Модулированные сети могут одновременно передавать телепрограммы, речь, двоичные данные и т. п. 1 глава

1.6 Структура и закономерности протекания

информационных процессов

1.6.1 Информационная система

15) В информатике понятие "система" чаще используют относительно набора технических средств и программ. Системой называют также аппаратную часть компьютера. Дополнение понятия "система" словом "информационная" отображает цель ее создания и функционирования.

Информационная система – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения конкретной задачи.

Современное понимание информационной системы предусматривает использование компьютера как основного технического средства обработки информации. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом информационной системы.

В работе информационной системы можно выделить следующие этапы:

1. Зарождение данных – формирование первичных сообщений, фиксирующих результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т. п.

2. Накопление и систематизация данных – размещение их в порядке, обеспечивающем быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защиту от искажений, потерь, деформирования целостности и др.

3. Обработка данных – процессы, в следствии которых, на основе прежде накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные. Производные данные тоже можно обрабатывать, получая более обобщенные сведения.

4. Отображение данных – представление их в форме, пригодной для восприятия человеком, прежде всего, вывод на печать, т. е. создание документов на так называемых твердых (бумажных) носителях. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.

Сообщения, формируемые на первом этапе, могут быть обычным бумажным документом, сообщением в "машинном виде" или тем и другим одновременно. В современных информационных системах сообщения массового характера большей частью имеют "машинный вид". Аппаратура, используемая при этом, имеет название "средства регистрации первичной информации".

Потребности второго и третьего этапов удовлетворяются в современных информационных системах в основном средствами вычислительной техники. Средства, которые обеспечивают доступность информации для человека, т. е. средства отображения данных, являются компонентами вычислительной техники.

Подавляющее большинство информационных систем работает в режиме диалога с пользователем. Типичные программные компоненты информационных систем включают диалоговую подсистему ввода-вывода, подсистему, реализующую логику диалога, подсистему прикладной логики обработки данных, подсистему логики управления данными. Для сетевых информационных систем важным элементом является коммуникационный сервис, обеспечивающий взаимодействие узлов сети при общем решении задачи. Значительная часть функциональных возможностей информационных систем закладывается в системном программном обеспечении: операционных системах, системных библиотеках и конструкциях инструментальных средств разработки. Кроме программной составляющей информационных систем важную роль играет информационная составляющая, которая задает структуру, атрибутику и типы данных, а также тесно связана с логикой управления данными.

В информационной системе осуществляются информационные процессы, определяющие полный цикл обращения информации (регистрация, формирование, обработка, передача, представление, поиск, выдача информации по запросам пользователей, хранение, уничтожение).

Все факторы, воздействующие на информационные системы и информационные процессы, в течение всего жизненного цикла от проектирования до использования входят в так называемую информационную среду. Информационная среда – это весь набор условий для технологической переработки и эффективного использования знаний в виде информационного ресурса. К ней относятся аппаратные средства, программное обеспечение, телекоммуникации, уровень подготовки кадров (специалистов и пользователей), формы стимулирования, контроля, методы и формы управления, документопотоки, процедуры, регламенты, юридические нормы и т. д., причем в информационную среду входит не только управляющая подсистема, но и объект. Исходя из понятия информационной среды удобно дать понятие информационного процесса.

С информацией можно производить следующие операции:

Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

16) Информационный процесс (ИП) – совокупность последовательных действий, функциональных и информационных связей, обеспечивающих обмен документами и информацией в системе социальной коммуникации с целью доведения их до потребителей.

К процессам социальной коммуникации относятся:

- непосредственное общение между учеными и специалистами;

- общение между учреждениями и организациями посредством переписки, рецензирования, консультирования и др.;

- издательские процессы при подготовке рукописей к изданию;

- распространение и пропаганда публикаций, публичные выступления;

- научно-информационная и библиотечно-библиографическая деятельность;

- управленческая деятельность специалистов, заключающаяся в подготовке управленческих воздействий по оптимизации функционирования систем;

- средства массовой информации.

Рассматриваемая система социальной коммуникации представляет собой множество взаимосвязанных компонент (рис. 1.10).

Рис.1.10. Система социальной коммуникации

17) Документально-информационный поток включает в себя совокупность документов и информации, отображающих систему и уровень знаний, закрепленных в документальных источниках.

Эффективность информационного процесса, определяемого характеристиками документально-информационного потока, информационного массива или базы данных, лингвистических и технических средств, сферы потребителей, оценивается такими общими показателями функционирования, как полнота, точность, стоимость, трудоемкость процесса.

В существующих системах информационного обеспечения управления все этапы информационных процессов взаимосвязаны и выполняются в едином технологическом цикле. Их основная цель – обеспечение наибольшей устойчивости, непрерывности, оперативности, точности управления при минимальных затратах ресурсов на единицу обрабатываемой информации.

Основные существенные свойства, присущие ИП:

- адекватность – способность преобразовывать информацию состояния в командную, на основе которой объект управления (ОУ) переходит в состояние, соответствующее сложившейся ситуации;

- оптимальность – способность управления осуществлять "продвижение" ОУ в направлении достижения цели по траектории, лучшей относительно других в смысле принятого критерия;

- оперативность – способность преобразовывать информацию в соответствии с установленными ограничениями на время преобразования;

- скрытность – способность сохранять в тайне факт, время и место преобразования информации, ее содержание и принадлежность УО.

Для удобства управления информационными процессами организуются информационные потоки. В современных системах для этих целей создаются автоматизированные информационные системы (АИС) (рис. 1.11), представляющие системы сбора, хранения, обработки и передачи информации, необходимой для удовлетворения потребностей управления.

Элементарная информация – информация о событиях, ситуациях, известная до момента их свершения.

Основная задача таких систем – обеспечение субъекта управления систематизированной и должным образом обработанной информацией.

Для эффективного функционирования системы на всех этапах целесообразно проведение синтаксического, семантического и прагматического анализа циркулирующих информационных по-токов.

Рис. 1.11. Автоматизированная информационная система

Синтаксический анализ устанавливает важнейшие параметры информационных потоков, включая необходимые количественные характеристики, для выбора комплекса технических средств сбора, регистрации, передачи, обработки, накопления и хранения информации.

Семантический анализ позволяет изучить информацию с точки зрения смыслового содержания ее отдельных элементов, находить способы языкового соответствия (язык человека, язык ЭВМ) при однозначном распознавании вводимых в систему сообщений.

Прагматический анализ проводится с целью определения полезности информации, используемой для управления, выявления практической значимости сообщений, применяемых для выработки управляющих воздействий.

1.6.2 Процесс сбора информации

Восприятие информации – процесс преобразования сведений, поступающих в техническую систему или живой организм из внешнего мира, в форму, пригодную для дальнейшего использования. Благодаря восприятию информации обеспечивается связь системы с внешней средой, в качестве которой могут выступать человек, наблюдаемый объект, явление или процесс и т. д.

Для развитых систем восприятия можно выделить несколько этапов переработки поступающей информации: предварительная обработка для приведения входных данных к стандартному для такой системы виду, выделение в поступающей информации семантически и прагматически значимых информационных единиц, распознавание объектов и ситуаций, коррекция внутренней модели мира. Важнейшей проблемой восприятия информации является интеграция информации, поступающей из различных источников и от анализаторов разного типа в пределах одной ситуации.

Сбор информации – это процесс ее получения из внешнего мира и приведения к виду, стандартному для данной информационной системы, с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения.

Обмен информацией между воспринимающей информацию системой и окружающей средой осуществляется посредством сигналов.

Сигнал можно определить как средство перенесения информации в пространстве и времени. В качестве носителя сигнала могут выступать звук, свет, электрический ток, магнитное поле и т. д.

Совокупность технических средств ввода информации в ЭВМ, программ, управляющих всем комплексом технических средств, обеспечивающих ввод информации с отдельных устройств ввода (драйверов устройств), – вот что представляет собой современная развитая система сбора информации.

В процессе сбора происходит комплектование системы информационного обеспечения массивами первичных и вторичных документированных источников информации.

К первичным документированным источникам информации относятся опубликованные, неопубликованные и непубликуемые документы, содержащие исходную информацию; к вторичным – документы, полученные в результате аналитико-синтетической переработки одного или нескольких первичных источников, например: информационные издания (библиографические, реферативные, обзорные).

Применительно к информационным системам, созданным с применением ЭВТ, используется понятие "сбор данных".

Сбор данных – процесс идентификации и получения данных от различных источников, группирования их и представления в форме, необходимой для ввода в ЭВМ.

Сбор информации связывает систему информационного обеспечения с внешней средой. Эффективность процесса сбора информации (информационного массива) оценивается показателями полноты, точности, оперативности, стоимости, трудоемкости.

Полнота – количественная мера содержания в массиве пертинентных документов (информации), существующих на данный момент времени с точки зрения всех пользователей системы.

Пертинентность – соответствие содержания документа (информации) информационным потребностям пользователей.

Точность – количественная мера содержания в информационном массиве (системе) только пертинентных документов (информации). Этот показатель характеризует внутреннее состояние процесса сбора, его способность удовлетворять информационные запросы независимо от времени на поиски информации.

Оперативность – способность процесса сбора выполнить задачу в минимально возможное время.

Стоимость – способность процесса сбора минимизировать затраты ресурса на единицу массива информации.

Трудоемкость – способность процесса сбора минимизировать трудозатраты на единицу массива информации.

В рамках процесса сбора осуществляется структуризация информации, информационных потребностей объекта (пользователя) и выбор источника информации.

Структуризация информации представляет системную классификацию информации по показателям удобства ее использования человеком в процессе решения практических задач обработки и хранения с использованием современных средств и методов (гл. 1.4.1).

Решение задачи структуризации информационных потребностей пользователя связано с формированием информационного кадастра, представляющего организованную совокупность всех данных, необходимых и достаточных для информационного обеспечения деятельности современного объекта.

Выбор источника информации должен осуществляться исходя из следующих требований: полноты информационного кадастра достоверности, актуальности, релевантности информативности, толерантности, функциональной направленности, легальности поставляемой, регулярности поступающей информации, минимизации затрат ресурса на поддержание информационного кадастра.

Задача оптимального выбора источников информации заключается в выборе из всего имеющегося потенциального множества такой совокупности, которая при минимальных расходах средств и трудозатратах обеспечила бы удовлетворительное регулярное поступление необходимой информации, отвечающей перечисленным выше требованиям.

1.6.3 Процесс передачи информации

Информационные потоки на объекте делятся на входные, внутренние и выходные. В канале телекоммуникации они могут быть разделены на односторонние и двухсторонние.

Циркуляцией информационных потоков называется факт регулярного их движения между различными объектами или элементами одного и того же объекта.

Важен процесс передачи информации, заключающийся в ее транспортировке от места генерации (источника) к местам хранения, обработки или использования (потребителю).

Информация передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи (информационного канала) между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, кодируемое в передаваемый сигнал, посылаемый по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением. Схематично процесс передачи информации показан на рисунке 1.12.

Рис. 1.12. Процесс передачи информации

В таком процессе информация представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов – речи, при чтении текста человек воспринимает буквы – графические символы. Передаваемая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук – акустические волны в атмосфере, изображение – световые электромагнитные волны).

Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами связи (информационными каналами).

Канал связи – совокупность технических средств (передатчик, линия связи, приемник), обеспечивающих передачу сигналов от источника к получателю сигнала.

По физической природе каналы связи делятся:

- на механические – используются для передачи материальных носителей информации;

- акустические – передают звуковой сигнал;

- оптические – передают световой сигнал;

- электрические – передают электрический сигнал.

Электрические каналы связи могут быть проводные и беспроводные (радиоканалы).

По форме представления передаваемой информации каналы связи делятся на аналоговые и дискретные. По аналоговым каналам передается информация, представленная в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины; по дискретным – в виде дискретных (цифровых, импульсных) сигналов той или иной физической природы.

К каналам связи относят телефон, радио, телевидение.

Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

В существующих информационных системах различных классов в зависимости от видов используемых носителей информации и средств обработки можно выделить несколько систем передачи, в которых информация распространяется посредством передачи устной речи при непосредственном общении; бумажных носителей с помощью фельдъегерско-почтовой связи; машиночитаемых носителей (магнитных карт, перфокарт, перфолент, магнитных дисков и лент) с помощью фельдъегерско-почтовой связи; в виде различных электрических сигналов по каналам телекоммуникаций, в том числе автоматизированным каналам связи.

В системах управления информация передается как путем переноски (перевозки) информационных документов курьером (фельдъегерем), так и использования систем автоматизированной передачи информации по каналам связи.

Ручная и механическая перевозка документов – весьма распространенный способ передачи информации. При минимальных капитальных затратах он полностью обеспечивает достоверность передачи информации, предварительно зафиксированной в документах и проконтролированной непосредственно в пунктах ее регистрации. Однако данный способ передачи имеет существенный недостаток – низкую оперативность (скорость) передачи.

Схема передачи информации посредством фельдъегерско-почтовой связи представлена на рисунке 1.13.

Рис. 1.13. Общая схема процесса передачи информации по каналам

фельдъегерско-почтовой связи

Для оперативной передачи информации используют системы автоматизированной передачи информации. Американским ученым Клодом Шенноном была предложена схема процесса передачи информации по техническим каналам связи (рис. 1.14).

Источником информации и ее получателем могут быть как человек, так и различные технические устройства (средства связи, ЭВТ и др.).

С помощью кодера устройства источника (КИ) информация, имеющая любую физическую природу (изображение, звук и т. п.), преобразуется в первичный электрический сигнал b(t). Для непрерывной информации, например речевого сообщения, эта операция сводится к преобразованию звукового давления в пропорционально изменяющийся электрический ток микрофона, который в каждый момент отсчета (времени) можно представить конечным числом сигналов, соответствующих отдельным буквам алфавита источника. В телеграфии последовательность элементов сообщения (букв алфавита) большого объема заменяется (кодируется) символами (буквами) другого алфавита меньшего объема.

Рис. 1.14. Общая схема системы передачи информации по каналам

телекоммуникаций (связи)

Процесс преобразования информации в систему символов, обеспечивает:

- простоту технических средств распознавания элементарных символов сообщения;

- снижение избыточности символов, требующихся на букву сообщения;

- минимальное время передачи или минимальный объем запоминающих устройств хранения информации;

- простоту выполнения арифметических и логических действий с хранимой информацией.

В дальнейшем с помощью технического устройства последовательность кодовых символов преобразуется в последовательность электрических сигналов. 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.

Рассмотренное кодирование при отсутствии помех в канале связи дает выигрыш во времени передачи или объеме запоминающего устройства, т. е. повышает эффективность системы. Оно получило название эффективного, или оптимального, кодирования.

В процессе передачи сигнала по каналу связи на него оказывают негативное воздействие различного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. В этих случаях применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Например, использование экранного кабеля вместо "голого" провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, описывающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и подорожанию связи. В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передаче. Все сообщение разбивается на порции – блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), передаваемая вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут. Такое кодирование называется помехоустойчивым.

Выбор кодирующих и декодирующих устройств зависит от статистических свойств источника сообщений, уровня и характера помех в канале связи.

В передатчике (ПРД) первичный электрический сигнал преобразуется во вторичный u(t), пригодный для передачи по соответствующему каналу (линии) связи. Такое преобразование осуществляется с помощью модулятора.

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. Это позволит по выходному сигналу восстановить входной первичный сигнал, т. е. получить всю информацию, содержащуюся в переданном сообщении. В противном случае часть информации будет потеряна.

Линия связи – среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику.

В системах электросвязи такими линиями являются кабели, волноводы, в системах радиосвязи - пространства, в которых распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

При передаче по линии связи на сигналы могут накладываться помехи , в результате чего сигналы искажаются.

Приемное устройство в составе приемника (ПРМ) и декодирующего устройства информации (ДИ) обрабатывает принятый сигнал z(t) = s(t) + n(t) и восстанавливает по нему передаваемое сообщение а', адекватное сообщению источника информации a.

Система связи – совокупность технических средств передачи сообщений от источника к потребителю, включающая передающие (КИ, ПРД) и приемные (ДИ, ПРМ) устройства и линию связи.

По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи: передачи речи (телефонная), текста (телеграфная), неподвижных изображений (фототелеграфная), изображений (телевизионная), данных, радиовещание, видеотекста, телетекста, конференцсвязи, телеизмерения и телеуправления и др.

По количеству передаваемых сообщений по одной линии связи системы делятся на одноканальные и многоканальные.

Одной из важных характеристик системы передачи информации является скорость передачи информации.

Основными качественными показателями системы передачи информации являются пропускная способность, достоверность, надежность работы.

Пропускная способность системы передачи информации – наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по системе за единицу времени. Она обусловливается скоростью преобразования информации в передатчике и приемнике и допустимой скоростью передачи информации по каналу связи, определяемой физическими свойствами канала связи и сигнала.

Достоверность передачи информации – это передача информации без искажения.

Надежность канала связи – полное и правильное выполнение системой всех своих функций.

Скорость передачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.

Скорость передачи дискретной информации по каналу связи измеряется в бодах. Бод – это элемент сигнала, передаваемый в единицу времени (всплеск частоты, переворот фазы).

По пропускной способности каналы связи можно классифицировать на виды:

- низкоскоростные, скорость передачи информации в которых от 50 до 200 Бд; это дискретные (телеграфные) каналы связи как коммутируемые (абонентский телеграф), так и некоммутируемые;

- среднескоростные, использующие аналоговые (телефонные) линии связи; скорость передачи в них от 300 до 9 600 Бд, а в новых Стандартах Международного совета электросвязи (МСЭ) (ранее Международного консультационного комитета по телеграфии и телефонии – МККТТ) до 33 600 Бд (Стандарт V.34 бис);

- высокоскоростные (широкополосные), обеспечивающие скорость передачи информации выше 36 000 Бд; по этим каналам связи можно передавать и дискретную, и аналоговую информации.

Физической средой передачи информации в низкоскоростных и среднескоростных каналах связи (КС) обычно являются группы параллельных, либо скрученных проводов, называемых "витая пара" (скручивание проводов уменьшает влияние внешних помех).

В широкополосных каналах связи используются коаксиальные и оптоволоконные кабели. К ним относятся и беспроводные радиоканалы связи. Возможности широкополосных каналов связи огромны, например, по одному радиоканалу для миллиметровых волн можно одновременно организовать несколько тысяч телефонных, несколько тысяч видеотелефонных и около тысячи телевизионных каналов, при этом скорость передачи может составлять несколько миллионов бод. Не меньше возможностей и у волоконно-оптических каналов.

Следует особо отметить, что телефонный канал связи является более узкополосным, нежели телеграфный, но скорость передачи данных по нему выше ввиду обязательного наличия специального устройства согласования – модема.

Модем выполняет следующие функции:

- при передаче преобразование широкополосных импульсов (цифрового кода) в полосные аналоговые сигналы (амплитудно-, частотно- или фазомодулированные);

- при приеме фильтрацию принятого сигнала от помех и детектирование, т. е. обратное преобразование узкополосного аналогового сигнала в цифровой код.

Благодаря фильтрации сигнала повышается помехоустойчивость, что, в свою очередь, позволяет увеличивать пропускную способность системы. Модемы, выпускаемые промышленностью, различаются:

- конструкцией (автономные и встраиваемые в аппаратуру);

- интерфейсом с КС (контактные и бесконтактные (аудио));

- назначением для разных каналов связи и систем (например, для систем передачи данных – модемы, для систем передачи факсов – факс-модемы);

- скоростью передачи. Существует стандарт скоростей передачи данных, соответствующий стандарту протоколов (алгоритмов управления) МСЭ для телефонных КС; он включает скорости (в бодах): 300, 600, 1 200, 2 400, 4 800,12 000, 14 400, 16 800,19 200, 28 800, 33 600.

Ранее модемы выпускались каждый на определенную скорость работы. Современные модемы более универсальны: некоторые из них (МТ 1932, МТ 2834 и др.) могут работать как с коммутируемыми, так и с некоммутируемыми КС, поддерживают почти всю шкалу названных скоростей, имеют режимы модема и факс-модема.

Классификация систем передачи информации:

1. Передача недокументированной информации. Телефонная связь – самый распространенный вид оперативной административно-управленческой связи. Ее абонентами являются как физические лица, так и организации. Телефонную связь можно разделить на общегосударственную и внутриучрежденческую. Виды телефонной связи: радиотелефонная, видеотелефонная, пейджинговая.

2. Передача документированной информации. Телеграфная связь предназначена для передачи на расстояние по электрическим проводным каналам связи алфавитно-цифровой информации для автоматизированного приема-передачи коротких текстовых документированных сообщений:

1. Телетайпная связь, при которой ввод информации в телетайп может осуществляться вручную с клавиатуры и автоматизированно с перфоленты.