Согласно ГОСТ 8.417–2002 (и МЭК 60027-2) при обозначении количества информации используются и бит и байт с приставками системы СИ:

1 килобайт (КБ) = 1024 байт

1 мегабайт (МБ) = 1024 КБ

1 гигабайт (ГБ) = 1024 МБ

1 терабайт (ТБ) = 1024 ГБ.

При этом обозначение КБайт начинают с прописной буквы в отличие от строчной буквы «к» для обозначения множителя 103, а для отличия бита от байта применяются обозначения, приведенные в табл.1.1.

Таблица 1.1 Единицы количества информации

Наименование	Обозначение		Значение
	Международное	Русское
бит	bit	бит	1
байт	B (byte)	Б (байт)	1 Б = 8 бит

Следует заметить, что и в английском и в русском варианте биты (bits) и байты (bytes) отличаются регистром первой буквы (она может быть строчной или прописной), и хотя стандарты предписывают для обозначения «бит» - «bit» использовать наименование величины полностью, очень часто этим пренебрегают и используют только первую букву.

Например, при обозначении миллионов битов используется строчная буква «b», в результате чего единица измерения миллион битов в секунду обозначается «мbps», в то время как «мBps» означает миллион байтов в секунду. К сожалению, очень часто даже солидные издания и фирмыпроизводители неправильно используют обозначения единиц информации. В этом нетрудно убедиться, сравнив надпись объема жесткого диска на его этикетке и действительный объем после форматирования.

1.2. Передача информации

Само понятие информации как бы включает в себя потребность в ее передаче, что следует из практически всех определений информации. Одним из критериев цивилизованности общества в настоящее время выступает развитие систем передачи информации.

В последней четверти XX в. произошел резкий скачок количества средств передачи информации и их взаимная интеграция. Результатом этого стало появление всемирной информационной сети, под которой понимают объединение различных средств связи и средств хранения информации. Появление новых беспроводных видов связи, таких как сотовые сети, сети Wi-Fi, спутниковые системы передачи информации привели к тому, что современный человек может иметь доступ к мировой информационной

16

сети в любой точке Земли. Регулярно появляются новые виды информационных сетей и совершенствуются существующие. Однако теоретические положения всех видов связи остаются на протяжении многих лет неизменными.

1.2.1. Основные понятия систем телекоммуникаций

Для передачи информации требуется источник (передатчик) и приемник информации. Информация от источника к приемнику (в качестве того и другого могут выступать как одушевленные, так и неодушевленные предметы) может быть передана различными способами: звуковым (при помощи звуковых сигналов – человеческая речь, барабанный бой, свист, звуки сирен и т.д.); оптическим (при помощи оптических сигналов – семафор, светофор, маяк, сигнальные дымы и т.д.); электрическим (при помощи электрических сигналов).

Средства, при помощи которых передается информация, во многом зависят от среды и расстояния, на которое передается информация. Несмотря на огромное количество средств связи в настоящее время в качестве носителя информации чаще всего выступает электромагнитная энергия, вернее, даже не сама энергия, а ее изменение во времени. В дальнейшем будут рассматриваться принципы и средства связи, основанные на использовании электрической энергии (электрических сигналов) в качестве переносчиков сообщений. Выбор электрических сигналов для переноса сообщений на расстояние обусловлен их высокой скоростью распространения (около 300 км/с).

Под связью понимается техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными друг от друга людьми или устройствами. Информация передается определенными смысловыми порциями, называемыми сообщениями [30].

Сообщение – форма выражения (представления) информации, удобная для передачи на расстояние. Различают оптические (телеграмма, письмо, фотография) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Документальные сообщения наносятся и хранятся на определенных носителях, чаще всего на бумаге. Сообщения, предназначенные для обработки на ЭВМ, принято называть данными.

Информационный параметр сообщения – параметр, в изменении которого «заложена» информация. Для звуковых сообщений информационным параметром является мгновенное значение звукового давления, для неподвижных изображений – коэффициент отражения, для подвижных – яркость свечения участков экрана.

Для передачи информации на расстояние в виде сообщения ее требуется каким-либо образом кодировать. При этом передача будет успешной только в том случае, если код известен и передатчику, и приемнику информации. Обычно сообщения формируются из отдельных знаков. Конечное

17

упорядоченное множество знаков называется алфавитом, или кодом. Под знаками понимаются не только буквы и цифры, но и любые отличимые друг от друга объекты. Мощность алфавита определяется количеством содержащихся в нем знаков. Примерами алфавитов могут служить алфавит букв, система жестов регулировщика движения, алфавит арабских или римских цифр и т.д.

Совокупность правил построения сообщений из знаков некоторого алфавита и правил интерпретации этих сообщений называется языком.

Процесс перевода сообщения с одного языка на другой называется кодированием, а сам результат перевода – кодом. Кодирование используется для представления информации в удобной для обработки форме, а иногда – для обеспечения секретности передаваемой информации. В этом случае обычно говорят не «кодирование», а «шифрование».

Особое место занимает алфавит, состоящий из двух знаков – двоичный код, который замечателен тем, что при минимальной мощности с его помощью можно кодировать любые сообщения. Знаки двоичного кода хорошо реализуются в технических устройствах (один знак – нет сигнала, другой знак – есть сигнал), в математике (0 и 1), в логике (истина и ложь).

Передача информации производится путем посылки сообщений, которые, в свою очередь, передаются сигналами, способными распространяться в различных физических средах.

Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением одного или нескольких параметров какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала.

Всовременных средствах связи сообщения обычно передаются с помощью электрических сигналов. Если есть физическая возможность передать сигнал от источника к приемнику, то говорят, что между ними существует канал связи (рис. 1.1).

Системы передачи информации предназначены для организации в одной физической среде распространения множества раздельных каналов связи и обеспечения передачи информации при помощи различного абонентского, коммутационного и другого оборудования.

Впередающем устройстве сообщение преобразуется в первичный электрический сигнал, который не всегда удобно (а иногда невозможно) непосредственно передавать по линии связи. Поэтому первичные сигналы при помощи передатчика преобразуются в так называемые вторичные сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи. Передатчики и приемники совместно с линией связи образуют канал связи, т.е. совокупность технических устройств и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов на расстояние [30].

Каналы и системы связи, использующие искусственную среду распространения (металлические провода, оптическое волокно), называются проводными, а каналы и системы связи, в которых сигналы передаются че-

рез открытое пространство – радиоканалами, или радиосистемами.

18

На всем протяжении образования и передачи сигнала существуют помехи, которые вносят искажения в передаваемую информацию. В зависимости от природы помех существует множество способов борьбы с ними (от направленных микрофонов до специальных программ, контролирующих достоверность переданной информации).

Рис. 1.1. Принципиальная схема системы связи

Современные средства связи способны передавать сообщения в любой форме: телеграфные, телефонные, телевизионные, массивы данных, печатные материалы, фотографии и т.д. В случае интерфейса, состоящего из нескольких параллельных каналов, каждый канал выделяется для передачи информации одного типа, например данных или сигналов управления.

Понятие «интерфейса» в настоящее время трактуется достаточно широко. Дословный перевод с английского термина «interface» означает «между лицами». Наиболее часто термин «интерфейс» употребляется в смысле физической или программной связи.

Физический интерфейс определяет тип соединения и основные параметры канала связи. Иногда под этим понятием имеется в виду просто кабель, с помощью которого подключается какое-либо периферийное оборудование.

Программный интерфейс определяет совокупность допустимых программных процедур или операций и их параметров. Наиболее известен «интерфейс пользователя» – средства связи между пользователем – человеком и вычислительной системой. При употреблении понятия «интерфейс» в этом смысле чаще всего имеют в виду программное обеспечение, обеспечивающее успешное функционирование человеко-машинной системы.

1.2.2. Аналоговый и цифровой сигналы

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени

19

может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах. Такой сигнал часто называют аналоговым, т.к. он является аналогом информационного параметра.

Дискретный сигнал характеризуется конечным числом заранее обусловленных значений информационного параметра. Возможные значения такого сигнала (уровни квантования) и промежутки времени, когда он постоянен (дискретность), заранее оговариваются и выражаются в цифровых значениях. Поэтому такой сигнал называют цифровым.

Достоинством аналогового сигнала является его точное соответствие исходному процессу. Например, электрический сигнал, создаваемый микрофоном, с определенной степенью погрешности соответствует звуковым колебаниям, которые воздействуют на его чувствительный элемент. Математические функции и графики таких сигналов непрерывны по времени. Запись аналогового сигнала проводится в режиме реального времени, т.е. продолжительность записи в точности соответствует продолжительности процесса. Для записи и хранения такие сигналы очень неудобны из-за того, что они занимают большой объем памяти и требуют высококачественной аппаратуры. Кроме того, при хранении записей, из-за различных физических и химических процессов, воздействующих на носитель информации, часть информации может быть потеряна или искажена.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой 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. Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства. Качество преобразования непрерывного сигнала в цифровой характеризуется показателями, называемыми «частота дискретизации» и «разрешение».

«Частота дискретизации» – количество преобразований аналог – цифра, производимое устройством в одну секунду. Это показатель, характеризующий качество преобразования аналогового сигнала в цифровой. Частота дискретизации измеряется килогерцами (килогерц – тысяча преобразований в секунду). Типичное значение частоты дискретизации современных лазерных аудиодисков возможно лишь в некоторые моменты времени (в данном случае этих момен – 44,1 кГц.

«Разрешение» – это количество уровней квантования, используемых для замены непрерывного аналогового сигнала цифровым.

На рис. 1.2 схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. Предположим, имеется сигнал с амплитудой 8 В продолжительностью 24 с, форма которого показана на верхнем графике. При оцифровке этого сигнала двоичным кодом (т.е. разрешением равным 2) с дискретностью 1 с все значения сигнала до 4 В будем считать равным 0, а свыше этого значения равными 1. В этом случае получится сигнал, изображенный на среднем графике. Естественно, что качество такого

20

Рис. 1.2 Схема аналого-цифрового преобразования

21

преобразования невысокое. Из рисунка видно, что изменение цифрового сигнала возможно лишь в некоторые моменты времени (в данном случае этих моментов двадцать четыре). При уменьшении шага квантования соответствие преобразованного сигнала исходному повышается. На нижнем графике показано преобразование первичного сигнала шестнадцатеричным кодом с дискретностью 1 с.

Цифровой сигнал в данном случае может принимать шестнадцать различных уровней. При реальных процессах оцифровки сигналов частота дискретизации намного выше.

После такого преобразования (оцифровки) непрерывный сигнал представляют последовательностью чисел. Показанный на рисунке аналоговый сигнал заменяется числами. Затем числа преобразуют (кодируют) в двоичную систему счисления. Результаты данного преобразования можно представить табл. 1.3.

Таблица 1.2. Представление сигнала в различных кодировках

	Время, с	Шестнадцатеричный	Двоичный код
		код
	1	3	0011
	2	8	1000
	3	С	1100
	4	F	1111
	…		…
	…		…
	23	3	0011
	24	4	0100

Как видно из таблицы, для записи всех значений в двоичной системе счисления потребовалось всего четыре разряда (24=16). Очевидно, чем больше уровней квантования и чем чаще во времени осуществляются отсчеты, тем точнее будет преобразован аналоговый сигнал в цифровой, однако и для записи в двоичной системе потребуется больше разрядов. Восьмиразрядная запись двоичного кода позволяет получить 28= 256 различных уровней квантования цифрового сигнала, а шестнадцатиразрядная выборка

– 216= 65 536 уровней.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертор, называемый аналогово-цифровой преобразователь (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 сигнал осуществляется с помощью цифро-аналогового преобразо-

вателя (ЦАП).

22