Аналоговая (непрерывная) и дискретная формы представления.

Информация — очень емкое понятие, в которое вмещается весь мир: все разнообразие вещей и явлений, вся история, все тома научных исследований, творения поэтов и прозаиков. И все это отражается в двух формах — непрерывной (аналоговой) и дискретной. Обратимся к их сущности.

Объекты и явления характеризуются значениями физических величин, такими как масса тела, его температура, расстояние между двумя точками, длинна пути (пройденного движущимся телом), яркость света и т.д. Природа некоторых величин такова, что величина может принимать принципиально любые значения в каком-то диапазоне. Эти значения могут быть сколь угодно близки друг к другу, исчезающе малоразличимы, но все-таки, хотя бы в принципе, различаться, а количество значений, которое может принимать такая величина, бесконечно велико.

Примечание.

Такие величины называются непрерывными (аналоговыми) величинами, а информация, которую они несут в себе, непрерывной информацией.

Слово “непрерывность” отчетливо выделяет основное свойствотаких величин - отсутствие разрывов, промежутков между значениями, которые может принимать величина. Масса тела — непрерывная величина, принимающая любые значения от 0 до бесконечности. То же самое можно сказать о многих других физических величинах — расстоянии между точками, площади фигур, напряжении электрического тока.

Кроме непрерывных существуют иные величины, например, количество людей в комнате, количество электронов в атоме и т.д. Такого рода величины могут принимать только целые значения, например, 0, 1, 2, ..., и не могут быть дробными.

Примечание.

Величины, принимающие не всевозможные, а лишь вполне определенные значения, называют дискретными. Для дискретной величины характерно, что все ее значения можно пронумеровать целыми числами0, 1, 2,...

Пример: К дискретным величинам, в частности, относятся:

§ Геометрические фигуры (треугольник, квадрат, окружность);

§ Буквы алфавита (например, русского — А, Б, В, Г,…;

§ Цвета радуги (красный, оранжевый, желтый, ….).

Можно утверждать, что различие между двумя формами информации обусловлено принципиальным различием природы величин. В то же время, непрерывная и дискретная информация часто используются совместно для представления сведений об объектах и явлениях.

Пример: Рассмотрим утверждение “Это окружность радиуса 8,25”.

Здесь:

§ ”Окружность“ — дискретная информация, выделяющая определенную геометрическую фигуру из всего разнообразия фигур;

§ Значение “8,25” — непрерывная информация о радиусе окружности, который может принимать бесчисленное множество значений.

Рассмотри еще один пример.

Пример: Пусть имеются пружинные весы. Масса тела, измеряемая на них, — величина непрерывная по своей природе. Представление о массе (т.е. информацию о массе) содержит в себе длина отрезка, на которую перемещается указатель весов под воздействием массы измеряемого тела. Длина отрезка тоже непрерывная величина. Чтобы охарактеризовать массу, в весах традиционно используется шкала, отградуированная, например, в граммах. Пусть, для определенности, шкала конкретных весов имеет диапазон от 0 до 50 граммов. Тогда масса может быть характеризована одним из 51 значений: 0, 1, 2, ..., 50, т.е. дискретным набором значений. Таким образом, информация о непрерывной величине, массе тела, приобрела дискретную форму.

Вывод: Любую непрерывную (аналоговую) величину можно представить в дискретной форме. И механизм такого преобразования очевиден.

Определение. Процесс преобразования непрерывной (аналоговой) величины в дискретную форму называется аналого-дискретным преобразованием.

Примечание.

Возникает вопрос, а можно ли по дискретному представлению восстановить непрерывную величину. И ответ будет таким: да, в какой-то степени можно, но сделать это не так просто, и восстанавливаемый образ может отличаться от подлинника. Такое обратное преобразование называется дискретно-аналоговым.

Для представления непрерывной величины могут использоваться самые разнообразные физические процессы. В рассмотренном выше примере о пружинных весах физическая величина “масса тела” представляется “длиной отрезка”, на который переместится указатель весов (стрелка). В свою очередь, механическое перемещение можно преобразовать, например, в “напряжение электрического тока”. Для этого можно воспользоваться линейным потенциометром, на который можно подать постоянное напряжение (например, 10 вольт) от источника питания, а движок потенциометра связать с указателем весов. В таком случае изменение массы тела от 0 до 50 граммов приведет к перемещению движка потенциометра в пределах допустимой длины (от 0 до L миллиметров) и, следовательно, к изменению напряжения на его выходе от 0 до 10 вольт. Отсюда можно сделать вывод, что информация о массе тела может представляться, вообще говоря, многими способами. В качестве носителей непрерывной информации при этом могут использоваться любые физические величины, принимающие непрерывный “набор” значений (правильнее было бы сказать принимающие любое значение внутри некоторого интервала).

Примечание.

Отметим, что физические процессы (перемещение, электрический ток и др.) могут существовать сами по себе или использоваться, например, для передачи энергии. Но в ряде случаев эти же процессы применяются в качестве носителей информации. Чтобы отличить одни процессы от других, введено понятие “сигнал”.Если физический процесс, т.е. какая-то присущая ему физическая величина, несет в себе информацию, то говорят, что такой процесс является сигналом. Именно в этом смысле пользуются понятиями “электрический сигнал”, “световой сигнал”, “радиосигнал” и т.д. Таким образом, электрический сигнал — не просто электрический ток, а ток, величина которого несет в себе какую-то информацию.