Truyền tải thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Xây dựng hệ thống thông tin liên lạc đường dài. Phương thức truyền tải thông tin (phương tiện truyền thông)

Sự phát triển của con người chưa bao giờ diễn ra đồng đều, có những giai đoạn trì trệ và đột phá về công nghệ. Lịch sử của các quỹ phát triển theo cách tương tự, những sự thật và khám phá thú vị trong lĩnh vực này theo trình tự lịch sử sẽ được trình bày trong bài viết này. Thật đáng kinh ngạc, những gì xã hội hiện đại không thể tưởng tượng được sự tồn tại của nó nếu không có ngày nay lại được nhân loại coi là không thể, tuyệt vời và thường là vô lý vào đầu thế kỷ XX.

Vào buổi bình minh của sự phát triển

Từ thời xa xưa nhất cho đến thời đại chúng ta, nhân loại đã tích cực sử dụng âm thanh và ánh sáng làm phương tiện truyền tải thông tin chính, lịch sử sử dụng chúng đã có từ hàng ngàn năm trước. Ngoài những âm thanh khác nhau mà tổ tiên xa xưa của chúng ta dùng để cảnh báo đồng bào về nguy hiểm hoặc kêu gọi họ đi săn, ánh sáng còn trở thành cơ hội để truyền tải những thông điệp quan trọng qua khoảng cách xa. Với mục đích này, người ta sử dụng lửa báo hiệu, đuốc, giáo đốt, mũi tên và các thiết bị khác. Các trạm gác với đèn hiệu được xây dựng xung quanh các ngôi làng để nguy hiểm không khiến người dân bất ngờ. Sự đa dạng của thông tin cần truyền tải dẫn đến việc sử dụng một loại mã và các thành phần âm thanh kỹ thuật phụ trợ, chẳng hạn như trống, còi, cồng chiêng, sừng thú và các loại khác.

Việc sử dụng mật mã trên biển làm nguyên mẫu của điện báo

Mã hóa nhận được sự phát triển đặc biệt khi di chuyển trên mặt nước. Khi con người lần đầu tiên ra biển, những ngọn hải đăng đầu tiên xuất hiện. Người Hy Lạp cổ đại đã sử dụng một số cách kết hợp các ngọn đuốc để truyền tải thông điệp bằng thư. Cờ tín hiệu với nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau cũng được sử dụng trên biển. Do đó, một khái niệm như semaphore đã xuất hiện, khi các thông điệp khác nhau có thể được truyền đi bằng cách sử dụng các vị trí đặc biệt của cờ hoặc đèn lồng. Đây là những nỗ lực đầu tiên trong lĩnh vực điện báo. Sau đó là tên lửa. Mặc dù lịch sử phát triển các phương tiện truyền thông tin không đứng yên và sự tiến hóa đáng kinh ngạc đã diễn ra từ thời nguyên thủy, nhưng những phương tiện liên lạc này ở nhiều quốc gia và lĩnh vực của đời sống vẫn không mất đi tầm quan trọng của chúng.

Các phương pháp lưu trữ thông tin đầu tiên

Tuy nhiên, nhân loại không chỉ quan tâm đến phương tiện truyền tải thông tin. Lịch sử lưu trữ của nó cũng bắt nguồn từ thời xa xưa. Một ví dụ cho điều này là những bức tranh đá ở nhiều hang động cổ khác nhau, bởi nhờ chúng mà người ta có thể phán đoán được một số khía cạnh trong đời sống của con người thời xa xưa. Các phương pháp ghi nhớ, ghi chép và lưu trữ thông tin phát triển, hình vẽ trong hang động được thay thế bằng chữ hình nêm, tiếp theo là chữ tượng hình và cuối cùng là chữ viết. Có thể nói rằng từ thời điểm này bắt đầu lịch sử tạo ra các phương tiện truyền tải thông tin trên quy mô toàn cầu.

Việc phát minh ra chữ viết đã trở thành cuộc cách mạng thông tin đầu tiên trong lịch sử nhân loại, bởi nó có thể tích lũy, phân phối và truyền tải kiến thức cho các thế hệ tương lai. Chữ viết đã mang lại một động lực mạnh mẽ cho sự phát triển văn hóa và kinh tế của những nền văn minh đã làm chủ nó trước những nền văn minh khác. Vào thế kỷ 16, in ấn được phát minh, trở thành một làn sóng mới của cuộc cách mạng thông tin. Có thể lưu trữ thông tin với khối lượng lớn và nó trở nên dễ tiếp cận hơn, do đó khái niệm “biết chữ” trở nên phổ biến hơn. Đây là một thời điểm rất quan trọng trong lịch sử văn minh nhân loại, bởi sách đã trở thành tài sản của không chỉ một quốc gia mà của cả thế giới.

Tin nhắn bưu chính

Thư như một phương tiện liên lạc bắt đầu được sử dụng ngay cả trước khi phát minh ra chữ viết. Sứ giả ban đầu truyền tải thông điệp bằng miệng. Tuy nhiên, với sự ra đời của cơ hội viết tin nhắn, kiểu giao tiếp này càng trở nên phổ biến hơn. Các sứ giả lúc đầu đi bộ, sau cưỡi ngựa. Trong các nền văn minh cổ đại phát triển đã có một dịch vụ bưu chính lâu đời dựa trên nguyên tắc chạy tiếp sức. Các dịch vụ bưu chính đầu tiên có nguồn gốc từ Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà. Chúng chủ yếu được sử dụng cho mục đích quân sự. Hệ thống bưu chính của Ai Cập là một trong những hệ thống đầu tiên và phát triển cao; chính người Ai Cập là những người đầu tiên bắt đầu sử dụng chim bồ câu đưa thư. Sau đó, thư bắt đầu lan rộng sang các nền văn minh khác.

Thông tin là một tập hợp các số 1 và 0, có nghĩa là nhiệm vụ là truyền chính xác một chuỗi nhất định các số 1 và 0 này từ điểm A đến điểm B, từ máy thu đến máy phát.

Điều này xảy ra thông qua một dây mang tín hiệu điện (hoặc tín hiệu ánh sáng trong cáp quang) hoặc trong trường hợp không dây, tín hiệu tương tự được truyền bằng sóng vô tuyến.

Để truyền một chuỗi số 1 và số 0, bạn chỉ cần thống nhất tín hiệu nào có nghĩa là số 1 và tín hiệu nào có nghĩa là số 0.

Có thể có nhiều loại điều chế như vậy tùy theo tính chất của sóng vô tuyến.

Sóng có biên độ. Tuyệt vời, chúng ta có thể sử dụng sự thay đổi biên độ của sóng mang để mã hóa các số 0 và số 1 - đây là sự điều chế biên độ, trong trường hợp đó, biên độ của tín hiệu truyền số 0 có thể (ví dụ) bằng một nửa so với số một.
Sóng có tần số. Việc thay đổi tần số cũng có thể được sử dụng - đây sẽ là điều chế tần số, cách điều chế như vậy theo cách tương tự đại diện cho một đơn vị logic có khoảng có tần số cao hơn 0.
Mã hóa bằng cách sử dụng những thay đổi về pha của sóng mang - điều chế pha.

Vì vậy, bạn đang nói chuyện trên điện thoại, âm thanh đi vào micrô, sau đó đến bộ chuyển đổi và đến bộ phát, bộ phát phát ra sóng vô tuyến được điều chế, nghĩa là thay đổi để chúng mang một tín hiệu nhất định, trong trường hợp là điện thoại - một tín hiệu âm thanh.

Trong ăng-ten thu đặt trên ngôi nhà/tháp gần nhất, dưới tác động của sóng vô tuyến, các dao động điện cùng tần số với sóng vô tuyến phát sinh, máy thu nhận được tín hiệu và sau đó là một loạt các bộ chuyển đổi, máy phát, máy thu. và những sợi dây giữa chúng phát huy tác dụng...

Nguyên lý hoạt động cũng giống như radio, thực tế là giống nhau. Sóng điện từ có tần số vô tuyến (nghĩa là có bước sóng rất dài) được sử dụng để truyền thông tin. Một số đặc tính của sóng (biên độ hoặc tần số) được chọn. Sau đó cái gọi là điều chế xảy ra. Nói một cách đại khái (rất đơn giản), trong trường hợp liên lạc di động, đặc tính của sóng gốc mang tín hiệu khớp với đặc tính của sóng âm, nghĩa là trên thực tế, sử dụng thông tin có trong sóng gốc, điện thoại của bạn tạo ra sóng âm mà tai bạn có thể cảm nhận được.

Ví dụ: đặt tham số thay đổi của sóng tín hiệu sóng mang là tần số. Trên ngón tay của bạn: ở đây tần số là n Hz, ở đây là m Hz, khi đó tần số của sóng âm được gán cho các tần số này và bộ rung trong điện thoại sẽ tạo ra các sóng âm tương tự.

Trả lời

Bình luận

Có ADC trong các thiết bị điện tử. Và một bộ DAC. Cái đầu tiên chuyển đổi tín hiệu analog (âm thanh) thành tín hiệu số và cái thứ hai ngược lại. Thời điểm làm việc với kỹ thuật số là điều chế. Ngoài ra còn có định lý Kotelnikov, trong đó nói rằng bất kỳ tín hiệu nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của một mảng các chữ số từ hàm sinc đặc biệt. Về cơ bản thì nó đã bị giam trong phần mềm rồi. Để làm mịn tín hiệu hoặc triệt tiêu nhiễu nhấp nháy, hãy sử dụng biến đổi Fourier và tìm kiếm tỷ lệ tín hiệu/(nhiễu + nhiễu) tối đa. Ngoài ra còn có tiêu chí tối đa và tối thiểu (điểm chỉ liên quan đến những gì chúng ta đang đếm). Làm mịn là sự kết hợp lặp lại của các giá trị của chữ số thứ i (giá trị của tín hiệu số, nghĩa là một hàm thông thường, ví dụ như sin) với một bước h nhất định. Ít h hơn, nhiều i hơn - làm mịn tốt hơn. Nhưng thuật toán chậm hơn.

Mọi người đều viết về các cuộc trò chuyện qua điện thoại, một nửa trong số họ viết bằng “tiếng lóng” bán chuyên nghiệp... Họ hỏi - về số 0 tuyệt đối trong này... Ơ... Mặc dù câu trả lời của tôi sẽ ở cuối cùng, và không có ai sẽ đạt được nó, tôi coi đó là nghĩa vụ thiêng liêng của mình phải nói ra :D

Ở đây chúng ta đã nói về điện thoại nhưng chưa nói về bluetooth và Wi-Fi. Và nó khá thú vị ở đó. Công nghệ giống nhau trong cả hai trường hợp: sóng vô tuyến ở một phạm vi nhất định được sử dụng (mọi thứ đều được quy định chặt chẽ). Thiết bị A lấy thông tin, nhảy qua nó bằng tambourine, chuyển đổi nó thành 1010001 chẳng hạn và gửi nó qua sóng vô tuyến, còn thiết bị B chuyển đổi sóng vô tuyến thành 1010001, nhảy điệu nhảy ngược bằng tambourine và nhận thông tin ban đầu. Và bây giờ là một số chi tiết bằng ngôn ngữ vui nhộn và dễ hiểu:

Alice đến quán cà phê của Bob (điện thoại của bạn kết thúc ở một quán cà phê có Wi-Fi hoặc ở nhà một người bạn). Cô tắt nhạc, tháo tai nghe (bạn bật Wi-Fi trên điện thoại) và ngay lập tức nghe thấy Bob từ quầy hét lên với cả quán cà phê để bạn có thể nghe thấy trên phố:

Tên tôi là Bob (Mạng Wi-Fi "Bob"), tôi ở gần (Mức tín hiệu: xuất sắc), sau khi uống cà phê tôi vẫn bị ghim (Tốc độ truyền: 24,3 Mbps), tôi tự bảo vệ mình (Bảo mật: WPA2 PSK) và không đưa cho người lạ (Bảo vệ bằng mật khẩu).

“Một tên ngốc bận tâm nào đó… Chà, có còn hơn không,” Alice nghĩ và nói xin chào (khi kết nối với Wi-Fi, điều đầu tiên bạn làm là giới thiệu điện thoại của mình).

Bob nhìn cô, nheo mắt nghi ngờ và hỏi (nhập mật khẩu): “Chúng ta chưa gặp nhau bao giờ, cần gì?”

“Đối với một người bán hàng trong quán cà phê, điều này có phần quá thô lỗ…”, Alice tự nhủ, nhưng không đáp lại một cách thô lỗ mà chỉ nói với giọng điệu bị xúc phạm rằng cô ấy đến để mua cà phê và bánh rán.

Ồ, xin lỗi, làm ơn! dạo này ít khách-MUA lắm, chủ yếu chỉ có học sinh đến xem thôi. Và cả ngày hôm đó thật tệ nên nó vô tình xảy ra... Vì Chúa, đừng để bụng, hãy ngồi xuống, tôi sẽ làm mọi việc ngay bây giờ. Nhân tiện, đây là thẻ giảm giá của chúng tôi!

(Sau khi kiểm tra mật khẩu, nếu mọi thứ đều chính xác, bộ định tuyến sẽ cấp cho điện thoại của bạn một ID (giống như dán nhãn dán lên trán bạn - nó sẽ nhận ra bạn ngay từ cái nhìn đầu tiên), sau đó cho bạn biết khóa mã hóa cho thông tin được truyền đi)

Nhiều người tưởng tượng việc truyền tải thông tin bằng sóng vô tuyến là “Từ điểm A đến điểm B. Theo một đường thẳng”. Trên thực tế, bộ định tuyến sẽ gửi tín hiệu theo mọi hướng. Điện thoại của bạn, đang “nằm trong khu vực bị ảnh hưởng”, sẽ bắt được nó và cũng phản hồi theo mọi hướng. Bộ định tuyến nhận tín hiệu, v.v. Về vấn đề này (không có nhiều kết nối trực tiếp mà chỉ đơn giản là một đám mây sóng vô tuyến hỗn hợp khổng lồ), tất cả các thiết bị gửi thông tin mỗi lần đều tự giới thiệu, nêu tên người nhận và chỉ sau đó mới nói thông tin.

Nghĩa là, cả Alice và Bob sẽ luôn hét to nhất (ngay cả khi ở cạnh nhau) những câu như “Alice gửi Bob [lyrashubvloubtslo (thông tin được mã hóa)]”, “Bob gửi Alice [ftallk]”, “Bob Gửi tới mọi người [Tên tôi là Bob (và thêm trong văn bản)]", "Bob gửi Sarah [aooooaroaoa]".

Bluetooth và điện thoại hoạt động theo cách giống nhau, các giao thức (các quy tắc mà các bên tự giới thiệu, đàm phán và tương tác nói chung) chỉ khác nhau.

Ở đây chúng ta đã nói về các nguyên tắc cơ bản của truyền dẫn (DAC, ADC, mã hóa, sóng vô tuyến, điều chế và các chuông và còi khác của vật lý vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến), nhưng tại sao lại có thể truyền dẫn được?
Nói chung, nếu hiểu rõ cách thông tin được truyền qua một dây dẫn thông thường (giả sử tín hiệu điện qua cáp SW), thì việc truyền sóng vô tuyến là một quá trình phần lớn phụ thuộc vào nhiều thông số của môi trường và cấu hình của sóng. chính nó (tần số/bước sóng).
Ví dụ, việc truyền thông tin trong mạng cáp quang có thể thực hiện được nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần bên trong ánh sáng (ánh sáng, như chúng ta biết, một phần là sóng).

Một số sóng truyền (nói đại khái) trực tiếp từ nguồn đến máy thu. Đây được gọi là khu vực tầm nhìn. Ở đây chúng tôi sẽ bao gồm truyền thông truyền hình và di động được đề cập trong câu hỏi. Chà, Wi-Fi yêu thích của mọi người. Sóng vô tuyến được sử dụng trong chúng thuộc dải VHF (sóng cực ngắn) và do đó thuộc dải vi sóng (tần số cực cao).
Điều gì quyết định khả năng lan rộng phạm vi này? Một lần nữa, tùy thuộc vào sự hiện diện của chướng ngại vật. Nhiều chướng ngại vật khác nhau (tường, trần nhà, đồ nội thất, cửa kim loại, v.v.) nằm giữa Wi-Fi và thiết bị có thể phản xạ/hấp thụ một phần hoặc đáng kể tín hiệu vô tuyến, dẫn đến mất tín hiệu một phần hoặc toàn bộ.

Ở các thành phố có tòa nhà nhiều tầng, trở ngại chính đối với tín hiệu vô tuyến là các tòa nhà. Sự hiện diện của các bức tường cố định (bê tông + cốt thép), tấm kim loại, thạch cao trên tường, khung thép, v.v. ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu vô tuyến và có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của thiết bị Wi-Fi.

Tại sao chuyện này đang xảy ra? Chúng tôi mở sách giáo khoa vật lý ở trường và tìm hiện tượng nhiễu xạ, điều kiện chính của hiện tượng này là bước sóng tương xứng với kích thước của vật cản. Đối với cùng một mạng 4g, bước sóng là từ 1 cm đến 10 cm (bây giờ hãy ước tính chiều cao và chiều dài của các bức tường của một tòa nhà năm tầng). Do đó, họ cố gắng đặt các tháp liên lạc di động cao hơn các tòa nhà trong thành phố để sóng không chỉ uốn cong xung quanh chướng ngại vật (nhiễu xạ) mà còn rơi xuống đầu chúng ta theo đúng nghĩa đen.

Nhưng đừng quên cường độ tín hiệu! Tín hiệu công suất thấp có nhiều khả năng bị lãng quên hơn tín hiệu mạnh.

Tóm tắt cho người không chuyên:
1) Có thể truyền tín hiệu qua không khí (không cần dây) do sự hiện diện của một hiện tượng vật lý như sóng điện từ, hay nói ngắn gọn là sóng vô tuyến. (Trên thực tế, nếu không có chúng thì thậm chí sự sống cũng không thể tồn tại - đây là một trong những nền tảng của tự nhiên). Hơn 100 năm trước, nhân loại đã học cách sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải thông tin.
2) Rất khó và dài dòng để giải thích chi tiết điều này xảy ra như thế nào, mặc dù một số người ở đây đã cố gắng. Được rồi, tôi cũng sẽ thử. Tín hiệu số (số 0 và số 1) được mã hóa, mã hóa và chuyển đổi theo cách đặc biệt. Thông tin dư thừa được loại bỏ khỏi một tập hợp các số (ví dụ: không có ích gì khi truyền nhiều số 0 hoặc số liên tiếp, bạn chỉ có thể truyền thông tin về số lượng có), sau đó chúng được trộn theo một cách đặc biệt và một chút thông tin dư thừa được thêm vào - điều này là để có thể khôi phục dữ liệu bị mất (không thể tránh khỏi lỗi truyền tải), sau đó chúng được điều chế. Trong bộ điều biến, một tập hợp các đơn vị và số nhất định được gán cho một trạng thái nhất định của sóng vô tuyến (thường đây là trạng thái pha và biên độ). Chuỗi chữ số chúng ta mã hóa càng nhỏ thì khả năng chống nhiễu càng lớn nhưng thông tin có thể được truyền đi trên một đơn vị thời gian càng ít (nghĩa là tốc độ truyền thông tin sẽ thấp hơn). Tiếp theo, tín hiệu được chuyển đến tần số mong muốn và gửi đi. Việc chuyển đổi ngược lại xảy ra ở máy thu. Trong thực tế, các giao thức truyền thông tin khác nhau đều có thêm các vấn đề riêng: mã hóa, mã hóa bảo mật và thường tín hiệu đã điều chế được điều chế lại (điều chế phân cấp). Và tất cả nhằm tăng tốc độ và chất lượng truyền thông tin. Càng nhiều vấn đề, giá thiết bị càng cao, nhưng khi một số giao thức truyền thông tin trở nên phổ biến và tiêu chuẩn, giá chip bắt đầu giảm và thiết bị trở nên rẻ hơn. Vì vậy, Wi-max chưa bao giờ thực sự được ra mắt - các kỹ sư từ nhiều công ty khác nhau không thể thống nhất về tiêu chuẩn hóa và LTE nhanh chóng được phổ biến rộng rãi.
Sự khác biệt giữa việc truyền tín hiệu số và tín hiệu tương tự là tín hiệu số được truyền theo gói. Điều này cho phép máy thu và máy phát lần lượt hoạt động trên cùng một tần số, đồng thời phân phối tín hiệu giữa nhiều người dùng cùng lúc để họ thường không nhận thấy. Một số giao thức cho phép một số máy phát khác nhau hoạt động trên cùng một tần số và các phương pháp điều chế “đối phó” với mức nhiễu cao và các vấn đề về thu sóng đa đường (đây là khi máy thu nhận được một số bản sao phản xạ của một sóng vô tuyến, đặc biệt là ở các thành phố) .
Trước khi được truyền qua các kênh truyền thông kỹ thuật số, tín hiệu tương tự (hình ảnh và âm thanh) trước tiên được số hóa, nghĩa là được chuyển đổi thành một chuỗi các số 0 và một, nhân tiện, cũng bị “chế nhạo”: thông tin không cần thiết bị loại bỏ, được mã hóa chống lại lỗi, v.v.
Các phương pháp truyền thông tin kỹ thuật số cho phép chúng ta sử dụng hiệu quả và tiết kiệm hơn một nguồn tài nguyên thiên nhiên hạn chế - phổ tần số vô tuyến (tổng cộng tất cả các sóng vô tuyến có thể có), nhưng, bạn biết đấy (hãy khóc đi), nếu người ngoài hành tinh phát hiện ra tín hiệu kỹ thuật số của chúng ta, thì nó khó có khả năng họ sẽ giải mã và hiểu chúng - mọi thứ đều đã bị “xoắn” rồi. Vì lý do tương tự, rất có thể chúng ta sẽ không hiểu được tín hiệu của họ.

Trong thế giới hiện đại, hệ thống thông tin liên lạc đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thế giới chúng ta. Các kênh truyền tải thông tin thực sự làm rối loạn hành tinh của chúng ta, kết nối nhiều mạng thông tin khác nhau thành một mạng toàn cầu duy nhất, Internet. Thế giới tuyệt vời của công nghệ hiện đại bao gồm những khám phá tiên tiến về khoa học và công nghệ, thường gắn liền với những khả năng đáng kinh ngạc của thế giới lượng tử. Có thể nói rằng ngày nay công nghệ lượng tử đã đi vào cuộc sống của chúng ta một cách chắc chắn. Bất kỳ thiết bị di động nào trong túi của chúng ta đều được trang bị chip bộ nhớ hoạt động bằng cách sử dụng đường hầm điện tích lượng tử. Một giải pháp kỹ thuật tương tự đã cho phép các kỹ sư của Toshiba chế tạo một bóng bán dẫn cổng nổi vào năm 1984, trở thành nền tảng cho việc chế tạo các chip nhớ hiện đại. Chúng ta sử dụng những thiết bị như vậy hàng ngày mà không cần suy nghĩ về hoạt động của chúng dựa trên cơ sở nào. Và trong khi các nhà vật lý đang vắt óc cố gắng giải thích những nghịch lý của cơ học lượng tử, thì sự phát triển công nghệ đang tận dụng những khả năng đáng kinh ngạc của thế giới lượng tử.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét sự giao thoa của ánh sáng và phân tích các phương pháp xây dựng kênh liên lạc để truyền thông tin tức thời bằng công nghệ lượng tử. Mặc dù nhiều người tin rằng không thể truyền thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng, nhưng với cách tiếp cận phù hợp, nhiệm vụ này cũng có thể giải quyết được. Tôi nghĩ bạn có thể tự mình nhìn thấy điều này.

Giới thiệu

Chắc hẳn nhiều người biết đến một hiện tượng gọi là giao thoa. Một chùm ánh sáng được chiếu lên một màn mờ đục có hai khe song song, phía sau có lắp màn chiếu. Điểm đặc biệt của các khe là chiều rộng của chúng xấp xỉ bằng bước sóng của ánh sáng phát ra. Màn chiếu tạo ra một loạt các vân giao thoa xen kẽ nhau. Thí nghiệm này, được thực hiện lần đầu tiên bởi Thomas Young, chứng minh sự giao thoa của ánh sáng, cung cấp bằng chứng thực nghiệm cho lý thuyết sóng ánh sáng vào đầu thế kỷ 19.

Về mặt logic, các photon sẽ đi qua các khe, tạo ra hai sọc ánh sáng song song trên màn hình phía sau. Nhưng thay vào đó, nhiều sọc được hình thành trên màn hình, trong đó các vùng sáng và tối xen kẽ nhau. Vấn đề là khi ánh sáng hành xử giống như sóng thì mỗi khe là nguồn phát ra sóng thứ cấp. Ở những nơi sóng thứ cấp truyền đến màn hình cùng pha, biên độ của chúng sẽ tăng lên, tạo ra độ sáng tối đa. Và khi các sóng ngược pha, biên độ của chúng được bù lại, tạo ra độ sáng tối thiểu. Sự thay đổi định kỳ về độ sáng trong quá trình chồng chất của sóng thứ cấp tạo ra các vân giao thoa trên màn hình.

Nhưng tại sao ánh sáng lại hành xử như sóng? Lúc đầu, các nhà khoa học cho rằng có lẽ các photon đang va chạm với nhau và quyết định giải phóng từng photon một. Trong vòng một giờ, hình ảnh nhiễu lại hình thành trên màn hình. Những nỗ lực giải thích hiện tượng này dẫn đến giả định rằng photon tách ra, đi qua cả hai khe và va chạm với chính nó và tạo thành hình ảnh giao thoa trên màn hình.

Sự tò mò của các nhà khoa học không ngừng nghỉ. Họ muốn biết photon thực sự đã đi qua khe nào nên họ quyết định quan sát. Để tiết lộ bí mật này, các máy dò được đặt trước mỗi khe để ghi lại đường đi của một photon. Trong quá trình thí nghiệm, hóa ra photon chỉ đi qua một khe, qua khe thứ nhất hoặc qua khe thứ hai. Kết quả là, hai sọc ánh sáng song song xuất hiện trên màn hình mà không có một chút nhiễu nào. Việc quan sát các photon đã phá hủy hàm sóng của ánh sáng và các photon bắt đầu hành xử giống như các hạt! Trong khi các photon ở trạng thái bất định lượng tử, chúng lan truyền dưới dạng sóng. Nhưng khi chúng được quan sát, các photon mất đi hàm sóng và bắt đầu hành xử giống như các hạt.

Sau đó, thí nghiệm được lặp lại một lần nữa, với máy dò được bật nhưng không ghi lại dữ liệu về quỹ đạo của các photon. Mặc dù thực tế là thí nghiệm lặp lại hoàn toàn thí nghiệm trước đó, ngoại trừ khả năng thu được thông tin, sau một thời gian, hình ảnh giao thoa của các sọc sáng và tối lại hình thành trên màn hình.

Hóa ra không phải quan sát nào cũng có tác động mà chỉ có một quan sát có thể cung cấp thông tin về quỹ đạo của các photon. Và điều này được xác nhận bằng thí nghiệm sau, khi quỹ đạo của các photon được theo dõi không phải nhờ sự trợ giúp của các máy dò được lắp đặt trước mỗi khe mà với sự trợ giúp của các bẫy bổ sung, có thể được sử dụng để khôi phục quỹ đạo chuyển động mà không cần tương tác với các photon ban đầu.

Cục tẩy lượng tử

Hãy bắt đầu với sơ đồ đơn giản nhất (đây chỉ là sơ đồ trình bày thử nghiệm chứ không phải sơ đồ lắp đặt thực tế).

Hãy gửi một chùm tia laser tới một tấm gương mờ (PP). Thông thường, một chiếc gương như vậy phản chiếu một nửa ánh sáng chiếu vào nó và nửa còn lại đi xuyên qua. Nhưng các photon, ở trạng thái bất định lượng tử, chạm vào một tấm gương mờ, chọn cả hai hướng cùng một lúc. Khi đó mỗi tia bị phản xạ bởi gương (1) Và (2) chạm vào màn, tại đó chúng ta quan sát thấy các vân giao thoa. Thật đơn giản và rõ ràng: các photon hoạt động giống như sóng.

Bây giờ chúng ta hãy cố gắng hiểu chính xác đường đi của các photon - phía trên hay phía dưới. Để làm điều này, chúng tôi sẽ cài đặt các bộ chuyển đổi trên mỗi đường dẫn (ĐK). Bộ chuyển đổi hướng xuống là một thiết bị, khi một photon chạm vào nó, sẽ tạo ra 2 photon ở đầu ra (mỗi photon có một nửa năng lượng), một trong số đó chạm vào màn hình ( photon tín hiệu), và hạt thứ hai chạm tới máy dò (3) hoặc (4) (photon nhàn rỗi). Sau khi nhận được dữ liệu từ máy dò, chúng ta sẽ biết mỗi photon đã đi theo đường nào. Trong trường hợp này, hình ảnh giao thoa biến mất, bởi vì chúng ta đã tìm ra chính xác nơi các photon đi qua, điều đó có nghĩa là chúng ta đã phá hủy sự bất định lượng tử.

Tiếp theo chúng ta sẽ làm phức tạp thí nghiệm một chút. Hãy đặt các gương phản chiếu trên đường đi của mỗi photon “không hoạt động” và hướng chúng tới gương mờ thứ hai (ở bên trái nguồn trong sơ đồ). Sự đi qua của tấm gương bán trong suốt thứ hai sẽ xóa thông tin về quỹ đạo của các photon chạy không tải và khôi phục giao thoa (theo thiết kế của giao thoa kế Mach Zehnder). Bất kể máy dò nào hoạt động, chúng ta sẽ không thể tìm ra đường đi của các photon. Với mạch phức tạp này, chúng tôi xóa thông tin lựa chọn đường dẫn và khôi phục độ bất định lượng tử. Kết quả là, một dạng nhiễu sẽ được hiển thị trên màn hình.

Nếu chúng ta quyết định mở rộng những tấm gương thì " đơn"các photon sẽ chạm vào máy dò một lần nữa (3) Và (4) , và như chúng ta đã biết, hình ảnh giao thoa sẽ biến mất trên màn hình. Điều này có nghĩa là bằng cách thay đổi vị trí của gương, chúng ta có thể thay đổi hình ảnh hiển thị trên màn hình. Điều này có nghĩa là bạn có thể sử dụng điều này để mã hóa thông tin nhị phân.

Bạn có thể đơn giản hóa thí nghiệm một chút và nhận được kết quả tương tự bằng cách di chuyển một tấm gương mờ trên đường đi "đơn" photon:

Như chúng ta thấy, "đơn" các photon di chuyển quãng đường xa hơn so với các photon đối tác của chúng chiếu vào màn hình. Thật hợp lý khi cho rằng nếu hình ảnh trên màn hình được hình thành sớm hơn, thì hình ảnh thu được sẽ không tương ứng với việc chúng ta xác định quỹ đạo của các photon hay xóa thông tin này. Nhưng các thử nghiệm thực tế lại cho thấy điều ngược lại - bất kể khoảng cách, hình ảnh trên màn hình luôn tương ứng với các hành động được thực hiện với đơn photon. Theo thông tin từ Wikipedia:

Kết quả chính của thí nghiệm là không quan trọng quá trình xóa được thực hiện trước hay sau khi các photon chạm tới màn hình máy dò.

Một trải nghiệm tương tự cũng được mô tả trong cuốn sách của Brian Greene "Kết cấu của không gian và không gian". Điều này có vẻ khó tin, làm thay đổi mối quan hệ nhân quả. Chúng ta hãy cố gắng tìm ra những gì.

Một chút lý thuyết

Nếu chúng ta nhìn vào thuyết tương đối đặc biệt của Einstein, khi tốc độ tăng thì thời gian chậm lại, theo công thức:

Ở đâu r là khoảng thời gian, v là tốc độ tương đối của vật.

Tốc độ ánh sáng là một giá trị giới hạn, do đó đối với bản thân các hạt ánh sáng (photon), thời gian chậm lại về 0. Sẽ đúng hơn nếu nói về photon không tồn tại thời gian, đối với họ chỉ có thời điểm hiện tại mà họ đang ở bất kỳ điểm nào trên quỹ đạo của mình. Điều này có vẻ kỳ lạ, bởi vì chúng ta đã quen với việc tin rằng ánh sáng từ những ngôi sao xa xôi sẽ đến với chúng ta sau hàng triệu năm. Nhưng với ISO của các hạt ánh sáng, các photon đến được người quan sát vào cùng thời điểm chúng được phát ra từ các ngôi sao ở xa.

Thực tế là thời điểm hiện tại của vật đứng yên và vật chuyển động có thể không trùng nhau. Để hình dung thời gian, cần phải coi không-thời gian như một khối liên tục kéo dài theo thời gian. Các lát cắt tạo thành một khối là những khoảnh khắc của thời điểm hiện tại đối với người quan sát. Mỗi lát cắt đại diện cho không gian tại một thời điểm theo quan điểm của anh ấy. Khoảnh khắc này bao gồm tất cả các điểm trong không gian và tất cả các sự kiện trong vũ trụ mà người quan sát thấy như đang xảy ra đồng thời.

Tùy theo tốc độ chuyển động, lát cắt thời gian hiện tại sẽ phân chia không-thời gian theo những góc độ khác nhau. Theo hướng chuyển động, lát cắt thời gian hiện tại chuyển sang tương lai. Ở hướng ngược lại, lát cắt thời gian hiện tại dịch chuyển về quá khứ.

Tốc độ di chuyển càng cao thì góc cắt càng lớn. Ở tốc độ ánh sáng, lát thời gian hiện tại có góc dịch chuyển tối đa là 45°, lúc đó thời gian dừng lại và các photon vẫn tồn tại tại một thời điểm tại bất kỳ điểm nào trên quỹ đạo của chúng.

Một câu hỏi hợp lý được đặt ra: làm thế nào một photon có thể đồng thời ở những điểm khác nhau trong không gian? Chúng ta hãy cố gắng tìm hiểu điều gì xảy ra với không gian ở tốc độ ánh sáng. Như đã biết, khi tốc độ tăng lên, hiệu ứng giảm chiều dài tương đối tính được quan sát thấy, theo công thức:

Ở đâu l là chiều dài và v là tốc độ tương đối của vật thể.

Không khó để nhận thấy rằng với tốc độ ánh sáng, mọi chiều dài trong không gian sẽ bị nén về kích thước bằng 0. Điều này có nghĩa là theo hướng chuyển động của photon, không gian bị nén thành một điểm nhỏ có kích thước Planck, tại đó khái niệm về không-thời gian biến mất. Bạn có thể nói đối với các photon không tồn tại không gian, vì toàn bộ quỹ đạo của chúng trong không gian với ISO của photon đều tập trung tại một điểm.

Vì vậy bây giờ chúng ta biết rằng bất kể khoảng cách đi được báo hiệu Và đơn các photon đồng thời tới được màn hình và máy dò, vì theo quan điểm của các photon không tồn tại không phải thời gian cũng không phải không gian. Xét sự vướng víu lượng tử tín hiệu Và đơn photon, bất kỳ tác động nào lên một photon sẽ ngay lập tức ảnh hưởng đến trạng thái của đối tác của nó. Theo đó, hình ảnh trên màn hình phải luôn tương ứng với việc chúng ta xác định quỹ đạo của các photon hay xóa thông tin này. Điều này mang lại khả năng truyền tải thông tin ngay lập tức. Người ta chỉ cần lưu ý rằng người quan sát không di chuyển với tốc độ ánh sáng, và do đó hình ảnh trên màn hình phải được phân tích sau khi các photon chạy không tải đến được máy dò.

Triển khai thực tế

Hãy để lý thuyết cho các nhà lý thuyết và quay trở lại phần thực hành của thí nghiệm của chúng ta. Để có được hình ảnh trên màn hình, bạn cần bật nguồn sáng và hướng một luồng photon tới màn hình. Mã hóa thông tin sẽ xảy ra ở một vật thể ở xa, bằng cách di chuyển một tấm gương mờ trên đường đi đơn photon. Thiết bị truyền phát dự kiến sẽ mã hóa thông tin đều đặn, ví dụ như truyền từng bit dữ liệu trong một phần trăm giây.

Một ma trận kỹ thuật số nhạy cảm có thể được sử dụng làm màn hình để ghi lại trực tiếp những thay đổi luân phiên. Thông tin được ghi lại sau đó phải bị trì hoãn cho đến khi các photon chạy không tải đến đích. Sau đó, bạn có thể bắt đầu phân tích từng thông tin được ghi lại để có được thông tin được truyền đi. Ví dụ: nếu thiết bị mã hóa được đặt trên Sao Hỏa thì việc phân tích thông tin phải bắt đầu với độ trễ từ 10 đến 20 phút (chính xác bằng mức ánh sáng cần thiết để đến được hành tinh đỏ). Mặc dù thông tin được phân tích với độ trễ hàng chục phút nhưng thông tin nhận được sẽ tương ứng với những gì được truyền từ Sao Hỏa ở thời điểm hiện tại. Theo đó, cùng với con nuôi Thiết bị sẽ phải cài đặt công cụ tìm phạm vi laser để xác định chính xác khoảng thời gian bắt đầu phân tích thông tin được truyền đi.

Cũng cần phải tính đến việc môi trường có tác động tiêu cực đến thông tin được truyền đi. Khi các photon đi qua không gian, một quá trình mất kết hợp xảy ra, làm tăng nhiễu trong tín hiệu truyền đi. Để loại bỏ ảnh hưởng của môi trường càng nhiều càng tốt, bạn có thể truyền tín hiệu trong không gian thiếu không khí bằng vệ tinh liên lạc.

Bằng cách tổ chức liên lạc hai chiều, trong tương lai có thể xây dựng các kênh liên lạc để truyền thông tin tức thời đến bất kỳ khoảng cách nào mà tàu vũ trụ của chúng ta có thể tiếp cận. Các kênh liên lạc như vậy sẽ đơn giản là cần thiết nếu cần truy cập Internet nhanh chóng bên ngoài hành tinh của chúng ta.

tái bút Còn lại một câu hỏi mà chúng tôi cố tránh: điều gì xảy ra nếu chúng ta nhìn vào màn hình trước khi các photon chạy không tải tới được máy dò? Về mặt lý thuyết (theo quan điểm của thuyết tương đối của Einstein), chúng ta sẽ thấy các sự kiện trong tương lai. Hơn nữa, nếu chúng ta phản chiếu các photon nhàn rỗi từ một tấm gương ở xa và trả chúng trở lại, chúng ta có thể biết được tương lai của chính mình. Nhưng trên thực tế, thế giới của chúng ta còn bí ẩn hơn rất nhiều nên khó có thể đưa ra câu trả lời chính xác nếu không tiến hành thí nghiệm thực tế. Có lẽ chúng ta sẽ thấy tương lai có khả năng xảy ra nhất. Nhưng ngay khi chúng ta nhận được thông tin này, tương lai có thể thay đổi và một nhánh sự kiện khác có thể xuất hiện (theo giả thuyết diễn giải đa thế giới của Everett). Hoặc có lẽ chúng ta sẽ thấy sự kết hợp của giao thoa và hai dải (nếu bức tranh được tạo thành từ tất cả các tương lai có thể xảy ra).

Quá trình thông tin- Quá trình tiếp nhận, tạo lập, thu thập, xử lý, tích lũy, lưu trữ, tìm kiếm, phân phối và sử dụng thông tin. . Tất nhiên, những người quen thuộc với khoa học máy tính đều biết thuật ngữ này và không chỉ họ. Có thể lập luận rằng các quá trình thông tin là nền tảng của cuộc sống như chúng ta biết. Bài viết này trình bày thuật toán cơ bản của quá trình thông tin và các hình thức thực hiện khác nhau của nó.

Quá trình thông tin như một khái niệm khoa học

Bất kỳ hành động nào được thực hiện với thông tin đều được gọi là quá trình thông tin. Vai trò chính ở đây được thực hiện bởi việc thu thập, xử lý, tạo, lưu trữ và truyền thông tin. Trong suốt lịch sử của mình, nhân loại đã phát triển những quy trình này và các quy trình khác, cũng như các ngành công nghiệp liên quan. Một trong những tiêu chí chính cho sự phát triển của xã hội là cải tiến các quy trình thông tin. Nghệ thuật, tôn giáo, chữ viết, mã hóa, in ấn, bản quyền, điện báo, điện tử vô tuyến, máy tính, Internet - đây chỉ là phần chính trong những thành tựu của nhân loại trong lĩnh vực làm việc với thông tin.
Cần lưu ý rằng bất chấp sự chắc chắn rõ ràng, cộng đồng khoa học vẫn tiếp tục tranh luận về tính phổ quát của chính thuật ngữ “thông tin”. Đặc biệt, “thông tin” không đồng nghĩa với “dữ liệu”, mặc dù trong ngôn ngữ thông tục điều này thường xảy ra. “Dữ liệu” là thông tin được diễn giải, xử lý và ghi lại dưới dạng dễ hiểu, là sản phẩm của quá trình xử lý thông tin. Nghĩa là, thông tin là tài nguyên, dữ liệu là sản phẩm cuối cùng đã được xử lý bởi quy trình thông tin. Nhưng giống như bất kỳ sản phẩm nào, dữ liệu được sử dụng để đạt được một số kết quả. Ở dạng đơn giản nhất, bạn có thể tưởng tượng sơ đồ sau:

NGUỒN	THÔNG TIN	BỘ NHẬN/XỬ LÝ	DỮ LIỆU
Ngôi sao XXX	Ánh sáng, sóng vô tuyến và các sóng khác	Kính thiên văn và máy tính	Nhiệt độ, độ sáng, kích thước, phạm vi, v.v.
người nước ngoài	Lời nói bằng một ngôn ngữ không xác định	Người phiên dịch	Lời nói bằng ngôn ngữ dễ hiểu

Quá trình thông tin vốn có ở tất cả các sinh vật trên hành tinh, từ động vật nguyên sinh đến con người. Nhưng con người đã tạo ra các hệ thống máy tính và các kênh thông tin cụ thể, điều này đã tạo ra một loại hình đặc biệt trong số đó - khoa học máy tính. Mặc dù có sơ đồ thống nhất của thuật toán xử lý thông tin, cả về bản chất và khoa học máy tính, nhưng về bản chất chúng khá khác nhau. Và sự khác biệt chủ yếu là ở cách giải thích.
Đặc biệt, nếu bạn đặt một người, một con chó, một con rắn, một bông hoa trong phòng và phát tín hiệu giọng nói qua loa thì phản ứng của mỗi người về cơ bản sẽ khác nhau, nghĩa là từ cùng một thông tin, mỗi bộ xử lý sẽ tạo ra các tín hiệu hoàn toàn khác nhau. dữ liệu. Đặc biệt, chó và rắn đều có khả năng nghe, nhưng nếu chó ít nhất có thể hiểu được mệnh lệnh của con người bằng cách nào đó thì rắn lại không có khả năng này. Bông hoa thậm chí sẽ không thể nhận biết tín hiệu âm thanh, mặc dù về nguyên tắc, nó có khả năng tiếp nhận và xử lý thông tin - một số cây thậm chí có thể di chuyển sau mặt trời hoặc nếu chúng bị quấy rầy. Vì vậy sơ đồ sau đây là khả năng giải thích:

Các yếu tố cơ bản của quá trình thông tin

Quá trình thông tin– đây là những hành động tuần tự được xây dựng thành một thuật toán, được thực hiện với thông tin được trình bày dưới mọi hình thức (dữ liệu kỹ thuật số/tương tự, tin đồn, lý thuyết, sự kiện, quan sát, v.v.) để đạt được một mục tiêu nhất định (bất kỳ). Thuật toán này bao gồm một số bước có thể khác nhau đáng kể trong một tình huống nhất định, nhưng khái niệm chung như sau:

Các loại quy trình thông tin chính

Thu thập thông tin. Tìm kiếm và thu thập thông tin sơ cấp, trích xuất nó từ “môi trường” của nó. Đôi khi, thậm chí có thể không có mục tiêu cuối cùng cụ thể. Thông tin thu được từ việc thu thập có thể được sử dụng bởi nhiều bộ xử lý khác nhau cho các mục đích khác nhau. Do đó, các nhà khảo cổ tiến hành khai quật thu thập tất cả các đồ vật mà họ thấy có vẻ thú vị đối với họ, nhưng chỉ sau khi phân tích cẩn thận, chúng mới biến thành một loại dữ liệu khoa học nào đó và kết quả phân tích có thể hoàn toàn bất ngờ, và ngoài ra còn có mảnh vỡ của bình cổ, trầm tích vật liệu hữu ích có thể được phát hiện hóa thạch.

Tìm kiếm thông tin. Tìm kiếm thông tin cụ thể ít nhiều về một vấn đề cụ thể cho một mục đích cụ thể từ các nguồn cụ thể. Trong trường hợp này, việc tìm kiếm diễn ra giữa các thông tin được thu thập trước đó và có thể được xử lý bởi ai đó chứ không phải từ “môi trường”. Để tìm kiếm, các cơ sở dữ liệu khác nhau (nơi lưu trữ thông tin) chủ yếu được sử dụng, chẳng hạn như câu hỏi dành cho mạng tìm kiếm “cách nấu borscht”.

Xử lí dữ liệu. Một tập hợp các hành động nhằm mục đích chuyển đổi thông tin ban đầu này sang thông tin mới. Có lẽ là quá trình thông tin quan trọng và phức tạp nhất. Mặc dù, đôi khi trong xã hội có thể khó phân biệt nó với những thứ khác, chẳng hạn như cách trình bày thông tin, nhưng việc xử lý thông tin luôn có nhiệm vụ đạt được điều gì đó mới mẻ từ thông tin hiện có, trên thực tế là tạo ra một đối tượng thông tin mới. Một nhà văn viết ra suy nghĩ của mình trên giấy thực sự trình bày thông tin, nhưng quá trình xử lý diễn ra trong não anh ta sớm hơn một chút - từ kiến thức, kinh nghiệm và cảm xúc của chính mình, anh ta đã tạo ra những từ mà cuối cùng anh ta trình bày dưới dạng văn bản.

Trình bày thông tin. Thay đổi thông tin nguồn thành một hình thức thuận tiện và phù hợp cho việc sử dụng nó trong tình hình hiện tại. Thường thấy nhất trong khoa học máy tính - trong bộ nhớ máy tính, tất cả thông tin được lưu trữ dưới dạng mã nhị phân, nhưng được hiển thị cho người dùng dưới dạng dữ liệu đồ họa và âm thanh. Nhưng một người rất thường xuyên trình bày thông tin, chẳng hạn như dưới dạng biên soạn các tệp thẻ từ các tài liệu rải rác, dịch văn bản nước ngoài hoặc phát nhạc từ các ghi chú trên giấy.

Lưu trữ dữ liệu. Có lẽ là loại quy trình thông tin được sử dụng rộng rãi nhất. Bằng cách này hay cách khác, tất cả các đối tượng sinh học đều lưu trữ thông tin, ít nhất là ở dạng bộ gen. Lưu trữ thông tin được chia thành hai loại chính - dài hạn và ngắn hạn. Tất nhiên, chúng được thiết kế cho những mục đích hoàn toàn khác nhau. Chỉ những hành động cuối cùng dẫn đến việc sử dụng lại thông tin được lưu trữ mới có thể được xem xét để lưu trữ thông tin.

Chuyển thông tin. Cung cấp thông tin từ nguồn tới người tiêu dùng mà không có sự tham gia thực sự của người truyền vào bất kỳ phần nào khác của quy trình thông tin. Tuyệt đối bất kỳ vật thể nào cũng có thể hoạt động như một máy phát, cả sinh học (người đưa tin với công văn, con chó sủa người lạ trong sân) và bất kỳ phương tiện vật lý hoặc bộ lặp nào (sách, máy phát radio, thẻ flash). Việc truyền thông tin không phải lúc nào cũng giống với thông tin liên lạc, vì ở đây đối tượng truyền chỉ là một công cụ.

Bảo vệ dữ liệu. Bất kỳ hành động nào sử dụng một số phương tiện bổ sung để bảo vệ thông tin khỏi bị bên khác sử dụng. Bảo vệ thông tin chỉ phù hợp trong các hệ thống thông tin phức tạp có nhiều người tham gia, vì nó chỉ cần thiết để ngăn chặn một phần tử không mong muốn sử dụng một số thông tin nhất định. Trên thực tế, cách duy nhất để bảo vệ thông tin là mã hóa bằng cách này hay cách khác. Sẽ là không chính xác nếu gọi thông tin ẩn là một cách để bảo vệ nó, vì thông tin ẩn không yêu cầu bảo vệ vì nó không tham gia vào bất kỳ quy trình nào.
Sử dụng thông tin. Quá trình thông tin đồ sộ nhất. Đó là việc ra quyết định có căn cứ trong các loại hoạt động khác nhau của con người theo nghĩa rộng nhất.

Danh sách các nguồn:

Tiêu chuẩn nhà nước của Liên bang Nga “Bảo vệ thông tin. Quy trình tạo hệ thống tự động theo thiết kế an toàn" (GOST R 51583-2000 khoản 3.1.10).
ISO/IEC/IEEE 24765-2010 Kỹ thuật phần mềm và hệ thống p 3.704

Quá trình thông tin, khái niệm cập nhật: ngày 22 tháng 9 năm 2018 bởi: Roman Boldyrev

Mục tiêu bài học:

Củng cố khái niệm về thông tin.
Để hình thành sự hiểu biết về các phương pháp truyền tải thông tin ở các giai đoạn phát triển khác nhau của con người.
Nói về ngôn ngữ truyền tải thông tin.
Tìm hiểu những phương tiện kỹ thuật nào có thể được sử dụng để truyền tải thông tin.
Hình thành khái niệm “can thiệp” và tìm cách khắc phục chúng.

Trong các giờ học.

Trên bảng có viết một con số, chủ đề của bài học: “Truyền tải thông tin”, định nghĩa:

Khoa học máy tính là khoa học về các phương pháp truyền tải, lưu trữ và xử lý thông tin.

Sự phát triển của con người sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự trao đổi thông tin. Từ xa xưa, con người từ thế hệ này sang thế hệ khác đã truyền lại kiến thức, thông báo về mối nguy hiểm hoặc truyền đạt những thông tin quan trọng, cấp bách và trao đổi thông tin. Ban đầu, con người chỉ sử dụng các phương tiện giao tiếp tầm ngắn: lời nói, thính giác, thị giác.

1.Hãy cho tôi biết điểm chung giữa nhà thơ A.S. Pushkin và khoa học máy tính?

Hóa ra nhà thơ vĩ đại, một nhân vật tiêu biểu trong thời đại của ông, đã để lại bằng chứng về cách con người truyền tải thông tin vào thời cổ đại. Nhớ:

Gió thổi qua biển và đẩy thuyền đi,

Anh ta chạy trong sóng trên những cánh buồm căng phồng.

Con tàu đưa các thủy thủ đến các quốc gia khác nhau, họ trao đổi hàng hóa, tìm hiểu tin tức từ các quốc gia khác nhau và nói chuyện về đất nước của họ. Trên đất liền, tất cả những tin tức quan trọng đều được đưa ra bởi một người đưa tin - một người truyền tải những thông điệp bằng miệng. Sự phát triển của chữ viết đã dẫn đến - Thư.

2. Bạn biết rằng thư đã được di chuyển từ thời cổ đại bằng những cách nào?

Ví dụ, người ta biết rằng thông tin liên lạc bằng lửa được sử dụng ở vùng Kavkaz. Hai người báo hiệu lửa trại được bố trí trong tầm nhìn trên các địa điểm hoặc tháp trên cao. Khi nguy hiểm đang đến gần, những người báo hiệu đốt một chuỗi lửa để cảnh báo người dân về điều đó

Ví dụ, ở St. Petersburg vào đầu thế kỷ 19, dịch vụ cứu hỏa đã phát triển. Ở một số khu vực của thành phố, những tòa tháp cao được xây dựng để từ đó có thể quan sát được khu vực xung quanh. Nếu có hỏa hoạn, thì vào ban ngày, một lá cờ nhiều màu với hình này hoặc hình hình học khác được treo trên tháp, và vào ban đêm, một số đèn lồng được thắp sáng, số lượng và vị trí của chúng cho biết khu vực của thành phố nơi xảy ra hỏa hoạn. xảy ra cũng như mức độ phức tạp của nó.

Tháp lửa được dùng làm phương tiện tạo hình ảnh trong công trình nào?

quan sát?

Bạn đã xem bộ phim nào truyền tải thông tin về mối nguy hiểm thông qua

đốt lửa trên các tòa tháp

Trong đó phim nói về việc chuyển thông tin qua lính gác tới

tháp?

Hãy xem xét tình huống:

“Hai người điếc gặp nhau. Một người đang cầm cần câu trong tay.

Người khác hỏi:

Bạn đang đi câu cá à?

Không, tôi đang đi câu cá.

Tôi tưởng cậu đang đi câu cá…”

Điều gì đã ngăn cản việc trao đổi thông tin? Thông tin đã được truyền đi nhưng không đến được người nhận do không có khả năng thể chất để cảm nhận nó. Suy cho cùng, bất kỳ sự trao đổi thông tin nào cũng phải có nguồn và người nhận.

Khi bạn đọc một cuốn sách, cuốn sách này là nguồn cung cấp thông tin cho bạn và bạn là người tiếp nhận những thông tin này. Hãy cất cuốn sách đi và bạn sẽ không thể tiếp cận được thông tin trong đó vì nguồn của nó đã biến mất. Nhắm mắt lại hoặc đi sang phòng khác - khi đó sẽ không có máy thu thông tin cho cuốn sách.

Kết luận đầu tiên: Nếu có sự truyền tải thông tin thì nhất thiết phải có nguồn và người nhận (người nhận).

Dưới đây là một số tình huống có thể phát hiện được việc truyền thông tin. Xác định ai hoặc cái gì là nguồn và ai hoặc cái gì là người nhận.

Người đi bộ băng qua đường tại ngã tư được kiểm soát.
Một cậu học sinh học bài từ sách giáo khoa.
Một cậu bé chơi trên máy tính.
Bạn quay số điện thoại để thực hiện cuộc gọi.
Bạn đang viết một tấm thiệp chúc mừng.
Bạn viết địa chỉ và mã zip trên phong bì.

Xin lưu ý rằng trong một số trường hợp, thông tin chỉ được truyền theo một hướng, trong khi ở những trường hợp khác có sự trao đổi thông tin lẫn nhau.

3.Việc trao đổi thông tin diễn ra trong tình huống nào trước đây và ai sẽ trở thành nguồn hoặc người nhận vào thời điểm nào?

Phải chăng đó là:

1. Một nguồn thông tin nhưng có nhiều người nhận? Cho ví dụ.

2. Có nhiều nguồn thông tin nhưng chỉ có một người nhận? Cho ví dụ.

3. Cho ví dụ về trao đổi thông tin lẫn nhau.

Khi truyền tải thông tin, hình thức trình bày thông tin đóng vai trò quan trọng. Nó có thể dễ hiểu đối với nguồn thông tin nhưng không thể hiểu được đối với người nhận. Nếu tôi bắt đầu nói chuyện với bạn bằng tiếng Anh, thì mặc dù bạn đã học tiếng Anh từ lớp một, bạn sẽ không thể hiểu tôi mà chỉ hiểu một số từ nhất định trong bài phát biểu của tôi.

Nhưng những sinh viên lyceums nếu nghiên cứu chuyên sâu về tiếng Anh sẽ có thể hiểu được bài phát biểu của tôi, tức là nhận thức thông tin từ mức độ chuẩn bị của đối tượng tiếp nhận.

Thông tin tương tự có thể được truyền đi bằng các tín hiệu khác nhau và thậm chí theo những cách hoàn toàn khác nhau. Để truyền tải thông tin, việc truyền tải nó như thế nào không quá quan trọng mà điều quan trọng chính là phải thống nhất trước về cách hiểu các tín hiệu nhất định. Và nếu chúng ta đồng ý về điều này thì mã hoặc mật mã đã được lấy. Vì vậy, ví dụ, nếu tín hiệu màu đỏ bật, điều đó có nghĩa là bạn không thể băng qua đường. Đèn chuyển sang xanh - cứ đi và đừng sợ.

Bạn biết những mã nào?

Đơn giản là có những mã mà chúng ta đã quen từ lâu, chúng ta đã nghiên cứu kỹ và dễ hiểu. Và những thứ khác thì mới đối với chúng ta, hoặc thậm chí hoàn toàn không thể hiểu được.

Ví dụ: Bằng tiếng Nga – DOG; bằng tiếng Ba Lan – Рies; trong tiếng Anh – Chó; bằng tiếng Pháp - Chiến; trong tiếng Đức - Нund.

Các mã sau đây cũng được sử dụng để đánh giá kiến thức của bạn ở trường:

Kiến thức xuất sắc – “5”; tốt – “4”; đạt yêu cầu – “3”; tệ – “2”, và nếu bạn không biết gì thì bạn có thể lấy một cái. Giả sử bạn đạt điểm “A” và bạn về nhà vui vẻ. Và cậu bé người Đức đi theo chữ “A” và khóc lóc thảm thiết, vì ở đất nước đó, cùng mã “5” nghĩa là kiến thức kém - giống như số “1” của chúng ta. Hóa ra những con số 1, 2, 3, 4, 5 giống nhau lại có ý nghĩa khác nhau trong việc đánh giá kiến thức ở các quốc gia khác nhau.

Kết luận thứ hai: Bản thân tín hiệu chưa mang thông tin. Chỉ khi một số mã được truyền bằng tín hiệu thì chúng ta mới có thể nói về việc truyền thông tin.

Để liên lạc với nhau, chúng tôi sử dụng mật mã - tiếng Nga. Khi nói, mật mã này được truyền bằng âm thanh, khi viết, nó được truyền bằng các dấu hiệu thông thường - các chữ cái.

Người lái xe, truyền đạt thông tin cho người đi bộ lơ đãng rằng anh ta đang lái xe dọc đường, có thể nháy đèn pha hoặc bấm còi.

Khi bạn gọi điện, bạn cũng truyền mã đến tổng đài điện thoại - bạn quay số điện thoại.

Cùng một mục nhập mã có thể có nghĩa hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào ý nghĩa mà chúng ta liên kết với mã này. Ví dụ: tập hợp số 120595 có thể có nghĩa là:

Mã bưu điện;

Khoảng cách giữa các thành phố tính bằng mét;

Số điện thoại;

Viết ra một số lựa chọn cho ý nghĩa của mục 14-10?

Vì vậy, trong bất kỳ quá trình chuyển giao hoặc trao đổi thông tin nào đều có nguồn Và người nhận, và bản thân thông tin được truyền qua kênh thông tin liên lạc sử dụng các tín hiệu: cơ, nhiệt, điện và các tín hiệu khác.

Trong cuộc sống đời thường, đối với con người, bất kỳ âm thanh, ánh sáng nào cũng đều là những tín hiệu mang ý nghĩa. Ví dụ, còi báo động là tín hiệu báo động bằng âm thanh; chuông điện thoại - tín hiệu nhấc máy; Đèn giao thông màu đỏ là tín hiệu cấm băng qua đường. Nếu chúng ta nhận thấy một số thay đổi trong môi trường thì chúng ta có thể nói rằng một sự kiện đã xảy ra. Tiếng chuông vào học bỗng vang lên sau một khoảng lặng dài - một sự việc xảy ra - giờ học kết thúc. Khi ấm trên bếp, hơi nước đột ngột thoát ra từ vòi - xảy ra sự cố - nước trong ấm bắt đầu sôi.

Cho thêm ví dụ về các sự kiện trong cuộc sống của bạn.

Vì vậy, “Kênh Truyền thông” có liên quan đến việc truyền tải thông tin. Hãy giải quyết với anh ta.

Hãy xem xét bài học của chúng ta từ quan điểm truyền tải thông tin.

Tôi là nguồn, tôi nói chuyện với bạn bằng tiếng Nga, mã hóa bài phát biểu thành những từ mà bạn hiểu. Kênh liên lạc là phương tiện không khí truyền những rung động do tôi tạo ra. Bạn là người tiếp nhận thông tin. Tai của bạn cảm nhận được sự rung động của không khí, giải mã thông tin và bạn hiểu những gì đang được thảo luận trong bài học. Hãy tưởng tượng rằng bạn đang mất tập trung và sau đó một phần những gì tôi nói không đến được với bạn và bạn rời khỏi bài học mà không hiểu những gì đã nói trong bài. Một tình huống quen thuộc phải không? Đây là lý do tại sao giáo viên liên tục yêu cầu bạn không được phân tâm và không làm người khác mất tập trung, vì rất khó để học tài liệu mà bạn chưa nghe giáo viên giải thích.

Chúng ta hãy nghỉ ngơi một chút. Cùng chơi trò chơi: “Điện thoại Điếc”. Người thuyết trình chuyển lời vào tai người chơi đầu tiên để không ai nghe thấy. Đến lượt anh ta, chuyển nó sang người tiếp theo, v.v. Sau đó, người thuyết trình yêu cầu người chơi cuối cùng nghe từ đó, sau đó là người trước đó và tiếp tục theo chuỗi. Hóa ra thông tin ban đầu đã bị bóp méo một cách đáng kinh ngạc. Nguyên nhân có thể là do thông tin được nghe kém hoặc do cố tình truyền đạt từ ngữ không chính xác. Trong ví dụ này, chúng tôi hiểu rằng không phải tất cả thông tin đều đến tay người nhận ở dạng ban đầu.

Hóa ra để đến được tay người nhận, thông tin phải trải qua một con đường thậm chí còn phức tạp hơn. Khi nói, mọi người mã hóa lời nói của mình thành những từ mà người khác có thể hiểu được. Các rung động trong không khí đến tai người đối thoại, đi vào não, được giải mã và chỉ sau đó quá trình truyền thông tin mới diễn ra. Đây là cách nó xảy ra.

Hoàn thiện sơ đồ chuyển giao thông tin.

Nếu một thiết bị kỹ thuật (điện thoại, máy tính hoặc thứ gì khác) hoạt động như một nguồn thông tin thì thông tin từ nó sẽ được chuyển đến mã hoá,được thiết kế để chuyển đổi thông điệp gốc thành một dạng thuận tiện cho việc truyền tải. Bạn luôn bắt gặp những thiết bị như vậy: micro điện thoại, một tờ giấy, v.v.

Thông qua kênh truyền thông, thông tin đến được bộ giải mã người nhận, chuyển đổi tin nhắn được mã hóa thành dạng mà người nhận có thể hiểu được.

Cho ví dụ về thiết bị mã hóa và giải mã.

Viết cách truyền thông tin trong máy tính từ bàn phím đến màn hình điều khiển theo sơ đồ này.

Kết luận thứ ba: Trong quá trình truyền tải, thông tin có thể bị mất hoặc bị bóp méo..

Điều này xảy ra do có nhiều nhiễu khác nhau trên kênh liên lạc và trong quá trình mã hóa và giải mã thông tin. Bạn gặp phải những tình huống như vậy khá thường xuyên: méo âm thanh trên điện thoại, nhiễu trong quá trình truyền tivi, lỗi điện báo, thông tin truyền đi không đầy đủ, diễn đạt suy nghĩ không chính xác, lỗi tính toán. Chúng ta hãy nhớ lại câu chuyện cổ tích về Sa hoàng Saltan và các tác phẩm văn học khác khi có ai đó luôn can thiệp vào các anh hùng. Có rất nhiều phương pháp mã hóa được các cơ quan tình báo sử dụng và thậm chí còn có nhiều người làm công việc giải mã thông tin trong các cơ quan an ninh quốc gia. Các vấn đề liên quan đến phương pháp mã hóa, giải mã thông tin được giải quyết bằng một môn khoa học đặc biệt - mật mã học.

Nhân loại luôn cố gắng truyền tải thông tin mà không bị can thiệp, tạo ra các phương tiện liên lạc mới và đáng tin cậy.

Vào thế kỷ 18, điện báo semaphore xuất hiện. Đây là một kết nối nhẹ.

Thế kỷ 19 có rất nhiều khám phá trong lĩnh vực truyền thông. Trong thế kỷ này, con người đã làm chủ được điện, điều này đã dẫn đến nhiều khám phá. PL đầu tiên Schelling đã phát minh ra điện báo ở Nga vào năm 1832. Năm 1837, S. Morse người Mỹ đã chế tạo ra một thiết bị điện báo điện từ và nghĩ ra một mã điện báo đặc biệt - bảng chữ cái, hiện mang tên ông. Năm 1876, A. Bell người Mỹ đã phát minh ra điện thoại.

Năm 1895, nhà phát minh người Nga A.S. Popov đã mở ra kỷ nguyên liên lạc vô tuyến. Truyền hình có thể coi là phát minh đáng chú ý nhất của thế kỷ 20. Việc khám phá không gian đã dẫn đến việc tạo ra các thông tin liên lạc vệ tinh. Trong số những cải tiến mới nhất là truyền thông cáp quang, nhưng chúng ta sẽ làm quen với nó tại triển lãm “Tin học và Truyền thông”. Ở đó các phương tiện liên lạc hiện đại nhất sẽ được trình bày và bạn sẽ thấy những dự án chưa được triển khai, đây sẽ là niềm tự hào của nền khoa học và ngành công nghiệp của chúng ta.

Bài tập về nhà: trong khi xem tivi, hãy viết ra ví dụ về các công cụ giao tiếp; ghi lại hiện tượng nhiễu, nếu quan sát thấy, tần suất và nguyên nhân của nó.