Передача информации. Процесс передачи информации Передача информации при помощи слов называется
Изучаемые вопросы:
ªИсточник и приемник информации.
ªИнформационные каналы.
ªРоль органов чувств в процессе восприятия информации человеком.
ªСтруктура технических систем связи.
ªЧто такое кодирование и декодирование.
ªПонятие шума; приемы защиты от шума.
ªСкорость передачи информации и пропускная способность канала.
Ключевыми понятиями в описании процесса передачи информации являются источник информации, приемник информации, информационный канал. Схематично этот процесс можно изобразить так (рис. 7.2):
Рис. 7.2. Схема процесса передачи информации
В таком процессе информация представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов - речи, при чтении текста человек воспринимает буквы - графические символы. Передаваемая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук - акустические волны в атмосфере, изображение - световые электромагнитные волны). Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, телевидение.
Можно говорить о том, что органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. С их помощью информационное воздействие на человека доносится до памяти.
В рамках данной темы ученики должны уметь приводить конкретные примеры процесса передачи информации, определять для этих примеров источник, приемник информации, используемые каналы передачи информации.
При углубленном изучении базового курса информатики следует познакомить учеников с основными понятиями технической теории связи. Американским ученым Клодом Шенноном, одним из основателей теории информации, была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная на рис. 7.3.
Рис. 7.3. Схема технической системы передачи информации
Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством - микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов через которые проходит сигнал). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека - приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.
Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.
Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. На заре эры радиосвязи применялся код азбуки Морзе. Текст преобразовывался в последовательность точек и тире (коротких и длинных сигналов) и передавался в эфир. Принимавший на слух такую передачу человек должен был суметь декодировать код обратно в текст. Еще раньше азбука Морзе использовалась в телеграфной связи. Передача информации с помощью азбуки Морзе - это пример дискретной связи.
В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация кодируется в двоичную форму (0 и 1 - двоичные цифры), а затем декодируется в текст, изображение, звук. Цифровая связь, очевидно, тоже является дискретной.
Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Часто, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор совсем других людей. В таких случаях необходима защита от шума.
В первую очередь применяются технические способы зашиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают самые разные, иногда простые, иногда - очень сложные. Например, использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.
Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.
Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и подорожанию связи. Теория кодирования К. Шеннона как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой информации будет минимально-возможной, а достоверность принятой информации - максимальной.
В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передаче. Все сообщение разбивается на порции - блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.
При обсуждении темы об измерении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог - процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров или кубометров, перекачиваемых за единицу времени (л/с или куб. м/с). В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. А если информацию непосредственно принимает человек, то его органы чувств - внутренние информационные каналы человека. По аналогии с водопроводом можно говорить об. информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации - это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.
Еще одно понятие - пропускная способность информационных каналов - может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому техническими условиями использования водопровода всегда определяется предельное давление и как результат - предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи (телефонные лини, радиосвязь, оптико-волоконный кабель). Причины этому также носят физический характер.
Пример практического задания
Задание. Определите собственную скорость восприятия информации при чтении вслух и «про себя».
Данное задание носит творческий характер. Ученик должен сам спланировать эксперимент. План может быть следующим: взять книгу и выбрать в ней страницу, заполненную текстом. Желательно, чтобы этот текст был новым для ученика, но понятным, т.е. информативным. Подсчитать число символов в тексте. Для этого нужно определить среднее число символов в строке, число строк на странице. Умножив эти два числа, получим число символов во всем тексте. Разумно допустить, что для набора текста книги использован компьютерный алфавит, мощность которого равна 256. Следовательно, каждый символ несет 1 байт информации. Таким образом, общее число символов равно информационному объему текста в байтах. Далее нужно читать текст вслух, измеряя по секундомеру время чтения. Скорость чтения должна быть такой, чтобы ученику было понятно содержание текста. Проверить это можно, попытавшись пересказать прочитанное. Если ученик ничего не запомнил, значит он не воспринял информацию, и скорость чтения следует уменьшить. Окончательный ответ получается путем деления объема информации на время в секундах.
Предположим, что в выбранной книге на странице расположено 40 строчек; в каждой строке в среднем по 50 символов (пробелы тоже нужно считать). Следовательно, на странице - 2000 символов и информационный объем текста равен 2000 байт. Время чтения в слух - 140 секунд. Значит, скорость восприятия информации при чтении вслух равна 2000/140 = 14,3 байт/с.
Повторение такого же эксперимента с чтением «про себя» может дать более высокий результат.
Полезно обратить внимание учеников на то, что для более точной оценки средней скорости чтения желательно брать текст большего размера. Различные фрагменты текста могут оказаться разными по степени сложности восприятия. Чем текст больше, тем результат ближе к объективному среднестатистическому.
План-конспект урока информатики в 5 классеТема: «Передача информации»
Цели и задачи (предметные): рассмотреть примеры передачи информации в различных сферах человеческой жизнедеятельности, выявить закономерности и составные компоненты процесса передачи информации, закрепить понятия источника и приёмника информации, ввести понятие информационного канала и помех, познакомить учащихся с принципами работы с электронной почтой, частично закрепить полученные знания в ходе парной, групповой и практической работы на компьютере.
Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер учителя, презентация к уроку, раздаточный материал (для работа в парах и группах), рабочие тетради учащихся, компьютеры учащихся с установленным тренажером «Электронная почта».
2 мин
Этапы урока.определение основных участников процесса (при помощи анализа и обобщения конкретных примеров)
классификация примеров по типу и количеству участников (работа в парах)
введение и понятия информационного канала через решение проблемных вопросов и анализ ситуаций
первичное закрепление темы в форме фронтальной устной работы и просмотра фрагментов мультфильмов с их последующим обсуждением
анализ ситуаций, приводящих к потерям или искажению информации,
работа в группах с элементами закрепления и выявления степени осознанности усвоения материала
Организационный момент.
Актуализация знаний. Фронтальное повторение при помощи интерактивно-управляемой программы.
Определение темы урока через решение проблемной ситуации. Постановка целей и задач урока.
Составление схемы передачи информации и её анализ:
Фронтальная беседа с элементами объяснения по теме: «Что такое электронная почта и как с ней работать?»
Практическая работа на компьютерах (выполняется индивидуально) с тренажером «Электронная почта» - имитирует создание электронного ящика и отправку электронного письма.
Рефлексия. Самооценка достижений учащихся и результативности урока.
Подведение итогов урока учителем. Выставление оценок. Д/з.
Ход урока.
Здравствуйте, садитесь.
Предлагаю начать наш урок с небольшой разминки , которая позволит нам вспомнить, что мы изучали на предыдущих уроках (к тому же на следующем уроке вы будете выполнять контрольный тест по материалам 1 четверти, так что наше повторение будет вдвойне полезным).
Кстати, эта интерактивная программа была подготовлена для вас учениками 11 класса, которые изучили программирование на языке VisualBasic и вы, когда подрастете и будете учиться в 11 классе, то тоже сможете создавать подобные программы, а может даже лучше и сложнее.
Ну что ж, мы вошли в рабочий ритм, и я предлагаю вам посмотреть на слайд. Здесь изображены 3 ситуации : ученик отвечает перед классом домашнее задание, человек набирает текст на компьютере, мама разговаривает с сыном по телефону.
Подумайте, что объединяет эти ситуации ?… (в них происходит передача информации ) Это и есть тема нашего сегодняшнего урока. Мы обсудим, какие составляющие необходимы для осуществления передачи информации и всегда ли этот процесс возможен. Постараемся рассмотреть как можно больше примеров и способов передачи информации от древних до самых современных, которые мы с вами сейчас можем использовать.
По ходу урока мы попробуем составить схему передачи информации , откройте для этого свои Рабочие тетради №72 (стр.48), на которой отметим все необходимые составляющие этого процесса.
Итак, вернемся к уже рассмотренным примерам передачи информации,
пример про ученика, кто передает информацию? (мальчик), а кто ее получает? (остальные ученики)
пример про человека и компьютер (передает человек, получает компьютер)
пример про телефон (передает мама, получает сын и наоборот)
Какие же компоненты есть во всех этих примерах? (кто передает информацию и кто ее получает, как они называются /помните?/ ИСТОЧНИК и ПРИЕМНИК) запишем в схему
Этой схемой можно изобразить любой пример передачи информации, но при этом ситуации могут существенно отличаться друг от друга.
Работа в парах .
На каждой парте лежит список примеров передачи информации, сейчас, работая в парах, вы попробуете отобрать из этого списка те, которые будут соответствовать вашему заданию (учитель раздает задания на разрез. листах и комментирует) Проверяем.
Из списка примеров выберите те, в которых:
Один источник и один приёмник
Мальчик читает книгу. Учитель пишет на доске. Передача фотографии с одного сотового телефона на другой.
Один источник и несколько приёмников
Семья смотрит телевизор. Певец выступает перед публикой в зале.
Несколько источников и один приёмник
Выступления учащихся записываются на видеокамеру.
Источник – одушевлённый, а приёмник –нет
Учитель пишет на доске. Выступления учащихся записываются на видеокамеру.
Источник – неодушевлённый, а приёмник – одушевлённый
Мальчик читает книгу. Семья смотрит телевизор.
Ученик изучает публикации в Интернете для написания реферата.
Источник и приёмник – одушевлённые, источник и приёмник – неодушевлённые Певец выступает перед публикой в зале. Друзья обсуждают фильм. (Чем еще отличается этот пример?) Передача фотографии с одного сотового телефона на другой
Ситуации передачи могут также отличать по ее характеру : ситуация 1 – мальчик переходит улицу по сигналу светофора: источник светофор, приемник мальчик, могут они поменяться ролями? нет. Это односторонний характер передачи
ситуация 2 – мальчик играет за компьютером, источник – мальчик, приемник – компьютер, но компьютерная программа реагирует на действия мальчика, выдаёт сообщения, меняет что-то, а в ответ на это мальчик действует дальше. Т.О. источник и приемник меняются местами, это двусторонний характер передачи. Приведите еще пример двустороннего характера передачи .
А как по вашему: благодаря чему возможен или осуществляется переход информации от источника к приемнику? Например, когда мальчик переходит улицу или читает книгу: благодаря чему он получает информацию / бл. зрению /, когда зрители слушают выступление певца – слуху, когда мы нюхаем цветок – обонянию, т.о. органы чувств выполняют роль некоего посредника, который называется каналом связи или информационным каналом
А всегда ли будет достаточно только органов чувств для передачи информации? /нет, если приемник и источник находятся далеко друг от друга/ Что может помочь в этом случае? (телефон, Интернет, радио, телевидение, телеграф) До того, как человечество изобрело эти замечательные приспособления, люди использовали другие приемы – об этом желающие подготовят сообщение к следующему уроку (можно, и желательно с сопровождением в виде иллюстраций презентации), а когда и кем были созданы эти замечательные устройства вы все узнаете, когда будете выполнять д/з в рабочей тетради. Мы его запишем чуть позже.
Таким образом, делаем вывод: существуют 2 типа информационных каналов:
1 – биологические (органы чувств передают сигналы человеческому мозгу)
2– технические (различные технические устройства и приспособления помогают людям обмениваться информацией на расстоянии)
добавляем эту запись на схему
Задание: Определите канал и тип передачи информации (односторонний или двусторонний) (устно по цепочке)
Бабушка читает письмо
Мальчик просыпается от звонка будильника
Разговаривают подруги Таня и Лена
Учитель пишет на доске
Учитель объясняет материал классу
Передача фотографии с одного сотового телефона на другой
Примеры передачи информации можно встретить и в различных литературных произведениях . Давайте посмотрим:
Из какой сказки этот отрывок (сказка Пушкина «О мертвой царевне и 7 богатырях»). Кто или что является источником – зеркало, приемником – царица, каналом является – зрение и слух ,
Еще 1 отрывок из той же сказки. Кто или что является источником – солнце, месяц, ветер, приемником – царевич Елисей, каналом является – зрение и слух,
Из какой сказки этот отрывок (сказка Пушкина «О золотом петушке»). Кто или что является источником – петушок, приемником – царь, стражники, каналом является – слух. А какие еще способы передачи информации вы увидели в этом отрывке? (с помощью костров и с помощью колокола – так раньше можно было быстро по цепочке передать сигнал об опасности)
Из какой сказки этот отрывок (сказка Пушкина «О царе Салтане»). Кто или что является источником – царица , письмо, приемником – царь , каналом является – гонец. А что в этом примере произошло с информацией при ее передаче? Ткачиха с поварихой и сватьей бабой бабарихой заменили письмо царицы на другое и до царя дошла неверная искаженная информация.
Такие ситуации бывают нередко ? Они возникают в тех случаях, когда на информационный канал воздействую различные помехи. Например, гроза – прерывает или ухудшает качество передачи по радио или телевидению, сбой в работе сети – СМС сообщение или электронный файл доходит не полностью. А вспомните опять же в различных литературных произведениях иногда находят у моря бутылку с запиской внутри, но если в нее попала вода, то часть информации могла утратиться.
Вот и у меня произошла похожая ситуация. Во время распечатывания задания, компьютерный вирус испортил текст, часть информации пропала, а часть слов перепуталась так, что ничего не понятно. Попробуйте восстановить исходный вариант. Подсказка – эта информация связана с темой сегодняшнего урока.
Задание по группам
№1 Восстанови пропущенные слова:
«Тот, кто передает информацию, называется ……………. А тот, кто ее получает - ………………….. Передача происходит благодаря наличию …………………….. канала. Органы ………………… относятся к биологическим каналам, а телефон, компьютер – к …………………………»
№2 Расшифруй слова (в них перемешались буквы)
ИКЧНТОИС, РПЁИНМКИ, ЛАНАК, ХИМЕПО – основные понятия сегодняшнего урока
№3 В словах пропущены или добавлены лишние буквы, восстанови исходную информацию. ОАЫ УВТВ, ТРЕРЛРЕРФРОРНР, РРААДДИИОО, КЛКЛ – примеры инф. каналов
Проверка .
А скажите: какой способ передачи информации на дальние расстояния сейчас самый быстрый и эффективный? (Интернет: скайп или эл.почта ) Кто-то уже пользовался скайпом и эл.почтой?
Скажите, а чем электронное письмо и почта отличаются от обычных? (быстрее дойдет, можно красиво оформить, можно прикрепить фотографии, видео, музыку)
А что необходимо, чтобы иметь возможность посылать и получать эл.письма? (создать, зарегистрировать свой ящик – создать папку на сайте – почтовом сервере, через которую и будет происходить обмен корреспонденцией) Ему надо придумать имя и тогда ваш адрес будет состоять из 2х частей: имени ящика и имени сервера (сайта), на котором вы его создали, зарегистрировали. А между этими частями ставится специальный знак – эт. (см. слайд) Пример адреса: BMV@mail.ru
Сейчас с помощью специального компьютерного тренажера мы попробуем создать свой электронный почтовый ящик и отправить письмо. (Работать будем все вместе, внимательно слушайте меня) ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА.
(Запустите приложение «ЭП», перед вами открылось окно похожее на страницу всем известного сайта яндекс, найдите в правом верхнем углу раздел для регистрации и нажмите кнопку «Завести ящик», перед вами открылась форма, которую вы должны заполнить: имя, фамилия, логин – это имя вашего ящика, пароль – несколько символов: буквы, цифры, повторите его /эти данные нужно помнить и никому не сообщать/. Контрольный вопрос составляется на тот случай, если вы все же забыли пароль, но хотите попасть в свой почтовый ящик. Вводим код с картинки и нажимаем кнопку внизу.
Перед вами появилось окно, похожее на то, что мы видим заходя в свой почтовый ящик: слева папки - входящие, отправленные, удаленные, а по центру – можно написать письмо, вводим адрес – англ.буквами – , тема – это знак воспитания – приветствие, текст - …. Нажмите кнопку «отправить».
Всё. Вот теперь вы сможете и сами создать почтовый ящик дома и обмениваться с его помощью информацией с друзьями.
Но об этом мы поговорим еще в следующий раз, а сейчас пересаживаемся за парты и подведем итоги урока.
В электронных письмах, а иногда и в СМС-сообщениях люди часто используют «смайлики», отображающие их настроение или отношение. Сейчас с помощью таких смайликов я попрошу вас оценить сегодняшний урок и ваше участие в нем. (на отдельных листочках – подпишите свою фамилию и нарисуйте 2 смайлика).
Я хочу вас поблагодарить за хорошую работу на сегодняшнем уроке (оценки особо отличившимся), а насколько хорошо вы усвоили изученный материал мы проверим в ходе контрольного теста на следующем уроке. Итак, запишите домашнее задание.
Описание работы : Данный материал будет полезен для учителей информатики, преподающих данный предмет в системе НПО и/или СПО, а также в профильных классах школ. Главная специфика материала - это его профессиональна направленность. Возраст учащихся - 1 курс профлицея, что соответствует 10 классу школы. Представленные задания могут применяться на уроках информатики при изучении темы «Информация и информационные процессы».
Примеры и задания к теме «Информация и информационные процессы»
Информатика - одна из фундаментальных областей научного знания, отражающая системно - информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации. Информатика — научно-практическая дисциплина с широчайшим диапазоном применения.
Познавая окружающий мир, человек постоянно имеет дело с информацией. Она помогает человеку правильно оценить происходящие события, принять обдуманное решение, найти наиболее удачный вариант действий. Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия на ее основе решений и их выполнения. В производственной деятельности информация передается в виде текстов и чертежей, справок и отчетов, таблиц и других документов, информацией являются и показания различных приборов, датчиков, исполнительных механизмов.
Поэтому важно научиться использовать возможности информатики и ИКТ в решении различных профессиональных задач. Именно для этого я провожу рассмотрение основных понятий данной темы на примерах с практическим профессиональным содержанием.
Методическая задача здесь - научить выявлять свойства информации, классифицировать информацию по видам. Учащиеся должны уметь приводить примеры информационных процессов в природе, обществе и технике, научиться выбирать наиболее удачную форму представления информации.
Например, для введения понятий «система», «системный эффект» используются следующие примеры, соответствующие профессиям:
· отдельные заготовки не образуют систему, но если их соединить сварочным швом, то можно изготовить, например, металлическую дверь, мангал, и т. д.
· отдельные продукты также не образуют систему, но если их использовать для приготовления хлеба по некоторой рецептуре, то мы получаем хлебобулочное изделие как систему входящих в него компонентов.
Данные объекты уже являются системами, обладающими новыми, не присущими их составным частям свойствами.
В теме «Дискретные и непрерывные сигналы» рассматриваем примеры оборудования или материалов по профессии. Дискретными являются показания цифровых измерительных приборов, которые используются при проведении сварочных работ. Переключатель диапазонов температурного режима в современных печах сконструирован так, чтобы он принимал только фиксированные положения.
Например, сахарный песок дискретен, поскольку он состоит из отдельных песчинок. А вода или масло непрерывны (в рамках наших ощущений, поскольку отдельные молекулы мы все равно ощутить не можем). Аналоговое устройство - газовая горелка с ручной регулировкой, дискретное - оборудование для точечной сварки.
В темах, связанных с подходами к определению количества информации решаем следующие задачи, содержащие элементы профессиональной направленности.
1) Если известно, что на складе имеется 32 сорта хлебобулочных изделий (или электродов различного диаметра), то информационный объем сообщения о том, что со склада отгружена партия батонов нарезных (или электродов диаметра
4 мм), находится из уравнения:
32 = 2 I , I = 5 бит, т. к. 2 5 = 32.
2) На складе предприятия хранится некоторое количество различных сортов муки (видов заготовок для сварных конструкций). Сообщение о том, что для выпечки была использованная пшеничная мука 1 сорта (заготовка № 7) содержит 5 битов информации. Сколько сортов муки (видов заготовок) хранится на складе?
3) Для приготовления салата необходимо воспользоваться 8 ингредиентами. Повар решил сэкономить продукты и воспользовался только 4. Сколько бит информации содержится в сообщении, что салат состоит из 4 составляющих?
4) Датчик температуры (давления) расположен в печи (подключен к сварочному полуавтомату или газовому баллону). Он передает сообщения о температуре в помещении (давлении внутри баллона) и может принимать целые значения в промежутке от 220 до 280, которое записывается при помощи минимально возможного количества бит. Датчик выдал 80 измерений. Определить информационный объем результатов наблюдений.
а) 60 байт б) 70 бит в) 80 байт г) 480 байт.
4) На складе 2 помещения. Одно состоит из 10 стеллажей по 5 полок каждый, второе - из 8 стеллажей по 4 полки. Какое минимальное количество бит потребуется для кодирования каждой полки в автоматизированной системе?
5) В непрозрачной упаковке в случайном порядке хранятся 10 электродов диаметром 3 мм, 20 электродов диаметром 4 мм, 30 электродов диаметром 5 мм и 40 электродов диаметром 6 мм. Какое количество информации будет содержать зрительное сообщение о диаметре вынутого из упаковки электрода?
Решение: Так как количество электродов различных диаметров неодинаково, то зрительные сообщения о диаметре вынутого из упаковки электрода также различаются и равны количеству электродов данного диаметра деленному на общее количество электродов:
10 + 20 + 30 + 40 = 100 - электродов всего,
P 3мм = 10/100; P 4мм = 20/100; P 5мм =30/100; P 6мм = 40/100, следовательно:
P 3мм = 0,1; P 4мм = 0,2; P 5мм = 0,3; P 6мм = 0,4.
События неравновероятны, поэтому для определения количества информации, содержащегося в сообщении о диаметре электрода, воспользуемся формулой Шеннона:
I = - (0,1·log 2 0,1+ 0,2·log 2 0,2 + 0,3·log 2 0,3 + 0,4·log 2 0,4) = 1,85 бит.
Аналогично составляется задача и для других профессий. Достаточно заменить, например, упаковку электродов на коробку конфет «Ассорти» (для профессии «Кондитер сахаристых изделий»).
В теме «Классификация информационных процессов» провожу рассмотрение информационных процессов в профессиональной деятельности человека.
Например, в теме «Языки кодирования. Формализованные и неформализованные языки» в процессе обсуждения приходим к выводу о том, что любая профессия требует своего специального формального языка, своих особых терминов - профессиональных слов, которые присущи только ей. Например, в сварке есть электрододержатели, а у пекарей под печи.
Пример производственного информационного процесса:
Рис 1. Как создается новое изделие
Человек создал приборы — микроскоп и телескоп, термометры и тахометры и др., позволяющие извлекать ту информацию, которая недоступна ему в непосредственных ощущениях. Получение информации техническими системами называется вводом информации, который может осуществляться либо человеком, либо с помощью специальных измерительных устройств - датчиков. Данные устройства необходимы для сбора информации и автоматизации любого технологического процесса на производстве.
Поиск информации всегда сопровождается ее отбором. Отбор может составлять часть информационного поиска или выполняться как самостоятельная операция. В процессе отбора информации она может проходить процедуры сравнения, регистрации, измерения величин и их представления, оценки свойств в соответствии с заданными критериями и др.
Проект «Новости профессии»
Тип проекта: информационный, общий.
Планируемый результат : создание учащимся подборки сообщений, иллюстраций, заметок из периодической прессы (и других источников информации) о своей профессии с целью их последующего применения на уроках информатики и спецтехнологии.
Цели : закрепить навыки учащихся связанные с информационными процессами, а именно, обменом, хранением и обработкой информации. Формирование навыка самостоятельного выполнения задания, а также потребности к расширению своего кругозора. Кроме этого идёт параллельная подготовка к изучению последующих тем.
Учебно-педагогическая задача: используя материалы периодической печати, (Интернета) произвести поиск и отбор материалов по своей профессии. Проанализировать представленный материал и снабдить его собственными комментариями. Представить свою работу, обосновав критерии отбора материала.
Длительность : 2-3 недели.
В ходе выполнения проекта учащиеся вовлекаются в процесс поиска и систематизации информации, получаемой из внешних источников. У них формируется потребность к самообразованию, актуализируется их творческое начало.
Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. При прохождении этой темы рассматриваем некоторые виды документов необходимых для организации технологических процессов и производства в целом.
Обработка (преобразование) информации — это процесс, в ходе которого изменяется содержание или форма представления информации. Обрабатывать можно информацию любого вида, и правила обработки могут быть самыми разнообразными.
Например, работник склада составляет картотеку материальных ценностей. На каждый предмет заполняется запись, на которой указываются все его параметры: наименование, год выпуска, стоимость и пр. Из них создается база данных, где эти записи располагаются в строгом порядке.
Рассмотрим еще примеры обработки информации (таблица 1):
Таблица 1. Примеры обработки информации
|
Пример обработки информации |
Входная информация |
Правило преобразования |
Выходная информация |
|
Приготовление блюда из … |
Набор исходных продуктов. |
Рецепт приготовления. |
Готовое изделие. |
|
Определение времени приготовления … |
Время начала работ и время их завершения. |
Математическая формула. |
Время, затрачиваемое на приготовление... |
|
Получение инструктажа перед работой |
Наряд - задание на работу. |
Чтение текста или схемы задания и пояснения к ним. |
Усвоенная (понятая) информация рабочим, готовым к выполнению задания. |
|
Ремонт какой-либо системы, устранение неисправности. |
Признаки повреждения и результаты тестирования. |
Знания и опыт мастера по ремонту. |
Алгоритм или способ устранения неисправности. |
Информация передаётся в форме сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.
Работу такой схемы можно пояснить на следующих примерах передачи информации в социальных и технических системах (таблица 2).
Таблица 2. Примеры передачи информации
|
Процесс |
источник |
приемник |
носитель |
канал связи |
помехи |
|
Мастер - рабочий |
звуковая волна |
шум, в бытовом смысле этого слова |
|||
|
Ввод данных о работе цеха за неделю для начисления зарплаты |
компьютер |
электричество |
перепад напряжения в сети |
||
|
Датчик - человек |
шкала прибора |
зрение человека |
неисправности прибора |
||
|
Поиск информации по профессии в компьютерной сети |
компьютер |
компьютер |
электричество |
компьютерные сети |
сбой в сети |
|
Отопительная система (печь) - человек (без непосредственного) контакта |
отопительная система |
воздух с параметром - температура |
открытое окно (или дверь) в холодное время года |
||
|
Сборка изделия из готовых деталей |
форма деталей |
сила трения |
мусор в месте соединения |
Таким образом, происходит рассмотрение основных понятий данных тем на примерах с элементами практического профессионального содержания.
Литература
1. Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Справочник по информатике для школьников. -Екатеринбург: «У-Фактория», 2003. -192 с.
2. Горячев А., Шафрин Ю. Практикум по информационным технологиям-М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. -205 с.
3. Дж. Дьюи. Демократия и образование: Пер. с англ. -М.: Педагогика-Пресс, 2000. - 384 с.
4. Макарова Н.В. Информатика. Практикум по информационным технологиям. - СПБ.: Питер, 2001. -180 с.
5. Полат Е.С. Типология телекоммуникационных проектов. //Наука и школа. -№ 4, 1997.- с.30-34.
Распространение информации происходит в процессе ее передачи.
При передаче информации всегда есть два объекта – источник и приемник информации. Эти роли могут меняться, например, во время диалога каждый из участников выступает то в роли источника, то в роли приемника информации.
Информация проходит от источника к приемнику через канал связи, в котором она должна быть связана с каким-то материальным носителем. Для передачи информации свойства этого носителя должны изменяться со временем. Так лампочка, которая все время горит, передает информацию только о том, что какой-то процесс идет. Если же включать и выключать лампочку, можно передавать самую разную информацию, например, с помощью азбуки Морзе.
При разговоре людей носитель информации – это звуковые волны в воздухе. В компьютерах информация передается с помощью электрических сигналов или радиоволн (в беспроводных устройствах). Информация может передаваться с помощью света, лазерного луча, системы телефонной или почтовой связи, компьютерной сети и др.
Информация поступает по каналу связи в виде сигналов, которые приемник может обнаружить с помощью своих органов чувств (или датчиков) и «понять» (раскодировать).
Сигнал – это изменение свойств носителя, которое используется для передачи информации.
Примеры сигналов – это изменение частоты и громкости звука, вспышки света, изменение напряжения на контактах и т.п.
Человек может принимать сигналы только с помощью своих органов чувств. Чтобы передавать информацию, например, с помощью радиоволн, нужны вспомогательные устройства: радиопередатчик, преобразующий звук в радиоволны, и радиоприемник, выполняющий обратное преобразование. Они позволяют расширить возможности человека.
С помощью одного сигнала невозможно передать много информации. Поэтому чаще всего используется не одиночный сигнал, а последовательность сигналов, то есть сообщение. Важно понимать, что сообщение – это только «оболочка» для передачи информации, а информация – это содержание сообщения. Приемник должен сам «извлечь» информацию из полученной последовательности сигналов. Можно принять сообщение, но не принять информацию, например, услышав речь на незнакомом языке или перехватив шифровку.
Одна и та же информация может быть передана с помощью разных сообщений, например, через устную речь, с помощью записки или с помощью флажного семафора, который используется на флоте. В то же время одно и то же сообщение может нести разную информацию для разных приемников. Так фраза «В Сантьяго идет дождь», переданная в 1973 году на военных радиочастотах, для сторонников генерала А. Пиночета послужила сигналом к началу государственного переворота в Чили.
Таким образом, информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.
Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):
Передача информации возможна с помощью любого языка кодирования информации, понятного как источнику, так и приёмнику.
Кодирующее устройство – устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи.
Декодирующее устройство – устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.
Пример. При телефонном разговоре: источник сообщения – говорящий человек; кодирующее устройство – микрофон – преобразует звуки слов (акустические волны) в электрические импульсы; канал связи – телефонная сеть (провод); декодирующее устройство – та часть трубки, которую мы подносим к уху, здесь электрические сигналы снова преобразуются в слышимые нами звуки; приёмник информации – слушающий человек.
Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума. Существует наука, разрабатывающая способы защиты информации – криптология, широко применяющаяся в теории связи.
Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи. Иными словами, чтобы содержание сообщения, искаженного помехами, можно было восстановить, оно должно быть избыточным, то есть, в нем должны быть «лишние» элементы, без которых смысл все равно восстанавливается. Например, в сообщении «Влг впдт в Кспск мр» многие угадают фразу «Волга впадает в Каспийское море», из которой убрали все гласные. Этот пример говорит о том, что естественные языки содержат много «лишнего», их избыточность оценивается в 60-80%.
При обсуждении темы об измерении скорости передачи информации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс перекачки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются технические линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.
Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснено с помощью «водопроводной» аналогии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом давлении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный предел скорости передачи данных имеют и технические линии информационной связи. Причины этому также носят физический характер.
Лекция 12. Передача информации в линии связи
Общая схема передачи информации в линиии связи
Характеристики канала связи
Влияние шумов на пропускную способность канала
1. Общая схема передачи информации в линии связи
Использование информации для решения каких-либо задач, безусловно, сопряжено с необходимостью ее распространения, то есть с необходимостью осуществления процессов передачи и приема информации. При этом приходится решать проблему согласования метода кодирования с характеристиками канала связи, а также обеспечивать защиту передаваемой информации от возможных искажений.
Источник информации определен как объект или субъект, порождающий информацию и имеющий возможность представить ее в виде сообщения, то есть последовательности сигналов в материальном носителе. Другими словами, источник информации связывает информацию с ее материальным носителем. Передача сообщения от источника к приемнику всегда связана с некоторым нестационарным процессом, происходящим в материальной среде – это условие является обязательным, поскольку сама информация материальным объектом не является.
Способов передачи информации существует множество: почта, телефон, радио, телевидение, компьютерные сети и пр. Однако при всем разноообразии конкретной реализации способов связи в них можно выделить общие элементы: источник и получатель информации, кодирующее и декодирующее устройства, преобразователь кодов в сигналы и преобразователь сигналов в коды, канал связи, а также источники шумов (помех) и факторы, обеспечивающие защиту от шумов (см. схему на рис. 4).
Понимать схему нужно следующим образом. Источник , порождающий информацию, для передачи должен представить ее виде сообщения, то есть последовательности сигналов. При этом для представления информации он дожен использовать некоторую систему кодирования.Устройство, выполняющее операцию кодирования информации, может являться подсистемой источника информации. Например, наш мозг порождает информацию и он же кодирует эту информацию с помощью языка (например, русского), а затем представляет информацию в виде речевого сообщения посредством органов речи. Компьютер обрабатывает и хранит информацию в двоичном представлении, но при выводе ее на экран монитора он же – компьютер – производит ее перекодировку пользователю виду.
Возможна ситуация, когда кодирующее устройство оказывается внешним по отношению к источнику информации, например, телеграфный аппарат или компьютер по отношению к человеку – работающему на нем оператору. Далее коды должны быть переведены в последовательность материальных сигналов, то есть помещены на материальный носитель – эту операцию выполняет преобразователь . Преобразователь может бытьсовмещен с кодирующим устройством (например, телеграфный аппарат), но может быть исамостоятельным элементом линиии связи (например, модем, преобразующий электрические дискретные сигналы с частотой компьютера в аналоговые сигналы с частотой, на которой их затухание в телефонных линиях будет наименьшим).
К преобразователям относят также устройства, которые переводят сообщение с одного носителя на другой . Например:
телефонный аппарат, преобразующий звуковые сигналы в электрические;
радипередатчик, преобразующий звуковые сигналы в радиоволны;
телекамера, преобразующая изображение в последовательность электрических импульсов.
Рис. 4. Общая схема передачи информации
В общем случае при преобразовании выходные сигналы воспроизводят не полностью все особенности входного сообщения, а лишь его наиболее существенные стороны, то есть при преобразовании часть информации теряется. Например, полоса пропускания частот при телефонной связи находится в промежутке от 300 до 3400 Гц, в то время как частоты, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в интервале от 16 до 20000 Гц.
Таким образом, телефонные линиии «обрезают» высокие частоты, что приводитк искажениям звука; в черно-белом телевидении при преобразовании сообщения в сигналы теряется цвет изображения. Именно в связи с этими проблемами возникает задача выработки такого способа кодирования сообщения, который обеспечивал бы возможно более полное представление исходной информации при преобразовании, и, в то же время, этот способ был бы согласован со скоростью передачи информации по данной линии связи.
После преобразователя сигналы поступают в канал связи и распространяются в нем.Понятие канала связи включает в себя материальную среду , а также физический или иной процесс , посредством которого осуществляется передача сообщения, то есть распространение сигналов в пространстве с течением времени.
В табл. 20приведены примеры некоторых каналов связи.
Табл. 20. Примеры каналов связи
|
Канал связи |
Среда |
Носитель сообщения |
Процесс, используемый для передачи сообщения |
|
Среда обитания человека |
Механическое перемещение носителя |
||
|
Телефон, компьютерные сети |
Проводник |
Электрические заряды |
Перемещение зарядов (ток) |
|
Радио, телевидение |
Электромагнитное |
Электромагнитные |
Распространение электромагнитных волн |
|
Звуковые волны |
Распространение звуковых волн |
||
|
Обоняние, вкус |
Воздух, пища |
Химические вещества |
Химические реакции |
|
Осязание |
Поверхность кожи |
Ввоздействующий на кожу объект |
Теплопередача, давление |
Любой реальный канал связи подвержен внешним воздействиям, а также в нем могут происходить внутренние процессы, в результате которых искажаются передаваемые сигналы, и, следовательно, связанные с этими сигналами сообщения. Такие воздействия называютсяшумами (помехами ). Источники помех могут бытьвнешними ивнутренними . Квнешним помехам относятся, например, так называемые «наводки» от мощных потребителей электричества или атмосферных явлений; одновременное действие нескольких близкорасположенных однотипых источников сообщений (одновременный разговор нескольких человек). К помехам могут привоить ивнутренние особенности данного канала связи, например, физические неоднородности носителя; процессы затухания сигнала в линии связи, существенные при большой удаленности приемника от источника.
Если уровень помех оказывается соизмеримым с мощностью несущего информацию сигнала, то передача информации по данному каналу оказывается невозможной. Даже шумы относительно низких уровней могут вызвать существенные искажения передаваемого сигнала.
Существуют и применяются различные методы защиты от помех . Например, используется экранирование элетрических линий связи; улучшение избирательности примного устройства и так далее Другим способом защиты от помех является использование специальных методов кодирования информации.
После прохождения сообщения по каналу связи сигналы с помощью приемного преобразователя переводятся в последовательность кодов, которыедекодирующим устройством представляются в форме, необходимой для примника информации (в воспринимаемой приемником форме). На этапе приема, как и при передаче, преобразователь может быть совмещенным с декодирующим устройством (например, радиоприемник или телевизор) или существовать отдельно от декодирующего устройства (преобразователь модем может существует отдельно от компьютера).
Понятие «линия связи » объединяет элементы представленной на рис. 1 схемы между источником и приемником информации.Характеристиками любой линии связи являютсяскорость , с которой возможна передача сообщения в ней, а такжестепень искажения сообщения в процессе передачи.
