"Информатика (базовый и углублённый уровни) (в 2 частях)", Поляков К.Ю., Еремин Е.А.
Передача данных — обмен информацией между устройствами через канал связи: например, по кабелю или беспроводной сети. Чтобы цифровые сведения дошли до получателя, их представляют последовательностью сигналов, а затем кодируют и передают. Скорость показывает, сколько данных действительно передаётся за единицу времени, а пропускная способность — предел возможностей канала. Помехи и повторная отправка пакетов могут замедлить обмен или исказить информацию.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Канал связи — среда и технические средства, через которые данные идут от источника к получателю. К проводным каналам относятся медный и оптоволоконный кабели, к беспроводным — радиоканал и Wi-Fi. Это понятие помогает определить, по какому пути и с помощью каких средств устройства обмениваются информацией.
Скорость передачи данных — количество битов, передаваемых за единицу времени: v = I / t, где I — объём данных, t — время. Её измеряют, например, в бит/с, кбит/с и Мбит/с; также используют байт/с. Эта величина позволяет оценить темп фактического обмена и рассчитать объём передачи или необходимое время.
Пропускная способность канала — наибольшая скорость передачи, которую канал способен обеспечить в заданных условиях. Её обычно выражают в битах в секунду. Знание этого предела помогает понять, какую скорость можно ожидать от канала, хотя конкретная передача может идти медленнее.
Помеха — воздействие, из-за которого сигнал и данные могут исказиться или быть приняты неверно. Помехой могут стать внешние радиосигналы или особенности линии связи. Это понятие нужно, чтобы объяснить ошибки при передаче и необходимость проверять полученную информацию.
Обмен начинается у источника — устройства, которое отправляет данные, — и завершается у получателя, которому они предназначены. Передающее устройство подготавливает сведения и посылает сигнал, а принимающее распознаёт сигнал и восстанавливает данные. Канал связи соединяет эти устройства, поэтому его свойства влияют на то, насколько быстро и надёжно пройдёт обмен. Если хотя бы одна часть системы работает с ограничениями, передача может замедлиться.
Компьютерные данные хранятся и обрабатываются в цифровом виде, то есть как последовательности нулей и единиц. Перед отправкой битам ставят в соответствие сигналы: например, разные уровни напряжения в кабеле или состояния радиоволны. Передатчик последовательно отправляет эти сигналы через канал, а приёмник измеряет их и определяет, какие биты были переданы. Кодирование необходимо потому, что по линии распространяются физические сигналы, а не абстрактные числа.
Скорость рассчитывают как отношение объёма данных ко времени: v = I / t. Если известны скорость и время, объём находят по формуле I = v · t; если известны объём и скорость, длительность равна t = I / v. Например, при скорости 2 Мбайт/с за 3 секунды передаются 6 Мбайт. Перед вычислением проверьте единицы: если скорость дана в бит/с, объём нужно выразить в битах, а результат времени получится в секундах.
Пропускная способность задаёт предел возможностей канала, но не обещает, что любая передача достигнет этого значения. На реальную скорость влияют характеристики устройств, качество соединения и условия работы сети. Помехи могут заставить приёмник ошибиться, а повреждённые пакеты приходится запрашивать или отправлять снова. Поэтому на передачу полезных данных уходит больше времени, чем следовало бы из расчёта по предельной скорости.
Чтобы обнаруживать и иногда исправлять искажения, к данным добавляют проверочные биты или применяют другие способы кодирования. Получатель использует эти дополнительные сведения, чтобы проверить, совпадает ли принятая последовательность с допустимой. Если обнаружена ошибка, данные можно запросить повторно или исправить средствами выбранного кода. Проверочные биты повышают надёжность обмена, но увеличивают общий объём передачи, поэтому при той же пропускной способности полезные данные могут идти медленнее.
| Понятие или величина | Что характеризует | Как определяется или измеряется | От чего зависит |
|---|---|---|---|
| Объём переданных данных | Количество информации, доставленной получателю | В битах или байтах; I = v · t | От размера исходных данных и служебной информации |
| Время передачи | Длительность отправки данных | В секундах; t = I / v | От объёма данных и фактической скорости |
| Скорость передачи данных | Объём, передаваемый за единицу времени | v = I / t; бит/с, Мбит/с, байт/с | От канала, оборудования и условий связи |
| Пропускная способность канала | Верхний предел скорости в заданных условиях | В битах в секунду | От характеристик канала и оборудования |
| Помехи и надёжность передачи | Вероятность искажения или ошибки приёма | По наличию ошибок и повторов; проверяется кодированием | От среды, качества сигнала и способов защиты данных |
Таблица помогает выбрать нужную величину перед расчётом: для времени используйте объём и фактическую скорость, а пропускную способность воспринимайте как предел. В последнем столбце собраны условия, которые могут изменить результат реальной передачи. Сначала согласуйте единицы измерения, затем применяйте подходящую формулу.
Файл объёмом 24 Мбайт передавался 48 секунд. Найдём среднюю скорость в Мбайт/с и Мбит/с. Сначала удобно вычислить скорость в тех же единицах, в которых дан объём, а затем перевести байты в биты. Такой порядок позволяет не смешать единицы посреди расчёта.
Ответ: 0,5 Мбайт/с, или 4 Мбит/с.
Канал передаёт данные со скоростью 5 Мбит/с. Нужно найти время передачи файла объёмом 75 Мбайт, пренебрегая служебными данными. Скорость задана в битах, поэтому сначала переведём размер файла из байтов в биты. После этого деление объёма на скорость даст время в секундах.
Ответ: 120 секунд, или 2 минуты.
Файл объёмом 120 Мбайт передают по каналу с пропускной способностью 20 Мбит/с. Из-за помех и повторной отправки пакетов фактическая скорость равна 80% от предельной. Нельзя сразу делить объём на 20 Мбит/с: эта величина описывает предел, а не реальный темп. Сначала найдём фактическую скорость, затем вычислим время.
Ответ: около 60 секунд, или 1 минута.
Первая ошибка — считать скорость и пропускную способность одним и тем же. Скорость описывает реальную передачу, а пропускная способность задаёт её возможный максимум. Путаница возникает потому, что обе величины измеряют в битах в секунду. Проверьте себя: если речь о конкретном файле и времени, нужна фактическая скорость; если о пределе канала — пропускная способность.
Вторая ошибка — смешивать биты и байты, забывая соотношение 1 байт = 8 бит. Тогда ответ может отличаться в восемь раз, хотя само деление выполнено правильно. Перед расчётом выпишите единицы рядом с каждой величиной и переведите их к общему виду. После вычисления проверьте, что единицы в числителе и знаменателе согласуются.
Третья ошибка — подставлять в формулу минуты вместо секунд или мегабайты вместо мегабитов без пересчёта. Её допускают, когда число кажется удобным и единицы не проверяют. Скорость в Мбит/с требует объём в Мбит, а время в секундах; если ответ нужен в минутах, секунды переводят после вычисления. Размерность результата помогает заметить ошибку.
Четвёртая ошибка — считать, что данные всегда доходят без искажений и повторов. В таком расчёте фактический темп принимают за предельный, хотя помехи и повторная отправка пакетов могут увеличить время. Проверьте условие: если названы потери, ошибки или процент реальной скорости, учтите их до вычисления времени. Не заменяйте неизвестную фактическую скорость пропускной способностью без основания.
Для расчётов здесь нужны навыки представления объёма информации в битах и байтах и перевода единиц. Без них легко получить ответ, отличающийся в восемь раз или содержащий несогласованные величины. Полезно проверять размерность до и после подстановки в формулу.
Тема связана с двоичным кодированием: цифровые данные представлены битами, а при передаче им соответствуют сигналы. Понимание этой связи объясняет, почему принимающее устройство должно распознать сигнал и восстановить исходную последовательность. Проверочные биты тоже относятся к кодированию, но служат для повышения надёжности.
Скорость и пропускная способность пригодятся при изучении компьютерных сетей и протоколов передачи. С их помощью можно оценивать время загрузки файла и понимать, почему оно отличается от идеального расчёта. При этом важно учитывать условия соединения и отличать предел канала от фактического темпа.
Чем скорость передачи данных отличается от пропускной способности канала?
Скорость передачи показывает, сколько данных канал переносит за выбранный промежуток времени в реальных условиях. Пропускная способность — наибольшая скорость, которую канал может обеспечить при заданных условиях. Поэтому фактическая скорость обычно не превышает пропускную способность.
Почему скорость передачи обычно указывают в битах в секунду, а размер файла — в байтах?
Бит — минимальная единица информации, а байт, состоящий из 8 битов, удобен для обозначения размера файлов. Сетевые скорости обычно выражают в битах в секунду, чтобы показать темп передачи двоичных данных. При вычислениях единицы нужно согласовать: 1 байт = 8 бит.
Как вычислить время передачи файла по его объёму и скорости канала?
Используйте формулу t = I / v, где I — объём данных, а v — скорость передачи. Сначала приведите величины к совместимым единицам: например, переведите мегабайты в мегабиты, если скорость задана в Мбит/с. Тогда время получится в секундах.
Почему фактическая скорость передачи может быть меньше указанной провайдером?
Указанное значение обычно характеризует предельную скорость или условия, при которых её можно достичь, а реальный обмен зависит от состояния сети и оборудования. Помехи, загруженность канала и повторная отправка пакетов снижают долю полезных данных. Поэтому фактическая скорость может меняться.
Зачем при передаче данных используют проверочные биты?
Проверочные биты помогают обнаружить, что часть данных исказилась при передаче, а некоторые способы кодирования позволяют исправить ошибку. Для проверки к исходным данным добавляют служебную информацию. Это повышает надёжность, но увеличивает объём передаваемых данных.
§ 2. Передача данных
