Процесс передачи информации

cover
11095
Делишься прикольным мемом. Трогаешь горячий чайник и отдергиваешь руку. Что общего? Всё это — способы передачи информации. О том, как происходит передача информации, зачем её сжимать и как измерить скорость передачи — в нашей статье!
4 апреля 2024 г.
Содержание статьи

Общая схема передачи информации

Передача информации — перемещение сообщений от источника к приемнику по каналу передачи. 


Что мы видим в этом определении? 

Что при любой передаче информации у нас всегда есть: 

— кто-то, кто передает сообщение — источник;

— кто-то, кто получает сообщение — приемник (их может быть несколько); 

— что-то, с помощью чего сообщение доставляется — канал передачи (они могут быть техническими и биологическими). 


Схематично это выглядит так: 



Примеры:

Ты записываешь голосовое про классный концерт в чат друзей. 

Ты — источник сообщения, друзья — приемники, их несколько, а канал связи — технический, интернет. 


Ты трогаешь горячий чайник и отдергиваешь руку.

Твоя кожа на руке — источник сообщения, мозг — приемник, канал связи — биологический, нервы. 


Само сообщение может выглядеть совершенно по-разному. Мы передаем информацию с помощью самых разных сигналов и символов. 


Речь — это передача информации с помощью звуковых сигналов. 

Чтение — при помощи графических символов. 


Но в 21 веке есть и другие способы кодирования информации. Когда мы пишем другу сообщение, мы не посылаем гонца с берестой, на которой написан текст. Мы печатаем буквы в телефоне. 


Когда в игру вступает техническое устройство, схема передачи информации немного усложняется. Американский математик Клод Шеннон предложил такую: 



Рассмотрим подробнее всё, что на ней есть. 


Про источника и получателя мы уже говорили. А остальное давай рассмотрим подробнее. 


Кодирование — процесс преобразования информации в сигналы, например, в электромагнитные, звуковые или световые волны. Это преобразование выполняет кодирующее устройство. 


Канал связи — та среда, по которой передается сообщение. Канал может быть проводным, световым, звуковым, радио и другим. 


Шум — это помехи, которые могут помешать информации добраться по каналу связи. Наверняка хоть раз у тебя тормозило видео при видеозвонке? Это значит, что на него действовали помехи, то есть шум. 


Защита от шума — то, что позволяет противостоять шуму, их еще называют шумоподавляющими устройствами. Да-да, шумоподавление в модных наушниках создано именно с этой целью. 


Декодирование — это процесс преобразования информации из закодированного вида в исходный. Устройство, которое этим занимается, называется декодирующим.  


Пример:


Маша рассказывает Саше по телефону, как ей понравился сериал.

Источник — Маша. Получатель — Саша. Кодирующее устройство — мобильник Маши (с помощью микрофона речь распознается и далее преобразуется в радиосигналы). Канал связи — сотовая сеть. Декодирующее устройство — мобильник Саши (радиосигналы улавливаются и преобразуются в звуковые волны, которые передаются Саше через динамик). 


Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.


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 является дискретной.

Скорость передачи информации

В 7 задании ЕГЭ по информатике часто встречаются задачи на измерение скорости передачи информации. Давай разберемся с этим понятием.


Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. 


Обрати внимание: скорость передачи информации — это не физическая скорость в традиционном понимании, а именно объем. Она измеряется в битах за секунду (бит/с), килобитах за секунду (Кбит/с), мегабитах за секунду (Мбит/с), байтах за секунду (Б/с), килобайтах за секунду (Кб/с).


Дело в том, что при передаче информации совершенно не значимо, сколько километров информация пройдет. Расстояние преодолевается очень быстро. Неважно, разделяет тебя и собеседника при телефонном разговоре две комнаты или четыре города — ты услышишь сообщение одинаково быстро. 


При этом линии информационной связи имеют пропускную способность — это предел скорости передачи данных. То есть количество информации, которое можно передать по конкретному каналу за единицу времени, ограничено. Поэтому есть смысл измерять именно это количество информации.


Чтобы тебе стало яснее, представь ситуацию. 


Известная группа устраивает в городе концерт на крыше небоскреба. На него собирается огромное количество людей. В небоскребе есть лифт, который двигается очень быстро — буквально за секунду доставляет людей с 1 на последний этаж. Но, к сожалению, одновременно в лифт помещается только 8 человек.


Нам неважно, с какой скоростью двигается лифт, ею можно пренебречь. Но нам очень важно, сколько раз лифту придется ездить туда-обратно, чтобы все зрители смогли посмотреть концерт. 


С передачей информации ситуация та же — нам важно не то, что сигнал будет идти по кабелю меньше секунды, а то, что ровно за одну секунду успеет прийти определенное количество информации.


Скорость передачи информации зависит от канала связи. 

По радиоканалу можно передавать данные со скоростью до 400 Кбит/с. По оптоволоконному кабелю — до 10 Гбит/с. Да, именно поэтому перекинуть фотки по кабелю быстрее, чем переслать их через мессенджер. 


Важное правило: время передачи информации обратно пропорционально скорости передачи информации, но прямо пропорционально объему передаваемой информации.


Проще говоря — чем больше скорость, тем меньше время передачи информации. Но чем больше информации — тем больше времени понадобится для её передачи. 


Время передачи информации можно рассчитать. 

Формула выглядит так: t=lv

t — время передачи информации,

I — объем передаваемой информации,

v — скорость передачи информации.

Пример.


Лена отправила учителю доклад объемом 13 МБайт преподавателю, отправка заняла 180 секунд. Вычислите объем домашней работы, которую Лена отправляла предыдущим сообщением по тому же каналу, если его отправка заняла 40 секунд. 


У нас есть формула t=lv. Разберемся, какие числа и куда подставить. 

Объем доклада — 27 МБайт, это I.

2 разных отрезка времени передач — t — для разных файлов — 180 и 40 секунд. 


Можно, конечно, вычислить сначала скорость передачи данных этого канала по данным передачи доклада, а затем, зная скорость и время передачи домашки, вычислить её объем. 


А можно сократить время решения с помощью логики. 


Раз время на отправку домашки в 180/40 = 4.5 раза меньше времени на отправку доклада — то и объем домашки меньше в 4.5 раза по сравнению с докладом. Тогда объем домашки — это 27 МБайт / 4,5 = 6 МБайт.


Ответ: 6

Архивация

Помнишь пример с лифтом? Представь, что зрители нашли способ влезть в лифт покомпактнее: встали тесно, кого-то подняли на руки — в общем, запихнулись в лифт не 8, а 14 человек. 


Тогда лифту придется ездить меньшее количество раз, потому что он одновременно будет перевозить большее количество человек. 


Однако на вот это вот запихивание в лифт тоже будет уходить время. И когда лифт приедет наверх, уйдет время на выгрузку. 


Вот этот процесс компактной упаковки в случае с информацией называется архивацией. 


Архивация — подготовительная обработка и сжатие данных для долгосрочного хранения или передачи их по сети.


Перед отправкой специальная программа — архиватор — максимально сжимает (архивирует) данные. Размер данных станет меньше, и меньше времени потребуется на передачу. 


Но также уйдет время на работу архиватора, и после передачи потребуется время на распаковку архива. 


Поэтому иногда архивация может очень помочь. А иногда она только замедлит процесс передачи данных. 

Пример: 


По каналу связи со скоростью передачи данных 200 бит\с нужно передать 40 мбайт информации. Есть два способа отправки: 

А отправить информацию без сжатия

Б использовать архиватор, который потратит на сжатие информации 8 секунд, сожмет её до 60% от исходного размера, а распаковка займет 2 секунды. 

Какой способ выгоднее и сколько секунд составит разница в способе передачи?  


Решение:


Считаем оба варианта. 

Если отправить информацию сразу: 

Для удобства переведем данные. 

40 мбайт = 40 * 223 бит. 

200 бит\с = 220 бит/c


Тогда t1 = 40 * 223 / 220 = 40 * 23 = 40*8 = 320с 


Если потратить время на архивацию: 

Сжатая информация будет занимать 60% от объема изначальной, то есть 40 * 0,6 = 24 мбайт = 24 * 223 бит, а к итоговому времени мы добавим еще 8 и 2 секунды — на сжатие и распаковку.


Тогда t2 = 24 * 223 / 220 + 8 + 2 = 24 * 23 + 10 = 24*8 + 10 = 202 с


Получается, что использование архиватора выгоднее, так как способ отправки будет быстрее на 320 - 202 = 118 секунд.


Ответ: Б, 118 секунд

Проверь себя

Вася забежал в класс и рассказал ребятам, что сегодня у их учителя день рождения. Выбери вариант, в котором правильно описаны все участники процесса передачи этой информации: 


— Источник — Вася, канал связи — речь, получатель — одноклассники. 

— Источник — тот, кто рассказал Васе, кодирующее устройство — голосовой аппарат Васи, канал связи — класс, получатель — одноклассники

— Источник — Вася, кодирующее устройство — его речевой аппарат, канал связи — звук, декодирующее устройство — мозг ребят, получатель — ребята. 


Сколько времени потребуется для передачи 10 кбайт информации со скоростью 210 бит/с?


— 1 секунда

— 20 секунд

— 80 секунд


Документ объемом 5 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами:


А) Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать

Б) Передать по каналу связи без использования архиватора.

Какой способ быстрее и насколько, если средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 218 бит в секунду, объём сжатого архиватором документа равен 20% от исходного, время, требуемое на сжатие документа – 7 секунд, на распаковку – 1 секунда?

— А120

— Б120

— А40

— Б160

Admin1