Передача данных. 
Исследование систем управления

В системах передачи данных информация существует в форме сигналов — материализованных сообщений. Сигнал есть форма перенесения информации в пространстве и времени. Один и тот же объект может служить для передачи разных сигналов: колебания воздуха могут нести речь лектора, пение птиц или шум самолета; с магнитной ленты можно стереть одну запись и сделать другую и г. д. Но в качестве сигналов используются не сами по себе объекты, а их состояния.

Поскольку сигналы служат для переноса информации в пространстве и времени, то для их передачи могут использоваться только объекты, состояния которых достаточно устойчивы во времени или к изменению положения в пространстве. С этой точки зрения сигналы делятся на два типа.

К первому типу относятся сигналы, существующие в форме стабильных состояний физических объектов (например, книга, фотография). Такие сигналы называются статическими.

Ко второму типу относятся сигналы, существующие в форме силовых полей. Примерами таких сигналов могут служить световые, звуковые и радиоволны. Сигналы указанного типа называются динамическими. Динамические сигналы используются преимущественно для передачи, а статистические — для хранения информации.

Некоторые объекты специально проектируются и используются для фиксации или передачи сигналов. Для запоминания и хранения сигналов служат носители данных: магнитная лента, магнитные диски и карты, компакт-диски и т. д. Для передачи сигналов создается специальная передающая среда, называемая каналом связи, например система доставки почтовых сообщений, кабель локальной вычислительной сети и т. д. Посторонние воздействия, нарушающие передачу данных, называются помехами или шумами. Шумами будем называть естественные процессы, влияющие на канал связи или непосредственно на носитель данных. Помехами назовем искусственно создаваемые шумы.

Для передачи сигнала через систему передачи данных используется операция кодирования, то есть введения однозначного соответствия между некоторым состоянием объекта и цифровым или иным кодом. Кодирование позволяет обеспечить преобразование сигнала в форму, принятую в данной системе передачи; защиту передаваемых данных от искажений в результате воздействия на них шумов и помех; засекречивание данных (рис. 19).

Поясним схему. Данные от источника кодируются, то есть преобразуются в такой вид энергии или знаковую систему, которая используется в данной системе для передачи. Например, в телефонной сети речь, существующая в виде звуковых волн, преобразуется в импульсы электрического тока, которые могут передаваться на сколь угодно большое расстояние, затем эти импульсы вновь преобразуются в звуковые сигналы.

Рис. 19. Схема передачи данных.

Далее сигнал предается через канал связи либо непосредственно на носителе данных (например, письмо путешествует на бумажном носителе). Или сигнал многократно преобразуется в разные формы представления (например, факс существует вначале на бумаге, затем преобразуется в импульсы электрического тока в проводах или радиоволнах, а затем вновь переносится на бумагу) и в таком виде проходит через канал связи.

Шумы и помехи, воздействуя на передаваемый по каналу связи сигнал, искажают его, делая информацию недостоверной. Для защиты от шумов и помех, а вернее, для возможности обнаружить и исправить возникшие искажения применяют избыточное кодирование. Суть его заключается в следующем: перед входом в канал связи к закодированному сигналу добавляется дополнительный защитный код. Этот код формируется по специальному алгоритму, и его значение зависит от значения кода сигнала. После прохождения сигнала через канал связи в фильтре по содержанию переданного сигнала вновь формируется защитный код и сравнивается с ранее созданным. Если сигнал был искажен, новый код не совпадает с полученным. В таком случае чаще всего прибегают к повторной передаче сигнала, чтобы получить неискаженное сообщение.

В настоящее время широкое распространение получили системы цифровой передачи и обработки дачных. В них используются цифровые коды для передачи и обработки любой информации.

Легко убедиться, что практически любые данные могут быть закодированы числовым кодом:

• — количественные параметры явлений и объектов представлены результатами непосредственных измерений или оценок, то есть числами, и кодирование может использоваться либо для изменения масштаба, либо для обеспечения секретности данных;
• — текстовые данные представлены буквами алфавита и служебными символами. Каждой букве национального и международного алфавита и служебному символу присваивается свой (чаще всего трехзначный) код;
• — звуковые сигналы характеризуются частотой (высотой звука) и амплитудой (силой звука), то есть для любого момента времени звуковой сигнал характеризуется набором из двух чисел;
• — визуальные образы (черно-белое изображение). Каждая точка кодируется тремя числами: первые два определяют местонахождение точки в пространстве (при координатном представлении это значения по осям х и у; при векторном представлении это длина вектора и угол его наклона к одной из координатных осей), третье число определяет интенсивность черного цвета;
• — визуальные образы (цветное изображение). Каждая точка кодируется пятью числами: первые два определяют местонахождение точки в пространстве, три следующих числа определяют интенсивность основных цветов, например красного, синего и желтого.

Цифровое кодирование любых данных при использовании систем защиты от искажений позволяет обеспечить передачу достоверной информации. На этом принципе строятся, например, цифровая звукозапись, телевидение высокой четкости и т. п. После устранения искажений сигнала данные декодируются в форму, используемую потребителем информации, а в дальнейшем процессе обработки представляются в виде, удобном для принятия решений.

Информация играет в системах особую, очень важную роль. Если энергетические и вещественные потоки, образно говоря, питают систему, то потоки информации, переносимые сигналами, организуют все ее функционирование, управляют ею. Из этого можно сделать следующий вывод. Главное отличие подхода к изучению объекта как системы состоит в том, что мы не ограничиваемся рассмотрением и описанием его вещественных и энергетических потоков, но прежде всего анализируем информационные компоненты: цели, структуры, информационные связи, сигналы, схемы управления, организационные взаимодействия.