Сообщением называется информация, воплощенная и зафиксированная в некоторой материальной форме. Сообщения могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными (цифровыми).
Аналоговое сообщение представляется некоторой физической величиной (электрическим напряжением, током и др.), изменения которой во времени отображают протекание рассматриваемого процесса, например, изменения температуры.
Дискретные сообщения состоят из фиксированного набора элементов, из которых в некоторые моменты времени формируются различные последовательности. Важным является не физическая природа элементов, а то обстоятельство, что набор элементов конечен и поэтому любое дискретное сообщение конечной длины передает конечное число значений некоторой величины.
Элементы, из которых состоит дискретное сообщение, называют буквами или символами. Набор этих букв образует алфавит. Здесь под буквами в отличие от обычного представления понимаются любые знаки (обычные буквы, цифры, знаки препинания, математические и прочие знаки), используемые для представления дискретных сообщений[17].
Процесс совершенствования производства, характеризующийся, прежде всего, уменьшением потока информации, поступающей от человека к объекту управления получил название автоматизации производства[18].
Под производством следует понимать создание не только материальных ценностей, но и духовных – образование и наука; денежных средств – банковская деятельность и торговля; здоровья – медицина и т.д., то есть производство включает в себя любую деятельность человека, связанную с производством продуктов и услуг.
Таким образом, в технических системах обработки информация является одновременно и исходным «сырьем», и конечным «продуктом» функционирования. Преобразования информации, происходящие в них, полностью зависят от полноты и качества исходных данных, а конечный результат определяет степень реализации и результативность применения технических средств.
Каждое из перечисленных условий в том или ином виде технических систем обработки информации (ТСОИ) накладывает ограничения на реально доступную информацию и, следовательно, изменяет информационную среду, в которой реализуются в общем случае четыре основных процесса (процедуры): прием, передача, хранение и обработка информации. Реализация всех этих процедур, как правило, сопровождается преобразованием физического носителя информации и формы ее представления.
В настоящее время высокий уровень развития электронной техники определяет в качестве основного (наиболее распространенного) вида связей между компонентами ТСОИ электрические цепи. Поэтому в большинстве из них физическую структуру разнообразных информационных процессов (ИП) преобразуют в соответствующие изменения параметров электрического тока. В частности, преобразование оптического сигнала в электрический и наоборот выполняют при помощи различных оптоэлектронных устройств.
Сигнал – это процесс изменения во времени некоторого физического параметра s(t) какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщения.
Таким образом, информация, воплощенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением, а физическое средство передачи сообщения – сигналом.
В современных ТСОИ в качестве физических носителей информации используются электрические сигналы двух видов – непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые). Причем зачастую при обработке информации осуществляются множественные преобразования сигналов из одного вида в другой, в частности, при изменении носителя информации или вида обрабатываемой информации. Процедура смены вида сигнала (перекодировки) должна обязательно учитывать выполнение внутрисистемных правил, обеспечивающих однозначное соответствие между входной и выходной функцией. В случае непрерывного входного сигнала чаще всего первой процедурой изменения типа сигнала является его дискретизация[19].
Преобразование непрерывных сообщений в цифровые получило название аналогово-цифровое преобразование (АЦП), справедливо и обратное преобразование ЦАП. Таким образом, любое сообщение может быть представлено в цифровой форме. В общем случае процесс преобразования информации в форму, отличной от исходной, называется кодированием (формализацией информации). При формализации устраняется избыточность информации, которая имела бы место при использовании естественных языков[20]. Особенно наглядно функции формализации проявляются в процессе взаимодействия человека с техническими средствами коммуникации.
Так, например, обратив внимание на особенности процессов обмена информацией между человеком и различными компонентами системы телефонной связи, реализующих информационный процесс передачи речевого сообщения, видно, что компоненты информационной системы (1-8) связаны между собой кодерами сообщения (10, 12, 14), формализующими различные формы информации (9, 11, 13, 15) в соответствии с особенностями различных каналов связи (2-3-4, 4-5-6, 6-7-8) (см. рис. 1).
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| человек | ТЛФ | линия связи | АТС 1 | тракт связи | АТС 2 | линия связи | ТЛФ |
| звук | микрофон | электрические колебания | АЦП | цифровыеданные | ЦАП | электрические колебания | |
| 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
Рис. 1. Пример организации информационной системы передачи речи
На примере телефонного канала связи просто обосновать еще несколько терминов, зачастую воспринимаемых как синонимы – линия и канал связи.
Линия (тракт) связи – совокупность технических средств, которые используются для обеспечения распространения сигналов в нужном направлении. Как правило, в линию связи, кроме среды распространения, входят сигналообразующие устройства, коммутационные элементы, усилители и переходники, а также системы защиты линий от влияния помех распространению сигнала.
Канал связи – совокупность линий связи, приемного и передающего оборудования, предназначенных для обмена информационными сообщениями.
Правила, нормы и стандарты взаимодействия различных компонентов информационной системы объединены понятием интерфейс.
Интерфейсом называется совокупность технических средств и правил взаимодействия, обеспечивающих информационное взаимодействие между компонентами информационной системы. Правила обмена, характерные для организации отдельного интерфейса связи, носят название «протокола» связи.
Процессы преобразования исходных данных по заданному алгоритму (последовательности арифметических и логических операций, которые надо произвести над исходными данными и промежуточными результатами для получения требуемого результата) можно автоматизировать, если иметь программу действий, где и какие следует произвести операции, в каком порядке и над какими словами.
Описание алгоритма, предназначенного для управления процессом обработки формализованных данных, называется программой. Для организации полного цикла программной обработки данных в состав цифровой вычислительной системы входят следующие основные устройства[21]: арифметическо-логическое устройство, память, устройство управления, устройства ввода данных в машину и вывода из нее результатов расчета. Такая организация вычислительного устройства получила название ЭВМ.
С начала 1990-х годов термин ЭВМ вытеснил термин «компьютер», который в свое время (в 1960-х годах) заменил понятие «цифровая вычислительная машина» (ЦВМ). Все эти три термина в русском языке считаются равнозначными. Слово «компьютер» является транскрипцией английского слова computer, что означает вычислитель.
Компьютер[22] представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами[23].
Основным формальным отличием компьютера от классического термина ЭВМ является наличие объединенного компонента процессора, состоящего из арифметическо-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ).
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется АЛУ, а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется УУ. Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.
В составе современных процессоров имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти (встроенная кэш-память), называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами.
Основными функциями процессора являются обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций и программное управление работой устройств компьютера.
Программа, фактически управляющая процессором – это последовательность двоичных чисел (единиц и нулей). Такой тип программ иногда называют машинным (объектным) кодом, что отличает его от программ, записанных программистом на языке высокого уровня (исходными кодами). Поэтому для преобразования исходных кодов в машинные требуются специальные программы – трансляторы[24].