотный диапазон телевизионного изображения. Стандартом установлено, что телевизионное изображение имеет 625 горизонтальных строк и размер кадра по высоте относится к размеру по ширине как 3:4. Если каждую элементарную точку считать квадратной, то общее их число составит 625 х 625 х 4/3 = 52 10^4. Учитывая, что число кадров в секунду равно 50 и что наивысшая частота определяется чередованием черных и светлых элементарных точек, предельная частота окажется равной 52 х 10^4 х 50/2 = 13 х 10^6 Гц. Чтобы уменьшить эту весьма большую частоту, в каждом кадре передается только половина строк. Из-за инерции нашего зрения для глаз это оказывается незаметным, зато предельная частота уменьшается вдвое. Самая низкая частота, необходимая для передачи телевизионного изображения, это частота смены кадров - 50 Гц. Таким образом, для передачи телевизионного изображения требуется диапазон частот от 50 Гц до 6,5 МГц.
2) Динамический диапазон как в фототелеграфном, так и в телевизионном изображении почти одинаков. На экране телевизора различимы 8-10 четко разделенных градаций яркости. Установлено, что человеческий глаз различает изменения яркости, если интенсивность света двух соседних ступенек различается примерно в два раза, (что в логарифмическом отсчете соответствует 3 дБ). Отсюда при 8-10 различных градациях динамический диапазон телевизионного изображения составит 24 - 30 дБ.
3) Уровень помех для хорошего качества принимаемого телевизионного изображения должен быть меньше уровня сигнала по крайней мере на 40 дБ.
Данные
Рассмотрим те формы информации, которые передаются и воспринимаются приборами. Старейшим и наиболее распространенным прибором является телеграф. В буквопечатающем телеграфном аппарате для передачи каждого знака используется пятиэлементный код, передаваемый двоичными сигналами. Для пятибитового кода получим 32 знака (2^5 = 32), 26 из них используются для обозначения части букв русского алфавита. Остальные управляющие символы. Так как данные представляются с помощью цифр, а цифры кодируются 0 или 1, то для передачи данных по каналу связи используются фиксированный частотный и постоянный динамический диапазоны. Поэтому вместо характеристики частотный диапазон используется - скорость передачи данных, размерность которой бит/сек.
1) Скорость передачи данных для телеграфного аппарата рассчитывается из максимальной скорости работы телеграфиста, которая составляет 360 - 400 знаков в минуту или 6-7 знаков в секунду. Каждый знак - 5 бит, тогда скорость передачи составит 30-35 бит/сек. Современные телеграфные аппараты используют для каждого знака не 5, а 8 бит. Тогда нетрудно рассчитать скорость передачи, которая составит - 6 х 8 = 50 бит/сек. Эта скорость является типовой для телеграфных аппаратов. Кроме нее установлены еще две типовых скорости передачи 100 и 200 бит/сек.
2) Обычно устройства приема двоичных сигналов или сигналов передачи данных определяют наличие сигнала только в том случае, когда он достигает величины равной половине его номинальной амплитуды, в противном случае - отсутствие сигнала. Для телеграфа вероятность возникновения ошибки принята равной 10^4, а для передачи данных - 10^6. Борьба с ошибками идет в основном по двум путям: увеличивается соотношение сигнал/помеха или усложняются методы кодирования.
Отметим, что в телеграфе этот восьмизначный код, позволяющий создать 2^8 = 256 комбинаций, передает 52 знака, а при передаче данных он передает только 10 цифр. Естественно, что этот код для передачи данных можно сделать более помехозащищенным, чем для телеграфа.
Дискретная информация
Передача данных является частным случаем информации, которую принято называть дискретной. Дискретная информация в конечном счете также является цифровой, однако может иметь большее разнообразие форм записи и методов передачи (см. рис. ниже).
1) Рассмотрим взаимосвязь между характеристиками частный диапазон и скорость передачи данных. В теории электрической связи установлены закономерности, связывающие между собой длительность импульса тока во времени и спектральный состав этого импульса. Теоретически спектр частот импульса, имеющего конечную протяженность во времени t секунд, бесконечен. Однако практически основная энергия спектральных компонент сосредоточена в диапазоне частот, не превышающих значение 1/t Гц. Но 1/t - это скорость передачи бинарной информации, исчисляемая количеством бит в секунду. Таким образом, на каждый бит в секунду требуется полоса в 1 Гц.
2) Теперь о динамическом диапазоне. При передаче бинарной информации средняя мощность сигнала неизменна. Следовательно нет перепада уровней. Соотношение сигнал/помеха зависит от требуемой верности приема. Если при передаче бинарных сигналов допустить возможность в среднем одной ошибки на 10^5 бит, то при так называемом тепловом шуме соотношение сигнал/помеха должно быть 18,8 дБ, а при одной ошибке на 10^6 бит - 19,7 дБ. При импульсных помехах это соотношение зависит от частоты появления импульсов, их амплитуды и других параметров и должно подчитываться отдельно для каждого случая.
Таким образом, аналоговый электрический сигнал, также как и исходный информационный сигнал, может быть охарактеризован тремя основными параметрами: частотным и динамическим диапазонами, соотношением сигнал/помеха. Для дискретных сигналов достаточно ограничиться двумя параметрами: диапазоном частот, который можно заменить скоростью передачи двоичных сигналов, и соотношение сигнал/помеха, оценку которого удобно заменить допустимой ошибкой в приеме двоичного сигнала.
|
