DAY_INF_LECTURES (Лекции по информатике), страница 3

Рассмотрим некоторые примеры алфавитов.

• Алфавит прописных русских букв.
  АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

• Алфавит прописных латинских букв.
  ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

• Алфавит арабских цифр. 0123456789

• Алфавит шестнадцатеричных цифр. 0123456789ABCDEF

• Алфавит двоичных цифр. “О”, “1”
  Алфавит двоичных цифр является одним из примеров, так называемых «двоичных» алфавитов, т.е. алфавитов, состоящих из двух знаков.

• Двоичный алфавит «точка», «тире». ”.”, “-”.

• Двоичный алфавит «плюс», «минус». “+”, “-‘

• Алфавит римской системы счисления.
  1 5 10 50 100 500 1000
  I V X L С D М

• Алфавит правильной шестигранной игральной кости

• Алфавит языка программирования Си.

КОДИРОВАНИЕ И ДЕКОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.

В канале связи сообщение, составленное из букв (знаков, символов) одного алфавита, может преобразовываться в сообщение из букв другого алфавита.

Кодом называется правило, описывающее однозначное соответствие букв алфавитов при преобразовании одного алфавита в другой.

Кодированием называется процедура преобразования одного алфавита в другой

Подобное преобразование сообщения может осуществляться в момент поступления сообщения от источника в канал связи (кодирование) и в момент приема сообщения получателем (декодирование). Устройства, обеспечивающие кодирование и декодирование, называются соответственно кодировщиком и декодировщиком. При передаче сообщения от источника к приемнику на него, в общем случае, воздействуют помехи.

Процесс передачи сообщения от источника к приемнику.

ИСТОЧНИК	КОДИРОВЩИК	СООБЩЕНИЕ	ДЕКОДИРОВЩИК	ПРИЕМНИК
		ПОМЕХИ

Рассмотрим некоторые примеры кодов.

• Код (азбука) Морзе.
  В азбуке Морзе каждой букве (знаку) поставлена в соответствие совокупность точек и тире. Азбука Морзе является неравномерным кодом, т.к. совокупности точек и тире различных знаков отличаются длиной (обычно содержат от одной до пяти позиций). Существует много вариантов азбуки Морзе (русский, английский). Обычно, если нет других соображений, чем больше вероятность (частотность) появления знака, тем более короткую совокупность точек и тире содержит его код, с целью уменьшения объема передачи.

• Код Трисиме.
  Знакам латинского алфавита ставятся в соответствие комбинации из трех знаков (1, 2, 3).

A 111	D 121	G 131	J 211	M 221	P 231	S 311	V 321	Y 331
B 112	E 122	H 132	K 212	N 222	Q 232	T 312	W 322	Z 332
C 113	F 123	I 133	L 213	O 223	R 233	U 313	X 323	333

МЕЖДУНАРОДНЫЕ СИСТЕМЫ БАЙТОВОГО КОДИРОВАНИЯ

Информатика и ее приложения интернациональны. Это связано как с объективными потребностями человечества в единых правилах и законах хранения, передачи и обработки информации, так и с тем, что в этой сфере деятельности (особенно в ее прикладной части) заметен приоритет одной страны.

Компьютер является универсальным преобразователем информации. Тексты на естественных языках, числа, математические и специальные символы, другие виды информации вводятся в компьютер, хранятся и обрабатываются в компьютере и выводятся из компьютера в кодированном виде.

При внутреннем представлении информации в компьютере кодирование символов основывается на сопоставлении каждому из них определенной группы двоичных знаков. При этом из технических соображений и из соображений удобства кодирования – декодирования обычно используются равномерные коды, т.е. двоичные группы равной длины.

Подсчитаем наиболее короткую длину такой группы при кодировании символов естественного алфавита, например английского. Количество букв 26 умножим на 2 (прописные и строчные) – получим 52; 10 цифр (0 – 9); примерно 10 знаков препинания; около 10 разделительных знаков (три вида скобок, пробел и др.); знаки арифметических действий; несколько специальных символов (#, $, & и др.) – итого примерно 100. Точный подсчет здесь не нужен.

Равномерный код из групп по I двоичных знаков, может образовать N= 2^I разных кодовых комбинаций.

При I = 6 N = 64, что явно мало.

При I = 7 N= 128, что вполне достаточно.

Однако для кодирования нескольких (хотя бы двух) естественных алфавитов (плюс все отмеченные выше знаки) этого недостаточно.

При I=8 N=256, что позволяет решить указанную задачу. Поскольку 8 двоичных символов составляют 1 байт такая система называется системой байтового кодирования.

Наиболее распространены две такие системы:

• EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code),

• ASCII (American Standard Information Interchange).

Первая – исторически тяготеет к «большим» машинам. Вторая – чаще используется на мини- и микро ЭВМ (включая персональные компьютеры).

ASCII (American Standard Information Interchange).

Система ASCII, была создана в 1963 г.

В своей первоначальной версии это – система семибитного кодирования (ПРИЛОЖЕНИЕ ), т.е. I=7, N=2⁷=128. Она ограничивалась одним естественным алфавитом (английским), цифрами и набором различных символов, включая символы пишущей машинки (привычные знаки препинания, знаки математических действий и др.) и управляющие символы. Примеры последних легко найти на клавиатуре компьютера: для микро ЭВМ, например, DEL – знак удаления символа.

В следующей версии фирма IBM перешла на расширенную восьмибитную кодировку, т.е. I=8, N=2⁸=256. В ней первые 128 символов совпадают с исходными и имеют коды со старшим битом равным нулю, а остальные коды отданы под буквы некоторых европейских языков, в основе которых лежит латиница, греческие буквы, математические символы (скажем, знак квадратного корня) и символы псевдографики. С помощью последних можно создавать таблицы, несложные схемы и др.

Для представления букв русского языка (кириллицы) в рамках ASCII было предложено несколько версий. Первоначально был разработан ГОСТ под названием КОИ-7. Он оказался по ряду причин неудачным. В настоящее время используется редко.

В России часто используется модифицированная альтернативная кодировка (ПРИЛОЖЕНИЕ ). В левую часть входят исходные коды ASCII, в правую часть (расширение ASCII) вставлены буквы кириллицы взамен букв немецкого и французского алфавитов, которые не совпадают по написанию с буквами английского алфавита, греческих букв, некоторых символов. Знакам алфавита ставятся в соответствие шестнадцатиричные числа по правилу: первая – номер столбца. Вторая – номер строки. Например: английская буква ‘A’ имеет код 41, русская – ‘и’ имеет код A8. Одним из достоинств этой системы кодировки русских букв является их естественное упорядочение в такой же последовательности, как они стоят в русском алфавите. Это удобно при обработке текстов.

В настоящее время, т.к. восьмибитная кодировка недостаточна для некоторых применений, разработана шестнадцатибитная кодировка UNICOD, т.е. I=16, N=2¹⁶=65536.

ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

ОБЩАЯ СХЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ.

Сообщение – это информация, выраженная в определенной форме и предназначенная для передачи от передатчика к приемнику текстов, фотографий, речи, музыки, телевизионных изображений и др. Информация (сообщение) передается в виде сигналов.

Сигнал – это физический процесс, распространяющийся в пространстве и времени и несущий в себе информацию. Сигнал может быть звуковым, световым, в виде почтового отправления и др. Наиболее распространен сигнал в электрической форме.

Помехи – это процессы, искажающие сообщение.

Передающее устройство
ИИ	ПИ	КУ	ГНЧ	М	Аи

П О М Е Х И

Приемное устройство
РУ	ДУ	УНЧ	Д	УВЧ	ИВЦ	Ап

ИИ - источник информации (сообщение)

ПИ – преобразователь информации в электрический сигнал

КУ – кодирующее устройство

ГНЧ - генератор несущей частоты

М - модулятор

Аи – антенна источника информации (передающая)

Ап – антенна приемника информации (приемная)

ИВЦ – избирательная входная цепь

УВЧ – усилитель высокой частоты

Д – детектор (демодулятор)

УНЧ – усилитель низкой частоты

ДУ – декодирующее устройство РУ - регистрирующее устройство

При многоканальной связи одно передающее и приемное устройства используются для параллельной (одновременной) передачи сигналов от нескольких источников информации с устройствами их смешения до передачи, выделения и разделения после приема.

ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО.

Источник информации (ИИ) – Тексты, фотографии, речь, музыка, телевизионное изображение и др.

Преобразователь информации (ПИ) в электрический сигнал – осуществляет преобразование исходного сигнала в электрический. Например, микрофон преобразует звуковой сигнал в электрический. Телевизионная передающая трубка преобразует изображение в электрический сигнал.

Кодирующее устройство(КУ) – преобразует аналоговый сигнал в цифровой код. При этом может производиться шифровка сообщения.

Генератор несущей частоты (ГНЧ) – осуществляет генерацию несущей частоты.

Основные требования: обеспечение заданного диапазона частоты; обеспечение заданной стабильности частоты; обеспечение заданной мощности излучения (до мегаватт);

Электромагнитные волны разделяются по частотам (длинам волн) на следующие диапазоны:

• Длинные

• Средние

• Короткие

• Ультракороткие (сверхвысокие частоты - СВЧ)

Ультракороткие (СВЧ) в свою очередь делятся на:

• Метровые

• Дециметровые

• Сантиметровые

• Миллиметровые

Формула зависимости между длиной волны и частотой: l = c/f

l – длина волны, c – скорость света, f - частота

Диапазоны электромагнитных волн.

Длинные	10 - 1 км	30 – 300 кГц
Средние	1000 - 100 м	300 кГц – 3 мГц
Короткие	100 - 10 м	3 мГц – 30 мГц
Ультракороткие (СВЧ)
Метровые	10 – 1 м	30 – 300 мГц
Дециметровые	1,0 м – 0,1 м	300 мГц – 3 гГц
Сантиметровые	10 см – 1 см	3 гГц – 30 гГц
Миллиметровые	10 мм – 1 мм	30 гГц – 300 гГц

На выбор того или иного диапазона частоты для каждой конкретной системы связи оказывают влияние следующие факторы:

• Особенности распространения электромагнитных волн данного диапазона, состояние пространства, в котором распространяется волна. Длинные волны сильно поглощаются землей, короткие и ультракороткие не огибают препятствия. Длинные, средние и короткие могут отражаться от верхних слоев атмосферы.

• Технические условия, направленность излучения, применение антенной системы соответствующих размеров, генерирование мощных колебаний и управление ими, схема приемного устройства.
  Направленность излучения можно обеспечить, если антенное устройство по размерам существенно превышает длину волны. Направленность имеет большое значение в радиолокации, радионавигации. Большая мощность колебаний требуется на длинных волнах вследствие поглощения землей, а на других диапазонах - при сверхдальней космической связи. Освоение новых диапазонов требует новых технических средств, вследствие чего переход в коротковолновую область происходил постепенно по мере освоения генерирующих устройств.

• Характер шумов и помех в данном диапазоне.
  Регулярно проводятся исследования прохождения радиоволн различных диапазонов.

• Характер сообщения (количество информации и связанная с этим ширина спектра (диапазон частот)).
  Телевидение ввиду большой передаваемой информации должно иметь широкий спектр частот, поэтому оно возможно только на УКВ.

Модулятор (М) осуществляет модуляцию - изменение одного или нескольких параметров высокочастотного колебания по закону передаваемого сообщения. Частоты модулирующего сигнала должны быть малы по сравнению с частотой несущей.

Антенна источника информации (передающая) (АИ) осуществляет передачу сообщений.