§ 5. Передача и хранение информации

Определения и обозначения

Информационный канал — среда и технические средства, по которым сообщение проходит от источника к получателю. Средой могут быть кабель, радиоволны или оптоволокно, а устройства обеспечивают отправку и приём сигнала. Канал нужен, чтобы данные могли переместиться между участниками обмена.

Скорость передачи информации — количество битов, передаваемых за единицу времени. Её измеряют, например, в битах в секунду (бит/с), килобитах в секунду или мегабитах в секунду. Скорость связывает объём сообщения V со временем t: v = V / t, поэтому она показывает, сколько данных успевает пройти за выбранный промежуток.

Носитель информации — материальный объект или среда, на которых данные можно записать и сохранить. К носителям относятся бумага, магнитный жёсткий диск, оптический диск и микросхема флеш-памяти. Носитель нужен, чтобы информация оставалась доступной после завершения работы или передачи.

Информационная ёмкость носителя — наибольший объём данных, который помещается на носителе. Её выражают в битах и байтах, а также в кратных единицах, например гигабайтах. Зная ёмкость, можно проверить, хватит ли места для нужных файлов, но сама по себе большая ёмкость не гарантирует сохранность данных.

Как это устроено

При передаче участвуют источник, сообщение, канал и получатель. Источник создаёт данные, например файл или текст, и отправляет их по каналу; получатель принимает сообщение и использует его. Если убрать один из элементов — например, получателя, которому данные предназначены, — обмен не достигнет своей цели.

Перед отправкой сообщение кодируют, то есть представляют в форме, подходящей для выбранного канала. Получатель декодирует принятый сигнал и восстанавливает исходные данные. Способ кодирования должен быть согласован у обеих сторон: иначе один и тот же набор сигналов отправитель и получатель истолкуют по-разному.

Канал не всегда передаёт сигнал без изменений: помехи могут исказить отдельные биты или привести к их потере. Поэтому к сообщению добавляют контрольные данные, рассчитанные по определённым правилам. Получатель проверяет по ним, совпадает ли принятая информация с ожидаемой; если проверка не проходит, система может запросить повторную передачу или применить код, позволяющий исправить ошибку.

Время передачи определяется объёмом сообщения и скоростью: t = V / v. Чем больше файл, тем дольше он передаётся при той же скорости; чем выше скорость, тем меньше времени нужно для того же файла. Пропускная способность обозначает возможный предел канала, но фактическая скорость может быть ниже из-за помех, задержек, загруженности сети и служебных данных, которые тоже передаются.

Чтобы хранить информацию, её записывают на носитель, а позже считывают. При выборе учитывают не только ёмкость: одни носители удобны для частого быстрого доступа, другие — для длительного хранения или переноса данных. Также важны устойчивость к повреждениям и условия хранения, потому что носитель может испортиться, а данные — стать недоступными; резервная копия снижает риск их безвозвратной потери.

Передача и хранение информации: сравнение характеристик

Сравнивайте процессы по строкам: так видно, какие характеристики отвечают за скорость обмена, а какие — за возможность разместить данные. Таблица также помогает определить, где искать причину проблемы: в канале передачи или в носителе.

Разбор задач

Задача 1. Сообщение объёмом 600 Кбайт передаётся со скоростью 2 Мбайт/с. Нужно найти время передачи, считая 1 Мбайт равным 1024 Кбайт. Скорость задана в мегабайтах в секунду, поэтому сначала переведём объём сообщения в мегабайты.

1. Переведём объём: 600 Кбайт / 1024 = 0,5859375 Мбайт.
2. Используем формулу t = V / v: 0,5859375 Мбайт / 2 Мбайт/с = 0,29296875 с.
3. Единицы Мбайт сокращаются, поэтому результат получаем в секундах. Приблизительно это 0,293 с.

Ответ: примерно 0,293 секунды. Здесь важно было не делить число килобайт на скорость в мегабайтах в секунду без перевода единиц.

Задача 2. Канал пропускной способностью 8 Мбит/с передаёт файл объёмом 12 Мбайт. Найдём минимальное время без учёта помех и служебных данных. Скорость выражена в битах, а объём файла — в байтах, значит, сначала переведём файл в биты.

1. В одном байте 8 бит, поэтому 12 Мбайт = 12 × 8 = 96 Мбит.
2. Разделим объём на пропускную способность: t = 96 Мбит / 8 Мбит/с = 12 с.
3. Полученное время минимально: расчёт предполагает, что канал всё время передаёт данные с указанной предельной скоростью.

Ответ: 12 секунд. В реальной передаче время может оказаться больше из-за задержек, помех или служебных данных.

Задача 3. Архив объёмом 18 Гбайт нужно разместить на носителях ёмкостью 5 Гбайт каждый. Требуется определить минимальное число носителей. Проверим, сколько полных носителей займёт архив и останется ли часть данных без места.

1. Разделим объём архива на ёмкость одного носителя: 18 / 5 = 3,6.
2. Три носителя вместят 3 × 5 = 15 Гбайт, то есть не весь архив. Поэтому округляем результат деления вверх до целого числа.
3. Четыре носителя предоставят 4 × 5 = 20 Гбайт, чего достаточно для 18 Гбайт.

Ответ: нужно не менее 4 носителей. Их суммарная ёмкость должна быть не меньше объёма архива, иначе часть данных не поместится.

Типичные ошибки

• Скорость передачи конкретного файла принимают за пропускную способность канала. Путают их потому, что обе величины выражаются в битах или байтах за секунду, но первая относится к реальной передаче, а вторая задаёт возможный предел. Проверьте себя: учтены ли задержки, помехи и служебные данные? Если да, фактическая скорость может быть ниже.

• При вычислениях смешивают биты и байты. Это происходит, когда единицы объёма файла и скорости на первый взгляд кажутся похожими, хотя 1 байт = 8 бит. Перед подстановкой выпишите единицы рядом с величинами и переведите их так, чтобы они согласовались.

• Считают, что носитель достаточной ёмкости автоматически обеспечивает надёжное хранение. Такое предположение возникает из-за смешения вместимости и сохранности: носитель может повредиться, а файл — быть случайно удалён. Проверьте, есть ли резервная копия и подходящие условия хранения; для важных данных одной копии недостаточно.

• При расчёте числа носителей округляют деление вниз. Так поступают, ориентируясь на число целых носителей, но остаток данных тоже нужно где-то разместить. Проверка простая: умножьте полученное число на ёмкость одного носителя и убедитесь, что результат не меньше объёма данных.

Связь с другими темами

Для вычислений нужны знания о единицах измерения информации и переводе между битами, байтами и кратными единицами. Тема также опирается на представление информации в двоичном виде и кодирование данных: именно в виде кодов сообщение проходит по каналу и записывается на носитель. Эти понятия пригодятся при изучении компьютерных сетей, файловых систем и устройств памяти, где приходится оценивать скорость, объём и надёжность работы с данными.

Что запомнить

• Передача информации связывает источник и получателя через канал.
• Передаваемые данные кодируют, а на стороне получателя декодируют.
• Скорость передачи равна объёму переданных данных, делённому на время.
• Пропускная способность показывает предельную скорость передачи канала.
• Носитель предназначен для записи и хранения информации.
• Ёмкость носителя должна быть не меньше объёма сохраняемых данных.
• Для защиты от потери данных используют резервные копии.