§15 Передача информации
После того как информация закодирована, с ней можно что-то делать, например передавать. В этом параграфе мы разберёмся, как это происходит.
Как происходит передача информации?
Информация передаётся от источника к приёмнику через канал связи.
Канал связи — это среда и технические устройства, с помощью которых передаётся информация.
Например, при отправке писем и посылок канал связи — это почта, а при разговоре людей — воздух, в котором распространяется звук. Для обмена данными между частями компьютера и в компьютерных сетях используются электрические (кабельные) и оптоволоконные (световые) каналы связи, а в беспроводных сетях — радиоканалы.
Информация идёт по каналу связи не «сама по себе», а должна быть связана с каким-то носителем.
Носитель — это объект, который может некоторое время сохранять информацию.
В быту носителем информации может быть бумага, звуковые волны (при разговоре), свет (при получении информации с помощью зрения), химическое вещество (человек ощущает запахи и вкусы). Носители информации в компьютерных системах — это электрический ток или радиоволны. Компьютерные данные можно передавать, записав их на специальные носители: магнитные или оптические диски или устройства флэш-памяти, которые используются не только для передачи, но и для хранения информации.
К сожалению, в реальных каналах связи всегда действуют помехи. Они могут искажать сообщение, вплоть до полной потери информации (вспомните телефонные разговоры при слабом сигнале сотовой сети).
Для передачи информации свойства носителя должны изменяться со временем.
Сигнал — это изменение свойств носителя, которое используется для передачи информации.
С помощью одного сигнала (одного изменения) не получится передать много информации. Поэтому чаще всего используется не одиночный сигнал, а последовательность сигналов, которая называется сообщением.
Сообщение — это последовательность сигналов.
В информатике обычно рассматривают передачу информации (данных) именно как передачу сообщений между компьютерными системами, отвлекаясь от смысла этих сообщений.
Вы знаете, что в результате кодирования информации любого вида всегда получается некоторая цепочка нулей и единиц. С точки зрения передачи данных, всё равно, что она обозначает — текст, рисунок, звук или видео, важна только её длина. Как почтальону всё равно, что написано в письмах, так же и при передаче данных их содержание не имеет значения.
Скорость передачи данных
Вспомним, в каких единицах измеряется скорость в уже знакомых нам ситуациях. Для автомобиля скорость — это расстояние, пройденное за единицу времени; скорость измеряется в километрах в час или метрах в секунду. В задачах перекачки жидкости скорость измеряется в литрах в минуту (или в секунду, в час).
Неудивительно, что скоростью передачи данных называют количество данных, переданное по сети за единицу времени (чаще всего — за секунду).
Количество данных, которые передаются за 1 секунду, можно измерить в любых единицах количества информации: битах, байтах, килобайтах и др. Поскольку данные обычно передаются в виде потока битов (без разделения на байты), на практике скорость передачи данных чаще всего измеряют в битах в секунду (бит/с).
Скорость передачи данных в битах в секунду — это количество битов, переданных за одну секунду.
Средняя скорость передачи данных v вычисляется по формуле
V = I/t,
где I — количество переданных данных, а t — время передачи.
Эта формула связывает между собой три величины: количество данных, время и среднюю скорость передачи. Зная любые две из них, с помощью этой формулы можно всегда выразить и вычислить третью.
В скоростных сетях скорость обмена данными может составлять миллионы и миллиарды битов в секунду, поэтому используются кратные единицы: 1 кбит/с (килобит в секунду), 1 Мбит/с (мегабит в секунду) и 1 Гбит/с (гигабит в секунду).
Для каждого канала связи существует некоторая предельная скорость передачи данных, которая зависит от оборудования. Она называется пропускной способностью канала связи.
Пусть скорость передачи данных по некоторой сети равна v бит/с. Это значит, что за одну секунду передаётся v битов, а за t секунд — v • t бит.
Если известно количество переданных данных I и скорость передачи v, то время передачи t вычисляется как их отношение: t = I/v.