Сигнал – это материальный носитель информации (данных), которая передается от источника к потребителю. Может представлять собой физические сигналы или математические модели.
Сигналы могут быть аналоговыми и дискретными.
Аналоговый (непрерывный) сигнал отражается некоторой физической величиной, изменяющейся в заданном интервале времени, например, тембром или силой звука.
Приведем пример непрерывного сообщения. Человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника – человеческого уха.
Дискретный (цифровой) сигнал слагается из счетного множества информационных элементов.
Параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений.
Набор самых «мелких» элементов дискретного сигнала называется алфавитом, а сам дискретный сигнал называют также сообщением.
Сообщение, передаваемой с помощью таких сигналов – дискретное.
Информация, передаваемая источником – дискретная.
Примером дискретного сообщения может быть процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, т.е. дискретной последовательностью отдельных значков (букв).
Аналоговый сигнал может быть преобразован в дискретный. Такой процесс называется дискретизацией.
Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке [а, b] (рис. 2.1). Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется дискретизацией).
| Рис. 2.1. Процесс дискретизации |
Для этого из бесконечного множества значений этой функции (параметра сигнала) выбирается их определенное число, которое приближенно может характеризовать остальные значения. Полученная последовательность значений функции у1, у2,... уn. является дискретным представлением непрерывной функции, точность которого можно неограниченно улучшать путем уменьшения длин отрезков разбиения области значений аргумента.
Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита.
Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер – цифровая машина, т. е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки. [2]
Кодирование сигналов
Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.
Под кодированием сигнала понимают:
· его представление в определенной форме, удобной или пригодной для последующего использования сигнала;
· правило, описывающее отображение одного набора знаков в другой набор знаков.
Кодированию подлежат как отдельные символы исходного алфавита, так и их комбинации.
Приведем пример.
Дана таблица соответствия между натуральными числами трех систем счисления.
Эту таблицу можно рассматривать как некоторое правило, описывающее отображение набора знаков десятичной системы счисления в двоичную и шестнадцатеричную. Тогда исходный алфавит – десятичные цифры от 0 до 9, а кодовые алфавиты – это 0 и 1 для двоичной системы; цифры от 0 до 9 и символы {A, B, C, D, E, F} – для шестнадцатеричной.
Виды кодирования в зависимости от целей кодирования.
1. Кодирование по образцу используется всякий раз при вводе информации в компьютер для ее внутреннего представления.
Данный вид кодирования применяется для представления дискретного сигнала на том или ином машинном носителе.
Большинство кодов, используемых в информатике для кодирования по образцу, имеют одинаковую длину и используют двоичную систему для представления кода (и, возможно, шестнадцатеричную как средство промежуточного представления).
В данном виде кодирования используются:
a) прямые коды.
Применяются для представления в ЭВМ числовых данных и используют двоичную систему счисления. Могут использоваться для кодирования и нечисловых данных.
b) ASCII–коды.
Наиболее распространенным является код ASCII (American Standard Code for Information Interchange), который используется для внутреннего представления символьной информации в операционной системе MS DOS, в Блокноте операционной системы Windows’xx, а также для кодирования текстовых файлов в Интернет.
c) коды, учитывающие частоту символов.
В некоторых системах кодирования значение кода определяется частотой кодируемого символа. Как правило, такие частоты известны для букв алфавитов естественных языков, например, английского или русского, и используются уже давно при размещении клавиш клавиатуры: наиболее часто используемые буквы располагаются на клавишах в середине клавиатуры, наиболее редко используемые – на периферии, что создает удобство работы для человека.
2. Криптографическое кодирование, или шифрование используется, когда нужно защитить информацию от несанкционированного доступа.
3. Эффективное, или оптимальное, кодирование используется для устранения избыточности информации, т.е. снижения ее объема, например, в архиваторах.
Для кодирования символов исходного алфавита используют двоичные коды переменной длины: чем больше частота символа, тем короче его код.
Эффективность кода определяется средним числом двоичных разрядов для кодирования одного символа.
4. Помехозащитное, или помехоустойчивое, кодирование используется для обеспечения заданной достоверности в случае, когда на сигнал накладывается помеха, например, при передаче информации по каналам связи.
В качестве базового кода, который подвергается помехозащитному кодированию, используется двоичный код постоянной длины. Такой исходный (базовый) код называется первичным, поскольку подвергается модификации.
Данные
Термин «данные»
Под данными понимается:
1) представление информации в формализованном (закодированном) виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать её с помощью технических средств;
2) зарегистрированные сигналы. [3]
Носителями данных могут быть:
· бумага – самый распространённый носитель. Данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности;
· CD–ROM. Используется изменение оптических свойств в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием;
· магнитные ленты и диски – используют изменение магнитных свойств. [3]
Операции с данными
С данными можно производить различные операции:
· сбор данных – накопление данных с целью обеспечения достаточной полноты информации для принятия решений;
· формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;
· фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
· сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
· группировка данных – объединение данных по заданному признаку с целью повышения удобства использования; повышает доступность информации;
· архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат на хранение данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
· защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
· транспортировка данных – прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом;
· преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. [3]