Процесс передачи информации

На этой странице вы узнаете

• Как развивались способы передачи информации?
• От чего зависит скорость передачи информации?
• Что такое архивация и почему она нужна не всегда?

Для начала включим фантазию и представим три ситуации:

1. Друг отправляет вам гифку с котиком через интернет по суперсовременному оптоволоконному кабелю.
2. Зебра, завидев опасность, кричит на всю округу, сотрясая воздух, предупреждая об опасности других зебр.
3. Человек из телевизора опять обещает вам завтра дождь.

Что это — случайно выбранные ситуации, никак не связанные между собой, или хорошие примеры важного процесса? Ответ на этот вопрос узнаем в статье.

Общая схема передачи информации

Передача информации — процесс перемещения сообщений в пространстве в виде сигналов от одного объекта к другому.

Основные элементы процесса передачи информации, без которых он невозможен:

• Источник информации. В качестве источника могут выступать любые объекты, которые способны отправлять информацию — как живые существа, так и технические устройства.

• Кодирующее устройство. В зависимости от того, каким образом передается информация, она должна быть представлена в определенном виде. Например, в электромагнитных, звуковых или световых волнах.

• Канал связи. Среда, по которой протекает закодированная информация. Каналы делятся по способу распространения информации. Например, проводные, световые, акустические (звуковые), радиоканалы.

• Декодирующее устройство преобразует информацию из закодированного вида, предназначенного для ее передачи, в ее исходный вид. Например, экран телевизора или монитор ноутбука.

• Получатель информации. Объект или живое существо, которому отправленная информация предназначалась.

Таким образом, информация, созданная источником, кодируется, передается по каналу связи, декодируется и воспринимается получателем. Весь этот набор процессов и составляет процесс передачи информации.

Как развивались способы передачи информации? Потребность в передаче информации зародилась во времена первых человеческих цивилизаций. С тех пор средства общения между людьми постоянно совершенствовались вместе с развитием культуры и техники.

Надо понимать, что в реальности многие способы передачи информации задействуют сразу несколько каналов связи из вышеперечисленных. Разберем примеры, с которых начинали статью. 

• Зебра, оповещающая сородичей об опасности — самый простой пример передачи информации, так как задействуется только звуковой канал: зебра кричит — другие зебры ее слышат. Поскольку здесь не меняется канал связи — нет и явных кодирующих и декодирующих устройств, кроме рта и ушей зебр, конечно же. 

• Друг, отправляющий гифку, задействует уже 2 канала связи: интернет и ваш зрительный канал. Как все происходило? Кто-то снял котика на камеру, оцифровал с помощью кодирующего устройства, гифка попала на компьютер друга, который отправил ее со своего компьютера. Она пришла на ваш компьютер, последний вывел изображение на монитор (монитор — декодирующее устройство), вы увидели гифку и умилились.

• Телевидение задействует еще более сложную систему каналов передачи информации, в которой участвуют слуховой, зрительный каналы и спутниковый/проводной канал связи, применяемый в работе телевизора. Итак, ведущий сообщил прогноз погоды, видеокамера сняла его и карту на стене, которой он пользовался и в каком-то формате преобразовала эти данные (видеокамера — кодирующее устройство). Эти данные были переданы на ваш телевизор, который преобразовал данные обратно в звук голоса ведущего и изображение карты (телевизор — декодирующее устройство). Вы увидели, прослушали прогноз и решили надеть куртку.

Скорость передачи информации

Под скоростью передачи информации подразумевают не ее физическую скорость, а переданное количество этой информации за единицу времени. 

Напомним, что под информацией мы здесь имеем в виду любые данные, оцифрованные в двоичный код, с которыми работают электронные устройства: компьютеры, телефоны, датчики и т.д. Соответственно, передаваться она может по кабелям, по Интернету и многими-многими другими способами.

Информация передается между устройствами с очень большой скоростью, которой можно просто пренебречь. Практическую ценность будет иметь именно количество информации, передаваемое за определенный промежуток времени.

Чтобы лучше все это понять, представьте такую ситуацию.
К вам на праздник собирается прийти большое количество гостей, и всех надо будет накормить. Вы решаете заказать очень много еды из вашего любимого ресторана с доставкой. У этого ресторана всего один курьер, но у него есть электросамокат последней модели, настолько быстрый, что позволяет ему добираться до вашего дома ровно за секунду. Но так как ваш заказ слишком большой и не влезает в сумку полностью, курьеру придется везти ваш заказ по частям и несколько раз возвращаться обратно в ресторан. 

Гораздо важнее для нас будет, сколько именно еды курьер сможет привезти за раз, то есть за 1 секунду, чем то, что его электросамокат едет со скоростью «очень много» км/ч. Так мы узнаем, сколько раз ему надо будет возвращаться в ресторан за следующей партией, и лучше представим общее время доставки полного заказа.

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

От чего зависит скорость передачи информации? В основном скорость передачи информации определяется каналом связи. Например, радиоканал позволяет передавать до 400 Кбит/с, а оптоволоконный кабель поддерживает скорость до 10 Гбит/с.

Отсюда можно сделать вывод: время передачи информации обратно пропорционально скорости передачи информации, но прямо пропорционально объему передаваемой информации.

Иными словами: чем больше скорость передачи информации, тем меньше время передачи информации. Но при этом, чем больше будет объем самой передаваемой информации, тем больше потребуется времени на ее передачу.

Формула определения времени передачи информации получится следующая:

t = I/v, где t — время передачи информации, I — объем передаваемой информации, v — скорость передачи информации.

Разберем пример задачи с такой формулой. Она может встретиться вам в задании 7 ЕГЭ.

Даша отправила реферат объемом 16 МБайт преподавателю, отправка заняла 200 секунд. Вычислите объем сочинения, которое Даша отправляла ранее по тому же каналу связи, если его отправка заняла 50 секунд.

Решение.

Как решать такую задачу? Поймем, что каждое число означает в формате нашей формулы. У нас есть объем реферата — 16 МБайт и 2 разных отрезка времени передач для разных файлов — 200 и 50 секунд. Раз время на отправку сочинения в 200/50 = 4 раза меньше времени на отправку реферата — то и объем сочинения меньше в 4 раза по сравнению с рефератом. Тогда объем сочинения — это 16 МБайт / 4 = 4 МБайт.

По правилам оформления экзаменационных бланков в ответ мы запишем только число без указания единиц измерения.

Ответ: 4

Архивация

При этом есть еще один способ потенциально уменьшить время передачи информации. Представьте, что тот самый курьер ресторана перед отправкой вашего заказа сможет очень грамотно его упаковать, из-за чего он будет занимать меньше места. Теперь ваш заказ будет разделен на гораздо меньшее количество упакованных частей. Курьер будет меньше раз возвращаться в ресторан, и сама доставка займет меньше времени. 

Но при этом надо учитывать, что на упаковку заказа курьеру придется потратить еще какое-то время А после полной его доставки вы также потратите время на его распаковку.

Что такое архивация и почему она нужна не всегда? В случае с информацией этот процесс называется архивацией, по-простому — сжатием. Специальная программа-архиватор перед отправкой заархивирует (сожмет) информацию, после чего ее размер станет меньше, и времени на передачу информации понадобится меньше. Но сам архиватор займет определенное время на сжатие информации, а после ее передачи также уйдет время на ее распаковку.

Насколько архивация целесообразна, зависит от ситуации.
Рассмотрим следующее условие задачи №7 ЕГЭ. Нужно передать 20 мбайт информации по каналу связи, скорость передачи по этому каналу составляет 220 бит в секунду. При этом у нас есть архиватор, который потратит на сжатие информации 10 секунд, на распаковку после передачи — 2 секунды, а сжатая информация будет занимать 60% от исходного размера. 

Как выгоднее поступить — отправлять информацию сразу или потратить время на архивацию и передавать ее в сжатом виде? А на сколько секунд будет отличаться время отправки в разных сценариях?

Чтобы это выяснить, посчитаем оба варианта.

1. Отправить информацию сразу.
   Несжатая информация занимает \(20\) мбайт \(=20*2^{23}\) бит. Тогда передача информации займет 

\(t_1 = 20 * 2^{23}/ 2^{20} = 20 * 2^3 = 20 * 8 = 160\) c.

Потратить время на архивацию.
Сжатая информация будет занимать \(20*0,6=12\) мбайт, и времени на передачу (с учетом архивации и распаковки) потребуется

\(t_2=12*2^{23}/ 2^{20}+10+2=12*8+12=108\) с.

В данном случае сжать данные перед отправкой целесообразно, так мы сэкономим больше времени, чем потеряем, и в итоге способ отправки со сжатием будет быстрее на 160 – 108 = 52 секунды.

Но если бы архивация шла не так хорошо — если бы сжатая информация занимала 80% от исходного размера, на сжатие уходило бы 30 секунд, а на распаковку — 5 секунд, то ситуация бы изменилась.

Теперь сжатая информация занимала бы 16 мбайт, а на ее отправку потребовалось бы

\(t_3=16*2^{23}/ 2^{20}+30+5=16*8+35=163\) с.

С таким архиватором мы больше потеряем времени, чем сэкономим, поэтому в данной ситуации было бы выгоднее отправлять данные без сжатия, такой способ сохранил бы нам 163 – 160 = 3 секунды.

Задачи на архивацию, подобные рассмотренной выше, могут встретиться в номере 7 ЕГЭ, а также работа с архивом понадобится при выполнении заданий 11 и 12 ОГЭ. При решении задания №7 ЕГЭ нужно обязательно помнить о том, что:

1. Архивация не панацея. Она занимает время, и в некоторых случаях довольно немалое. Поэтому всегда надо просчитывать оба варианта передачи данных — без архивации и с ней.
2. Для обоих способов лучше переводить все величины в биты. Это правило применимо и при решении большинства задач на информацию, так что запоминаем его.

Таким образом, мы узнали, как работать с передаваемыми данными, как с помощью архивации оптимизировать хранение и передачу данных, а также как решать задачи на все эти темы.

Фактчек

• При передаче информации она в виде определенных закодированных сигналов (электромагнитных, звуковых или каких-либо других) отправляется по каналам связи. 
• Из-за больших физических скоростей сигналов скорость передачи информации измеряется не в км/ч, а в количестве переданной информации за секунду.
• Объем информации I, время на передачу t и скорость передачи v связаны формулой t = I/v.
• Для ускорения передачи информации можно воспользоваться архиватором, который уменьшит размер передаваемой информации. Но нужно учитывать, что и на сжатие информации перед отправкой, и на распаковку после доставки будет уходить дополнительное время.

Проверь себя

Задание 1.
Выберите верные утверждения:
На передачу информации уйдет меньше времени, если…

1. исходный файл будет больше
2. исходный файл будет меньше
3. скорость передачи будет больше
4. скорость передачи будет меньше

Задание 2.
Что такое «архиватор»?

1. программа для отправки информации
2. программа для сжатия информации
3. программа, измеряющая время передачи информации
4. программа, увеличивающая скорость передачи информации

Задание 3.
Сколько времени потребуется для передачи 10 кбайт информации со скоростью 210 бит/с?

1. 1 секунда
2. 10 секунд
3. 20 секунд
4. 80 секунд

Задание 4.
Имеется 10 кбайт данных, канал связи, поддерживающий скорость передачи 210 бит/с, и программа-архиватор, которая сжимает информацию до 70% от ее исходного размера и тратит 20 секунд на сжатие данных, а на их распаковку — 3 секунды. Какой из вариантов передачи данных будет предпочтительнее — с сжатием или без — и на сколько секунд он будет быстрее?

1. без сжатия, на 4 секунды
2. с сжатием, на 1 секунду
3. без сжатия, на 1 секунду
4. время будет одинаковое

Ответы: 1. — 2, 3; 2. — 2; 3. — 4; 4. — 2.