Что такое хранение и передача информации
Информатика. 10 класс
Конспект урока
Информатика, 10 класс. Урок № 4.
Тема — Обработка информации. Передача и хранение информации
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: обработка информации, кодирование, поиск информации, передача информации, хранение информации
Глоссарий по теме: обработка информации, кодирование, код, префиксный код, пропускная способность, объем информации, носитель информации
Основная литература по теме урока:
Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса —
М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016
Дополнительная литература по теме урока:
И. Г. Семакин, Т. Ю. Шеина, Л. В. Шестакова Информатика и ИКТ. Профильный уровень: учебник для 10 класса — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010
К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин Информатика. Углубленный уровень: учебник для 10 класса: в 2 ч. Ч. 1. — М.: Бином, Лаборатория знаний, 2013
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
В основе любой информационной деятельности лежат так называемые информационные процессы — совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией для получения какого-либо результата (достижения цели). Информационные процессы могут быть различными, но все их можно свести к трем основным: обработка информации, передача информации и хранение информации.
Обработка информации — это целенаправленный процесс изменения формы ее представления или содержания.
Из курса информатики основной школы вам известно, что существует два различных типа обработки информации:
— кодирование — переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для восприятия, хранения, передачи или последующей обработки; один из вариантов кодирования — шифрование, цель которого — скрыть смысл информации от посторонних;
— структурирование — организация информации по некоторому правилу, связывающему ее в единое целое (например, сортировка);
— поиск и отбор информации, требуемой для решения некоторой задачи, из информационного массива (например, поиск в словаре).
Общая схема обработки информации может быть представлена следующим образом:
Исходные данные — это информация, которая подвергается обработке.
Правила — это информация процедурного типа. Они содержат сведения для исполнителя о том, какие действия требуется выполнить, чтобы решить задачу.
Исполнитель — тот объект, который осуществляет обработку. Это может быть человек или компьютер. При этом человек, как правило, является неформальным, творчески действующим исполнителем. Компьютер же способен работать только в строгом соответствии с правилами, т.е. является формальным исполнителем обработки информации.
Рассмотрим отдельные процессы обработки информации более подробно.
Кодирование информации — это обработка информации, заключающаяся в ее преобразовании в некоторую форму, удобную для хранения, передачи, обработки информации в дальнейшем.
Код — это система условных обозначений (кодовых слов), используемых для представления информации.
Кодовая таблица — это совокупность используемых кодовых слов и их значений.
Нам уже знакомы примеры равномерных двоичных кодов — пятиразрядный код Бодо и восьмиразрядный код ASCII.
Самый известный пример неравномерного кода — код Морзе. В этом коде все буквы и цифры кодируются в виде различных последовательностей точек и тире.
Чтобы отделить коды букв друг от друга, вводят еще один символ — пробел (пауза). Например, слово «byte», закодированное с помощью кода Морзе, выглядит следующим образом:
При использовании неравномерных кодов важно понимать, сколько различных кодовых слов они позволяют построить.
Пример 1. Имеющаяся информация должна быть закодирована в четырехбуквенном алфавите
Нас интересует семибуквенная последовательность, т. е.
Если бы у нас не было условия, что в ней должны содержаться ровно пять букв А, то для первого символа было бы 4 варианта, для второго — тоже 4, и т. д.
Тогда мы получили бы: 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 = 16384 варианта.
Теперь вернемся к имеющемуся условию и заполним пять первых мест буквой А. Получим:
Так как на 6-м и 7-м местах могут стоять любые из трех оставшихся букв B, C, D, то всего существует 9 (3 · 3) вариантов последовательностей.
Но ведь буквы А могут находиться на любых пяти из семи имеющихся позиций. А сколько таких вариантов всего?
Вспоминая комбинаторику, найдем число сочетаний 
= 21, т. е. существует 21 вариант выбора в семибуквенной последовательности ровно пяти мест для размещения букв А. Для каждого из этих 21 вариантов имеется 9 разных вариантов заполнения двух оставшихся мест. В итоге существует 189 (21 · 9) различных последовательностей.
Главное условие использование неравномерных кодов — возможность однозначного декодирования записанного с их помощью сообщения. Именно поэтому в технических системах широкое распространение получили особые неравномерные коды — префиксные коды.
Префиксный код — код со словом переменной длины, обладающий тем свойством, что никакое его кодовое слово не может быть началом другого (более длинного) кодового слова.
Условие, определяющее префиксный код, называется прямым условием Фано (в честь Роберта Марио Фано), и позволяет однозначно декодировать сообщения, записанные с помощью неравномерных кодов.
Также достаточным условием однозначного декодирования неравномерного код является обратное условие Фано. В нем требуется, чтобы никакой код не был окончанием другого (более длинного) кода.
Пример 2. Двоичные коды для 5 букв латинского алфавита представлены в таблице:
Выясним, какое сообщение закодировано с помощью этих кодов двоичной строкой: 0110100011000.
Можно заметить, что для заданных кодов не выполняется прямое условие Фано:
А вот обратное условие Фано выполняется: никакое кодовое слово не является окончанием другого. Следовательно, имеющуюся строку нужно декодировать справа налево (с конца). Получим
01 10 100 011 000 = BDCEA
Для построения префиксных кодов удобно использовать бинарные деревья, в которых от каждого узла отходят только два ребра, помеченные цифрами 0 и 1.
Пример 3. Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В и Г, решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать полученную двоичную последовательность. При этом используются такие кодовые слова: А — 0, Б — 10, В — 110. Каким кодовым словом может быть закодирована буква Г? Если таких слов несколько, укажите кратчайшее из них.
Построим бинарное дерево:
Чтобы найти код символа, нужно пройти по стрелкам от корня дерева к нужному листу, выписывая метки стрелок, по которым мы переходим.
Определим положение букв А, Б и В на этом дереве, зная их коды. Получим:
Чтобы код был префиксным, ни один символ не должен лежать на пути от корня к другому символу. Уберем лишние стрелки:
На получившемся дереве можно определить подходящее расположение буквы Г и его код.
Задача поиска обычно формулируется следующим образом. Имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов, диск с файлами и др.). Требуется найти в нем информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон какой-то организации, перевод слова, время отправления поезда, нужную фотографию и т. д.). При этом, как правило, необходимо сократить время поиска, которое зависит от способа организации данных и используемого алгоритма поиска.
Алгоритм поиска, в свою очередь, также зависит от способа организации данных.
Если данные никак не упорядочены, то мы имеем дело с неструктурированным набором данных. Для осуществления поиска в таком наборе применяется метод последовательного перебора.
При последовательном переборе просматриваются все элементы подряд, начиная с первого. Поиск при этом завершается в двух случаях:
— искомый элемент найден;
— просмотрен весь набор данных, но искомого элемента среди них не нашлось.
Зададимся вопросом: какое среднее число просмотров приходится выполнять при использовании метода последовательного перебора? Есть два крайних случая:
— искомый элемент оказался первым среди просматриваемых. Тогда просмотр всего один;
— искомый элемент оказался последним среди просматриваемых. Тогда количество просмотров равно N, где N — размер набора данных. Столько же просмотров нам придется выполнить даже если не сможем найти искомого элемента.
Если же провести поиск последовательным перебором достаточно много раз, то окажется, что в среднем на поиск требуемого элемента уходит N/2 просмотров. Эта величина определяет длительность поиска — главную характеристику поиска.
Если же информация упорядочена, то мы имеем дело со структурой данных, в которой поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.
Одним из оптимальных алгоритмов поиска в структурированном наборе данных может быть метод половинного деления.
Напомним, что при этом методе искомый элемент сначала сравнивается с центральным элементом последовательности. Если искомый элемент меньше центрального, то поиск продолжается аналогичным образом в левой части последовательности. Если больше, то — в правой. Если же значения искомого и центрального элемента совпадают, то поиск завершается.
Пример 4. В последовательности чисел 61 87 180 201 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 требуется найти число 180.
Процесс поиска представлен на схеме:
Передача информации — это процесс распространения информации от источника к приемнику через определенный канал связи.
На рисунке представлена схема модели процесса передачи информации по техническим каналам связи, предложенная Клодом Шенноном.
Работу такой схемы можно пояснить на примере записи речи человека с помощью микрофона на компьютер.
Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Канал связи — провода, соединяющие микрофон и компьютер. Декодирующее устройство — звуковая плата компьютера. Приемник информации — жесткий диск компьютера.
При передаче сигнала могут возникать разного рода помехи, которые искажают передаваемый сигнал и приводят к потере информации. Их называют «шумом».
В современных технических системах связи борьба с шумом (защита от шума) осуществляется по следующим двум направлениям:
Но чрезмерная избыточность приводит к задержкам и удорожанию связи. Поэтому очень важно иметь алгоритмы получения оптимального кода, одновременно обеспечивающего минимальную избыточность передаваемой информации и максимальную достоверность принятой информации.
В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации часто применяется следующий приём. Всё сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма, которая передаётся вместе с данным блоком. В месте приёма заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется.
Важной характеристикой современных технических каналов передачи информации является их пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропускная способность канала связи зависит от свойств используемых носителей (электрический ток, радиоволны, свет). Так, каналы связи, использующие оптоволоконные кабели и радиосвязь, обладают пропускной способностью, в тысячи раз превышающей пропускную способность телефонных линий.
Скорость передачи информации по тому или иному каналу зависит от пропускной способности канала, а также от длины закодированного сообщения, определяемой выбранным алгоритмом кодирования информации.
Современные технические каналы связи обладают, перед ранее известными, целым рядом достоинств:
— высокая пропускная способность, обеспечиваемая свойствами используемых носителей;
— надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;
— помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;
— универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.
Объём переданной информации I вычисляется по формуле:
где v — пропускная способность канала (в битах в секунду), а t — время передачи.
Рассмотрим пример решения задачи, имеющей отношение к процессу передачи информации.
Пример 5. Документ объемом 10 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами.
А. Передать по каналу связи без использования архиватора.
Б. Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать.
Какой способ быстрее и насколько, если:
— средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 2 18 бит/с;
— объем сжатого архиватором документа равен 25% от исходного объема;
— время, требуемое на сжатие документа — 5 секунд, на распаковку — 3 секунды?
Для решения данной задачи диаграмма Гантта не нужна; достаточно выполнить расчёты для каждого из имеющихся вариантов передачи информации.
Рассмотрим вариант А. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Рассмотрим вариант Б. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Итак, вариант Б быстрее на 232 с.
Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.
Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.
Основным носителем информации для человека является его собственная память. По отношению к человеку все прочие виды носителей информации можно назвать внешними.
Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но наша память не надёжна: человеку свойственно забывать информацию. Именно для более надёжного хранения информации человек использует внешние носители, организует внешние хранилища информации.
Виды внешних носителей менялись со временем: в древности это были камень, дерево, папирус, кожа и др. Долгие годы основным носителем информации была бумага. Развитие компьютерной техники привело к созданию магнитных (магнитная лента, гибкий магнитный диск, жёсткий магнитный диск), оптических (CD, DVD, BD) и других современных носителей информации.
В последние годы появились и получили широкое распространение всевозможные мобильные электронные (цифровые) устройства: планшетные компьютеры, смартфоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Появление таких устройств стало возможно, в том числе, благодаря разработке принципиально новых носителей информации, которые:
Всеми этими качествами обладает флеш-память (англ. flash-memory). Выпуск построенных на их основе флеш-накопителей, называемых в просторечии «флэшками», был начат в 2000 году.
Учитель информатики
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
Передача и хранение информации
§ 5. Передача и хранение информации
Информатика. 10 класса. Босова Л.Л. Оглавление
5.1. Передача информации
Передача информации — один из самых распространённых информационных процессов. Из курса информатики основной школы вам известно, что процесс передачи информации происходит от источника к приёмнику по информационным каналам связи. При этом можно выделить следующие шаги:
1) передаваемая информация кодируется — представляется в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков;
2) информация переносится на носитель, допускающий транспортировку на расстояние (бумага, электрический импульс, радиосигнал и др.);
3) используются свойства носителя, позволяющие ему преодолеть расстояние, отделяющее источник от приёмника (для бумажных писем — автомобиль, поезд, самолёт; для электрических импульсов — кабель, для радиосигналов — радиоволны и т. д.);
4) дошедший до приёмника сигнал должен быть извлечён из канала связи и перенесён на доступный для обработки носитель;
5) закодированная информация должна быть расшифрована и преобразована в форму, доступную для восприятия с помощью органов чувств человека.
Рассмотрим более подробно технические системы передачи информации, в которых для передачи информации используются технические средства связи (телефон, радио, телевидение и Интернет).
Вспомните, с какими открытиями и изобретениями в области передачи информации связаны имена Александра Белла, Генриха Герца, Александра Степановича Попова и Гульельмо Маркони.
На рисунке 1.13 представлена схема передачи информации по техническим каналам связи, предложенная Клодом Шенноном.
Поясните представленные на схеме (рис. 1.13) процессы на примере разговора по мобильному телефону. Используйте описанные выше шаги процесса передачи информации.
Рис. 1.13. Схема передачи информации по техническим каналам связи
Разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации, называют шумом. Если по каналу передаётся аналоговый сигнал (например, разговор двух подруг в вагоне метро), то при небольших шумах слушателю всё же удаётся понять содержание сообщения благодаря избыточности, существующей у любого естественного языка. Для систем дискретной цифровой связи потеря даже одного бита (если не используется избыточный код) может привести к полному обесцениванию информации.
Большой вклад в развитие теории связи внёс выдающийся советский и российский учёный Владимир Александрович Котельников (1908-2005), заслуги которого признаны во всём мире. Его исследования посвящены проблемам совершенствования методов радиоприёма, изучению радиопомех и разработке методов борьбы с ними.
В современных технических системах связи борьба с шумом (защита от шума) осуществляется по следующим двум направлениям.
1. Устранение технических помех, связанных с плохим качеством линий связи, незащищённостью друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одним и тем же каналам. Для устранения таких помех используют экранированные кабели, применяют различные фильтры, отделяющие полезный сигнал от шума и т. д.
2. Избыточное кодирование самого передаваемого сообщения, позволяющее компенсировать потерю какой-то части передаваемой по линиям связи информации.
Избыточность кода — это многократное повторение передаваемых данных.
Но чрезмерная избыточность приводит к задержкам и удорожанию связи. Поэтому очень важно иметь алгоритмы получения оптимального кода, одновременно обеспечивающего минимальную избыточность передаваемой информации и максимальную достоверность принятой информации.
В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации часто применяется следующий приём. Всё сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма, которая передаётся вместе с данным блоком. В месте приёма заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется.
Важной характеристикой современных технических каналов передачи информации является их пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропускная способность канала связи зависит от свойств используемых носителей (электрический ток, радиоволны, свет). Так, каналы связи, использующие оптоволоконные кабели и радиосвязь, обладают пропускной способностью, в тысячи раз превышающей пропускную способность телефонных линий.
Скорость передачи информации по тому или иному каналу зависит от пропускной способности канала, а также от длины закодированного сообщения, определяемой выбранным алгоритмом кодирования информации.
Современные технические каналы связи обладают целым рядом достоинств:
высокая пропускная способность, обеспечиваемая свойствами используемых носителей;
надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;
помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;
универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.
Объём переданной информации
Объём переданной информации I вычисляется по формуле:
I = v • t,
где v — скорость передачи информации (в битах в секунду), a t — время передачи.
Рассмотрим несколько примеров решения задач, имеющих отношение к процессу передачи информации.
Для более наглядного представления условий некоторых задач, связанных с процессами передачи информации, удобно рисовать диаграмму, изображающую два и более процесса с разметкой временных отметок их начал и окончаний. Примером такой диаграммы является диаграмма Гантта.
Диаграмма Гантта представляет собой размещённые вдоль горизонтальной шкалы времени отрезки (прямоугольные полоски), каждый из которых соответствует отдельному процессу или задаче. Начало, конец и длина каждого такого отрезка соответствуют началу, концу и длительности того или иного процесса, а сами отрезки располагаются друг под другом со сдвигом по горизонтали.
Для наглядного представления последовательности реализации (синхронизации) нескольких процессов можно использовать диаграммы процессов или диаграммы Гантта.
Пример 1. У Толи есть доступ к сети Интернет по высокоскоростному одностороннему радиоканалу, обеспечивающему скорость получения информации 2 20 бит/с. У Миши нет скоростного доступа в Интернет, но есть возможность получать информацию от Толи по низкоскоростному телефонному каналу со средней скоростью 2 13 бит/с. Миша договорился с Толей, что тот будет скачивать для него данные объёмом 5 Мбайт по высокоскоростному каналу и ретранслировать их Мише по низкоскоростному каналу. Компьютер Толи может начать ретрансляцию данных не раньше, чем им будут получены первые 0,5 Мбайт этих данных.
Каков минимально возможный промежуток времени (в секундах) с момента завершения скачивания данных Толей до полного их получения Мишей?
Как скоро Миша сможет полностью получить все данные, если Толя начнёт их скачивание в 16:00?
В этой задаче мы имеем дело с двумя процессами передачи информации, осуществляемыми с разной скоростью.
1. Процесс скачивания информации Толей по высокоскоростному каналу. Длительность этого процесса 5 • 2 23 /2 20 = 5 • 2 3 = 40 с.
2. Процесс скачивания информации Мишей по низкоскоростному каналу. Длительность этого процесса 5 • 2 23 /2 13 = 5 • 2 10 = 5120 с.
При решении задач необходимо согласовывать размерности величин.
Так, если скорость передачи информации задана в битах в секунду, то и значения объёмов информации следует выразить в битах.
Из условия задачи следует, что второй процесс начинается спустя некоторое время после начала первого процесса. Вычислим это время:
0,5 • 2 23 /2 20 = 0,5 • 2 3 = 4 с.
На диаграмме Гантта результаты проведённых расчётов можно изобразить так:
На диаграмме видно, что для ответа на первый вопрос надо найти разность:
5120 — (40 — 4) = 5120 — 36 = 5084 с.
Ответ на второй вопрос получим, выполнив следующие вычисления:
5124 с = 85 мин 24 с = 1 ч 25 мин 24 с.
Полностью получить все данные Миша сможет не ранее чем в 17:25:24.
Диаграмму Гантта можно дополнить полученными результатами:
Пример 2. У вас есть высокоскоростной спутниковый доступ в Интернет, обеспечивающий получение данных от сервера со скоростью 4 ООО ООО бит/с. Запросы с вашего компьютера передаются на сервер со скоростью 128 ООО бит/с через подключённый к компьютеру сотовый телефон, выполняющий функции модема. Вам необходимо скачать файл с музыкальной записью объёмом 12 Мбайт. Информация по спутниковому каналу передаётся с сервера пакетами, объём которых не превышает 5 Мбайт. При этом для получения каждого пакета ваш компьютер сначала должен передать в сеть запрос объёмом в 25 Кбайт.
Сможете ли вы скачать требуемый файл за 25 с?
Файл объёмом 12 Мбайт будет передаваться пакетами, не превышающими 5 Мбайт; следовательно, всего пакетов будет три — два по 5 Мбайт и один — 2 Мбайт.
Процессы передачи каждого из двух пакетов по 5 Мбайт займут по 5 • 2 23 /4000000 ≈ 10,5 с. На передачу 2 Мбайт потребуется ≈ 4,2 с.
Приёму каждого пакета будет предшествовать передача запроса объёмом 25 Кбайт. Каждый раз этот процесс будет осуществляться за 25 • 2 13 /128000 = 25 • 2 13 /(2 10 • 125) = 1,6 с.
Изобразим имеющуюся информацию на диаграмме Гантта:
Вычислим общее время, требуемое для скачивания файла:
2 • (1,6 + 10,5) + 1,6 + 4,2 = 30 с.
Таким образом, 25 секунд будет недостаточно, чтобы скачать требуемый файл.
Пример 3. Документ объёмом 10 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами.
А. Передать по каналу связи без использования архиватора. Б. Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать.
Какой способ быстрее и насколько, если:
• средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 2 18 бит/с;
• объём сжатого архиватором документа равен 25% от исходного объёма;
• время, требуемое на сжатие документа, — 5 секунд, на распаковку — 3 секунды?
Для решения данной задачи диаграмма Гантта не нужна; достаточно выполнить расчёты для каждого из имеющихся вариантов передачи информации.
Рассмотрим вариант А. Длительность передачи информации в этом случае составит: 10 • 2 23 /2 18 = 10 • 2 5 = 320 с.
Рассмотрим вариант Б. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Итак, вариант Б быстрее на 232 с.
5.2. Хранение информации
Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.
Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.
Основным носителем информации для человека является его собственная память. По отношению к человеку все прочие виды носителей информации можно назвать внешними.
Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но наша память не надёжна: человеку свойственно забывать информацию. Хотя психологи утверждают, что из памяти человека ничего не исчезает, тем не менее человек довольно часто теряет способность к воспроизведению некоторых знаний. Именно для более надёжного хранения информации человек использует внешние носители, организует внешние хранилища информации.
Виды внешних носителей менялись со временем: в древности это были камень, дерево, папирус, кожа и др. Долгие годы основным носителем информации была бумага. Развитие компьютерной техники привело к созданию магнитных (магнитная лента, гибкий магнитный диск, жёсткий магнитный диск), оптических (CD, DVD, BD) и других современных носителей информации.
В настоящее время наиболее надёжными носителями информации, записанной цифровым способом, являются оптические диски.
Применение оптического способа записи началось в 1980-х годах. Тогда и появились оптические диски, иначе называемые компакт-дисками (CD), Процесс записи и считывания информации таких дисков осуществляется при помощи лазера. Информационная ёмкость CD составляет от 190 до 700 MB.
Во второй половине 1990-х годов появились цифровые многоцелевые диски DVD, информационная ёмкость которых измерялась уже в гигабайтах (до 17 GB). DVD имеют такой же размер, как и CD, но для записи и считывания данных в них применяется лазер с меньшей длиной волны, что обеспечивает более плотную структуру рабочей поверхности, позволяя хранить и считывать больший объём информации.
В конце 2000-го года впервые был представлен Blu-ray Disc (BD) — оптический носитель, используемый для записи с повышенной плотностью хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Коммерческий запуск BD, положивший начало его широкому распространению, был осуществлён в 2006 году. В BD для записи и чтения данных используется коротковолновый (405 нм) сине-фиолетовый лазер. Это позволяет при сохранении физических размеров CD и DVD (12 см) увеличить информационную ёмкость BD до 50 GB и более.
Какая основная тенденция прослеживается в развитии оптических носителей информации? Сформулируйте её и попробуйте обосновать.
В последние годы появились и получили широкое распространение всевозможные мобильные электронные (цифровые) устройства: планшетные компьютеры, смартфоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Появление таких устройств стало возможно, в том числе, благодаря разработке принципиально новых носителей информации, которые:
• обладают большой информационной ёмкостью при небольших физических размерах;
• характеризуются низким энергопотреблением при работе, обеспечивая наряду с этим высокие скорости записи и чтения данных;
• энергонезависимы при хранении;
• имеют долгий срок службы.
Всеми этими качествами обладает флеш-память (англ. flash-mеmоrу). Выпуск построенных на их основе флеш-накопителей, называемых в просторечии «флешками», был начат в 2000 году. Сегодня широко используются флеш-накопители от 8 GB до 128 GB.
В настоящее время активно ведутся работы по созданию ещё более компактных носителей информации на основе нанотехнологий, имеющих дело с молекулами и атомами вещества. По предположениям экспертов приблизительно через 15-20 лет плотность хранения информации возрастёт настолько, что на носитель с физическими размерами в 1 см3 можно будет записать каждую секунду человеческой жизни.
Современные системы хранения информации, центральным звеном которых являются носители информации или запоминающие устройства, включают в себя также инструменты поиска (поисковые системы) и средства отображения информации (устройства вывода). Такие системы хранения информации определённого назначения (определённой предметной области) представляют собой базы данных, банки данных и базы знаний.
В этом параграфе при разговоре об информационной ёмкости носителей мы использовали обозначения MB и GB для таких единиц, как мегабайт и гигабайт. Не показалось ли вам это необычным, тем более что в предыдущем параграфе мы говорили об обозначениях Мбайт и Гбайт?
Дело в том, что многие современные операционные системы продолжают придерживаться принципа, что 1 килобайт равен 1024 байт, в то время как производители запоминающих устройств считают его равным 1000 байт. Если на CD или другом носителе информации вы видите надпись, например, 700 MB, то понимать приставку «мега» здесь следует в традиционном математическом смысле, а именно:
700 MB = 700 • 10 3 КВ = 700 • 10 3 • 10 3 байт = 700 000 000 байт.
САМОЕ ГЛАВНОЕ
Процесс передачи информации происходит от источника к приёмнику по информационным каналам связи.
Современные технические каналы связи обладают перед ранее известными целым рядом достоинств:
• высокая пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду;
• надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;
• помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;
• универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.
Объём переданной информации I вычисляется по формуле I — v • t, где v — скорость передачи информации (в битах в секунду), a t — время передачи.
Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.
Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации. Современные носители информации обладают большой информационной ёмкостью при небольших физических размерах; характеризуются низким энергопотреблением при работе, обеспечивая наряду с этим высокие скорости записи и чтения данных; энергонезависимы при хранении и имеют долгий срок службы.
Вопросы и задания
1. Опишите схему передачи информации по техническим каналам связи. Укажите компоненты этой схемы в процессе передачи информации при использовании сотовой связи.
2. Какие существуют способы борьбы с шумом в процессе передачи информации?
3. Как вычисляется объём информации, переданной по каналу связи?
4. Охарактеризуйте современные каналы связи. Какими достоинствами они обладают?
5. Скорость передачи информации по некоторому каналу связи составляет 256 ООО бит/с. Передача файла через это соединение заняла 2 минуты. Определите размер переданного файла в килобайтах.
6. Для чего используются диаграммы Гантта? Как они строятся? При решении каких жизненных задач вы можете их применить?
7. Данные объёмом 100 Мбайт передаются из пункта А в пункт Б по каналу связи, обеспечивающему скорость передачи данных 2 20 бит/с, а затем из пункта Б в пункт В по каналу связи, обеспечивающему скорость передачи данных 2 22 бит/с. Задержка в пункте Б (время между окончанием приема данных из пункта А и началом передачи в пункт В) составляет 24 секунды. Сколько времени (в секундах) прошло с момента начала передачи данных из пункта А до их полного получения в пункте В?
8. Документ (без упаковки) можно передать по каналу связи с одного компьютера на другой за 40 с. Если предварительно упаковать документ архиватором, передать упакованный документ, а потом распаковать на компьютере получателя, то общее время передачи (включая упаковку и распаковку) составит 20 с. Размер упакованного документа составляет 20% размера исходного документа. Сколько времени (в секундах) ушло на упаковку данных, если известно, что на их распаковку времени потребовалось в два раза больше?
9. Лена скачивает дистрибутив ОС Linux с зарубежного сайта-репозитория, пользуясь односторонним каналом цифровой передачи данных через телевизионное эфирное вещание, обеспечивающим приём информации со скоростью 4 • 2 23 бит/с. При этом информация передаётся фрагментами по 10 Мбайт. Для начала передачи каждого фрагмента компьютер Лены должен отправить на сервер сообщение-запрос объёмом 32 Кбайт, а после получения фрагмента подтвердить его безошибочный приём отдельным сообщением объёмом 16 Кбайт. Для отправки таких сообщений Лена пользуется радиомодемом GPRS, который обеспечивает скорость передачи информации до 128 • 2 13 бит/с. Определите минимально возможное время (в секундах), за которое Лена сможет скачать файл дистрибутива объёмом 350 Мбайт.
*10. Ровно в 12:00 папа поставил на скачивание файл и определил, что закачка займёт 20 минут. Когда файл папы был скачан на 20%, мама поставила на скачивание свой файл. Через б минут после мамы Коля поставил на скачивание свой файл. При скачивании двух файлов скорость скачивания каждого в два раза ниже первоначальной, при скачивании трёх файлов скорость скачивания каждого в три раза ниже первоначальной, при скачивании одного — равна первоначальной. В какое время закончит скачивание своего файла каждый из членов этой семьи, если объёмы всех скачиваемых файлов равны? 1)
1) По материалам конкурса «Кит — компьютеры, информатика, технологии» (konkurskit.org).
*11. Для передачи помехоустойчивых сообщений, алфавит которых содержит 16 различных символов, используется равномерный двоичный код. Этот код удовлетворяет следующему свойству: в любом кодовом слове содержится чётное количество единиц (возможно, ни одной). Какую наименьшую длину может иметь кодовое слово?
12. Какое значение имеет хранение информации для всего человечества? Для отдельного человека?
13. Когда была изобретена магнитная запись? Подготовьте небольшое сообщение об этом изобретении и о магнитных носителях информации.
14. Подготовьте небольшое сообщение о физической природе оптического способа записи информации.
15. Вычислите объём учебника информатики в знаках. Выясните, сколько учебников такого же объёма можно записать на CD ёмкостью 700 MB при условии использования восьмиразрядного компьютерного кода. Представьте, помещение каких размеров потребуется для складирования такого количества учебников.