Что такое сигнал в информатике

Основные понятия и методы теории информации и кодирования

Представление (кодирование) информации, системы счисления.

1. Информатика как наука

Понятие информатики

До настоящего времени не существует однозначного определения терминов информация и информатика.

Термин информатика возник в 60-х гг. прошлого века во Франции и получил распространение с середины 80-х гг. Он состоит из корня inform – «информация» и суффикса matics – «наука о …». Таким образом, информатика – это наука об информации. В англоязычных странах используется другой термин – Computer Science – наука о компьютерах.

Более полное определение можно сформулировать следующим образом. Информатика – это наука о приемах создания, хранения, воспроизводства, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципах функционирования этих средств и методах управления ими.

В информатике можно выделить три взаимосвязанные части:

Hardware Software Brainware

аппаратное обеспечение ПО Алгоритмы и теоретические

(устройства ЭВМ) методы решения задач

Направления информатики

К предмету изучения информатики относятся следующие направления для практических приложений:

архитектура вычислительных систем;

интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

2. Сообщения, сигналы, данные, информация

Центральным понятием в информатике является понятие информации, которая может существовать в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий; световых или звуковых сигналов; радиоволн; электрических и нервных импульсов; магнитных записей; жестов и мимики; запахов и вкусовых ощущений и т. д.

Информация происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает «сведения, разъяснения, изложение». Информация – это сведения (знания), которые снимают неопределенность об окружающем мире и являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.

От источника к приемнику информация передается в виде сообщений.

Сообщение – это предназначенные для передачи высказывание, текст, изображение, физический предмет или поступок.

Сообщение выступает в качестве материальной оболочки для представления информации при передаче.

Сообщение служит переносчиком информации, а информация является содержанием сообщения.

Сообщение представляет собой последовательность сигналов.

Сигнал – это физический процесс, некоторая характеристика которого несёт информационный смысл.

Например, световой сигнал (поток света) характеризуется яркостью, цветом, поляризационными свойствами, направлением распространения и др. Информацию может нести как одна из этих характеристик, так и одновременное сочетание нескольких характеристик.

Сигнал возникает в природе при взаимодействии материальных объектов и несёт в себе информацию об этом взаимодействии. Сигнал способен перемещаться, распространяться в некоторой материальной среде, тем самым обеспечивая пространственный перенос информации от объекта (источника события) к субъекту (наблюдателю). Материальная среда, в которой распространяется сигнал, называется носителем сигнала.

Виды сигналов

Сигналы различаются, прежде всего, по своей физической природе. Примеры: световой сигнал, звуковой, электрический, радиосигнал и др.

В зависимости от порождающего их источника сигналы бывают естественные или искусственные.

Естественные сигналы возникают в силу того, что где-то в живой или неживой природе взаимодействуют материальные объекты. Это естественный процесс, никак не связанный с деятельностью человека. Примеры: свечение Солнца, пение птиц, распространение запаха цветов…

Искусственные сигналы инициируются человеком или возникают в технических системах, созданных человеком. Примеры: электрические сигналы телефонной линии; радиосигналы; сигнальная ракета или костёр; сигнал светофора; сирена пожарной машины.

Формы сигналов

По форме сигналы бывают аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговый (или непрерывный) сигнал представляет собой физический процесс, информационная характеристика которого изменяется плавно. Например, плавно изменяющийся электрический сигнал (рис. 1). Другие примеры: звуковой сигнал, естественный световой сигнал. Практически все естественные сигналы аналоговые.

Особенностью аналогового сигнала является размытость границы между двумя соседними его значениями. Общее число значений, которыми можно характеризовать аналоговый сигнал, бесконечно велико.

Дискретный сигнал представляет собой физический процесс, информационная характеристика которого изменяется скачкообразно и может принимать только некоторый ограниченный набор значений (рис. 2). Особенность дискретного сигнала – это чёткое разграничение между двумя разными значениями сигнала. Общее число возможных значений, которые может принимать дискретный сигнал, всегда ограничено.

Например, лампа, включенная в электрическую цепь. Лампа может либо гореть, либо не гореть. Если лампа горит, это служит сигналом о том, что в цепи есть ток. Если не горит – тока нет. Промежуточные значения (с какой яркостью горит лампа) здесь не учитываются – значений только два: либо горит, либо не горит. Другой пример: по телеграфу передаётся некоторое сообщение. Сообщение передаётся с помощью азбуки Морзе, использующей три разных значения: точка, тире и пробел (пауза). Сигнал, который несёт это сообщение, тоже будет иметь только три разных значения: короткий сигнал, длинный сигнал и отсутствие сигнала. Поскольку количество возможных значений сигнала ограничено – это дискретный сигнал.

Дискретные сигналы, как правило, искусственные (создаются человеком или технической системой).

В современных устройствах, относящихся к вычислительной технике, для передачи информации используется цифровой сигнал.

Цифровой сигнал – это частный случай дискретного сигнала, когда информационная характеристика принимает только два возможных значения: либо есть сигнал, либо нет сигнала (рис.3).

Устройства, использующие для передачи информации цифровые сигналы, называются цифровыми устройствами. Внутри таких устройств передача производится чаще всего с помощью электрического сигнала. Его два возможных значения: либо нет напряжения (когда передаётся 0), либо есть напряжение определенной величины (когда передаётся 1).

Цифровой сигнал чаще всего передаётся не по одной линии, а по нескольким параллельным линиям. Совокупность параллельных проводящих линий, используемых совместно для передачи одного общего цифрового сигнала, называется цифровой шиной.

Цифровая шина характеризуется разрядностью. Разрядность цифровой шины – это количество бит, передаваемых с её помощью за один раз. Если проводящая линия всего одна, то она позволяет передавать за раз один бит. Если проводящих линий восемь, тогда за раз можно передавать восемь бит – это восьмиразрядная шина. В современных компьютерах используются 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные и 64-разрядные шины.

Ввиду того, что вычислительные устройства работают с цифровыми сигналами, а все реальные естественные сигналы, как правило, аналоговые, для возможности взаимодействия цифровых устройств с внешним миром необходимы преобразования аналоговых сигналов в цифровые и, наоборот, – цифровых сигналов в аналоговые. Эти преобразования выполняются с помощью специальных микросхем, называемых АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Например, микросхемы АЦП и ЦАП встраиваются в звуковую карту – специальное внутреннее устройство персонального компьютера, обеспечивающее возможность ввода и вывода звуковой информации.

Процесс изменения свойств некоторого материального объекта под воздействием сигнала называется регистрацией сигнала (например, тепловой сигнал заставляет объект нагреваться, радиосигнал вызывает движение электронов в проводнике и т. д.).

Зарегистрированные сигналы представляют собой данные.

Данные – сведения, полученные путем измерения, наблюдения, логических или арифметических операций и представленные в форме, пригодной для постоянного хранения, передачи и обработки. Иначе говоря, данные – это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например, ПК.

В процессах сбора, обработки и использования данные расчленяются на отдельные элементарные составляющие – элементы данных (или элементарные данные).

Данные необязательно возникают путём регистрации непосредственно исходного сигнала. Чаще всего исходный сигнал сначала преобразуется в сигнал, другой по природе, но такой же по информационным характеристикам. Например, звуковой сигнал, чтобы его можно было записать на магнитофонную ленту, сначала преобразуется в электрический сигнал, а затем в магнитный.

фотоснимок – результат регистрации светового сигнала, излучаемого или отражённого от изучаемых объектов;

запись на бумаге – результат регистрации мыслей человека (мысли можно рассматривать как множество электрических сигналов, возникающих в нервной системе человека); при этом электрические сигналы нервной системы с помощью мышц руки преобразуются в механическое перемещение карандаша или ручки;

записанная на магнитной ленте речь человека – результат регистрации звукового сигнала; при этом в качестве средства регистрации сигнала используется магнитофон;

данные, записанные на дискету, жёсткий диск, лазерный диск или магнитооптический диск, на флэш-память или в оперативную память; и др.

Понятие информации

Данные – это пока ещё не информация. Это просто какая-то запись.

Данные могут стать информацией, если к ним применить методы чтения и интерпретации, которые бы позволили вскрыть содержащийся в данных смысл и использовать его для решения той или иной задачи.

Метод чтения должен соответствовать материальному носителю, на котором записаны данные. Например, если данные записаны на бумаге, тогда нужно включить свет, посмотреть на бумагу, найти буквы и считывать их слева направо, собирая из них слова. Или, если данные записаны на дискете, тогда её нужно читать с помощью дисковода для дискет.

Чтобы получить полную и адекватную информацию из данных, необходимо их не только прочитать, но и правильно интерпретировать (трактовать). Например, считываемые нами слова должны правильно сопоставляться с имеющимися у нас понятиями. Считываемый с дискеты файл, содержащий музыку (музыкальную информацию), должен быть воспроизведён с помощью звуковоспроизводящей программы. Если звуковой файл передать программе, воспроизводящей текст, тогда мы получим неадекватную информацию (вместо музыки несуразный текст из беспорядочно набросанных символов).

Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Например, русский текст, написанный на бумаге, представляет из себя данные, которые могут быть по-разному интерпретированы людьми (знающими или нет русский язык, понимающими суть текста и т.д.). Чтобы получить на основе этих данных информацию, надо применить адекватный метод. Операция слияния данных и методов называется информационным процессом. Виды информационных процессов – сбор, хранение, обработка, передача данных.

Классификация информации

Информация может быть классифицирована:

– по способу восприятия: визуальная (при помощи органов зрения), аудиальная (при помощи органов слуха), тактильная (осязание), обонятельная, вкусовая;

– по форме представления: текстовая, числовая, графическая, музыкальная, комбинированная (мультимедийная);

– по общественному значению: массовая (обыденная, общественно-политическая, эстетическая), специальная (научная, производственная, техническая, управленческая), личная (знания, умения, интуиция);

Формы представления информации

Термин "информация" на бытовом уровне и во многих научных дисциплинах ассоциируется с понятиями: "сведения", "знания", "данные", "известие", "сообщение", "управление" и др. Если допустить, что информация – категория нематериальная, то для ее существования и распространения в материальном мире она должна быть обязательно связана с какой-либо материальной основой (носителем) – без нее информация не может проявиться, передаваться и сохраняться.

Материальным носителем называют материальный объект или среду, которые служат для представления или передачи информации. Материальным носителем информации может быть бумага, пергамент, шелк, камень, лазерный диск, а также воздух, вода, электромагнитное поле, луч света и пр.

Хранение информации связано с характеристикой носителя, которая не меняется с течением времени, а передача информации – наоборот, с характеристикой, которая изменяется с течением времени. Другими словами, хранение информации связано с фиксацией состояния носителя, а передача – с процессом, который протекает в носителе. Состояния и процессы могут иметь физическую, химическую, биологическую или иную основу – главное, что они материальны.

Сигнал

Сигнал (от лат. "signum" – знак) – физический процесс или явление, несущий сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта либо передающий команды управления. Таким образом, изменение характеристики носителя, которое используется для представления информации, называется сигналом, а значение этой характеристики, отнесенное к некоторой шкале измерений, – параметром сигнала. Например, процессы для передачи информации – волны (звуковые, радио-, световые, электрический ток), параметры сигнала – частота, амплитуда и фаза волны (высота, громкость и фаза звука). Различают аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы, которые в свою очередь могут быть синхронными и асинхронными.

Аналоговый сигнал

Это сигнал, величина которого непрерывно изменяется во времени. Он обеспечивает передачу данных путем непрерывного изменения во времени амплитуды, частоты либо фазы. Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным (рис. 1.3).

К особенным свойствам непрерывного сигнала относят отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал, неотличима от самого сигнала и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена, хотя в принципе возможна фильтрация помехи, если известна дополнительная информация о самом сигнале. Аналоговые сигналы используются для представления каких-либо непрерывно изменяющихся физических величин. Например, аналоговый электрический сигнал, снимаемый с термопары, несет информацию об изменении температуры; сигнал с микрофона – о быстрых изменениях

Рис. 1.3. Непрерывный гармонический сигнал

давления в звуковой волне. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени. Например, для гармонического сигнала справедливо следующее соотношение:

Дискретный сигнал. Процесс перевода аналогового сигнала в дискретный (рис. 1.4) называется дискретизацией, а процесс обратный этому – восстановлением. Непрерывный аналоговый сигнал заменяется здесь последовательностью коротких импульсов-отсчетов, величина которых равна значению сигнала в данный момент времени. Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчетами, а – интервалом дискретизации.

Возможность точного воспроизведения такого представления зависит от интервала времени между отсчетами . Согласно теореме Котельникова

где – наибольшая частота спектра сигнала.

Квантованный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности (рис. 1.5). Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования ∆. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню

Рис. 1.4. Дискретный сигнал

Рис. 1.5. Квантованный сигнал

присваивается некоторое число. Отсчеты сигнала сравниваются с уровнями квантования, и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с п разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов п двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением п ≥ log2(1V).

Цифровой сигнал

Для того чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближенное (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Цифровой сигнал

Выделяют синхронные и асинхронные цифровые сигналы. Синхронным является сигнал, значения которого могут изменяться только в моменты, определяемые тактами. Например, ежедневный выстрел из пушки в полдень. Асинхронным выступает сигнал, изменение значения которого может происходить в любое время.

Сигнал

Сигнал (в теории информации и связи) — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. Сигнал может генерироваться, но его приём не обязателен, в отличие от сообщения, которое должно быть принято принимающей стороной, иначе оно не является сообщением. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением.

Сигнал, детерминированный или случайный, описывают математической моделью, функцией, характеризующей изменение параметров сигнала. Математическая модель представления сигнала, как функции времени, является основополагающей концепцией теоретической радиотехники, оказавшейся плодотворной как для анализа, так и для синтеза радиотехнических устройств и систем. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несёт полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путём сложения) с сигналом и искажающая его. Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учётом шума.

Понятие сигнал позволяет абстрагироваться от конкретной физической величины, например тока, напряжения, акустической волны и рассматривать вне физического контекста явления связанные кодированием информации и извлечением её из сигналов, которые обычно искажены шумами. В исследованиях сигнал часто представляется функцией времени, параметры которой могут нести нужную информацию. Способ записи этой функции, а также способ записи мешающих шумов называют математической моделью сигнала.

В связи с понятием сигнала формулируются такие базовые принципы кибернетики, как понятие о пропускной способности канала связи, разработанное Клодом Шенноном и об оптимальном приеме, разработанная В. А. Котельниковым.

Содержание

Классификация сигналов

По физической природе носителя информации:

• электрические;
• электромагнитные;
• оптические;
• акустические

По способу задания сигнала:

• регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;
• нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:

, описываемые непрерывной функцией; , описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;
• квантованные по уровню;
• дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

Аналоговый сигнал (АС)

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчётами. Δt называется интервалом дискретизации.

Квантованный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования  Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Цифровой сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

Сигнал и событие

Событие (получение записки, наблюдение сигнальной ракеты, прием символа по телеграфу) является сигналом только в той системе отношений, в которой сообщение опознается значимым (например, в условиях боевых действий сигнальная ракета — событие, значимое только для того наблюдателя, которому оно адресовано). Очевидно, что сигнал, заданный аналитически, событием не является и не несет информацию, если функция сигнала и её параметры известны наблюдателю.

В технике сигнал всегда является событием. Другими словами, событие — изменение состояния любого компонента технической системы, опознаваемое логикой системы как значимое, является сигналом. Событие, неопознаваемое данной системой логических или технических отношений как значимое, сигналом не является.

Представление сигнала и спектр

Есть два способа представления сигнала в зависимости от области определения: временной и частотный. В первом случае сигнал представляется функцией времени характеризующей изменение его параметра.

Кроме привычного временного представления сигналов и функций при анализе и обработке данных широко используется описание сигналов функциями частоты. Действительно, любой сколь угодно сложный по своей форме сигнал можно представить в виде суммы более простых сигналов, и, в частности, в виде суммы простейших гармонических колебаний, совокупность которых называется частотным спектром сигнала.

Для перехода к частотному способу представления используется преобразование Фурье:
называется спектральной функцией или спектральной плотностью.
Поскольку спектральная функция является комплексной, то можно говорить о спектре амплитуд и спектре фаз . Физический смысл спектральной функции: сигнал представляется в виде суммы бесконечного ряда гармонических составляющих (синусоид) с амплитудами , и начальными фазами .

Размерность спектральной функции есть размерность сигнала, умноженная на время.

Параметры сигналов

сигнала
• Удельная энергия сигнала . Необходимо отметить, что между шириной спектра и длительностью сигнала существует обратно пропорциональная зависимость: чем короче спектр, тем больше длительность сигнала. Таким образом, величина базы остается практически неизменной; равно отношению мощности полезного сигнала к мощности шума;
• Объём передаваемой информации характеризует пропускную способность канала связи, необходимую для передачи сигнала. Он определяется как произведение ширины спектра сигнала на его длительность и динамический диапазон

В радиотехнике

В радиотехнике основным элементом кодирования является модуляция сигнала. При этом обычно рассматривается близкий к гармоническому сигнал вида s(t)=A sin(2πft +φ), где амплитуда (A), частота (f) или фаза (φ), медленно (относительно скорости изменения синуса) изменяются в зависимости от передаваемой информации (амплитудная, частотная или фазовая модуляция).

Стохастические модели сигнала, предполагают случайным или сам сигнал или переносимую им информацию, стохастическая модель сигнала часто формулируется как уравнение, связывающее сигнал с шумом, который в данном случае имитирует множество возможных информационных сообщений и называется формирующим шумом, в отличие от мешающего шума наблюдения.

Обобщением скалярной модели сигнала являются например векторные модели сигналов, представляющие собой упорядоченные наборы отдельных скалярных функций, с определенной взаимосвязью компонентов вектора друг с другом. На практике векторная модель соответствует в частности одновременному приему сигнала несколькими приемниками с последующей совместной обработкой. Ещё одним расширением понятия сигнала является его обобщение на случай полей.

Урок 24. Информация и электрические сигналы

Данные — удобная форма представления информации – сигналы, зарегистрированные на материальные носители.

Информация – полезное содержание данных – это вся совокупность сведений об окружающем нас мире, о всевозможных протекающих в нем процессах, которые могут быть восприняты живыми организмами, электронными машинами и другими информационными системами.

Сигнал – изменяющийся во времени физический процесс.

Информационные технологии – все, что связано с обработкой, передачей, хранением, воспроизводством информации.

Аналоговый сигнал – сигнал аналогичный изменению физической величины во времени.

Датчик – устройство, преобразовывающее изменение физических процессов в сигнал.

Цифровые сигналы – последовательность электрических импульсов, содержащих закодированную информацию

Усилитель – устройство, усиливающее сигнал.

Аналого—цифровые преобразователи – приборы, осуществляющие перевод сигнала из аналогового в цифровой.

Цифро-аналоговые преобразователи – приборы, осуществляющие перевод сигнала из цифрового в аналоговый.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

• Естествознание. 11 класс: Учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017 – §28, С. 119-122.
• https://investments.academic.ru/1012/Информация

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Наш век называют веком информационных технологий. Под этим понятием понимают все, что связано с обработкой, передачей, хранением, воспроизводством информации.

Информация — это вся совокупность сведений об окружающем нас мире, о всевозможных протекающих в нем процессах, которые могут быть восприняты живыми организмами, электронными машинами и другими информационными системами.

Человек еще с древности научился искусственно сохранять и передавать информацию: наскальные рисунки, скрижали, книги… Но лишь во второй половине 20 века появились информационные технологии.

В наше время для обработки информации используются электрические сигналы, являющиеся посредниками между устройствами, воспринимающими, воспроизводящими и хранящими информацию. Удобства этой системы в универсальности электрического сигнала. Разобраться в его сути проще всего на примере угольного микрофона, которым до недавнего времени снабжались все телефонные аппараты.

Устройство представляет собой коробочку с угольным порошком, закрытую гибкой мембраной, к которой прикреплен диффузор. Чем больше давление звуковой волны на диффузор, тем сильнее сжимается угольный порошок. Чем больше сжимается угольный порошок, тем меньше его сопротивление. Если к коробочке с угольным порошком подсоединить источник тока и воздействовать на диффузор звуковой волной, то по цепи пойдет ток. Этот ток является электрическим сигналом, несущим информацию о звуковой волне. Такой сигнал аналогичен изменению во времени некоторой физической величины (в нашем случае давление), поэтому он называется аналоговым. Устройства, преобразовывающие изменение физических процессов в сигнал, называются датчиками. Описанный микрофон – простейший датчик давления воздуха.

Немаловажным прибором является усилитель. Он используется, например, в концертных залах для увеличения громкости звука без его искажения. Иногда сигнал тех же музыкальных инструментов искажают, получая новое звучание.

Сейчас аналоговый сигнал почти вышел из употребления. Ему на смену пришел цифровой. Переход от аналогового сигнала к цифровому осуществляют аналого-цифровые преобразователи. Для обратного перевода из цифрового в аналоговый сигнал используется цифроаналоговые преобразователи. В результате мы получаем искаженный сигнал. Этот недостаток компенсируется возможностью легкой работы с цифровым сигналом в приборах по определенной заложенной программе.

Обычно запись сигнала ведется в двоичной системе счисления. Запись в двоичной системе используется для общения азбукой Морзе. Нас интересует перевод из двоичной в десятичную и обратно.

Рассмотрим перевод из десятичной в двоичную на примере числа 53.

Для перевода достаточно разделить исходное число на 2 до получения 1 в остатке, а потом записать числа промежуточных ответов в обратном порядке. То есть число 53₁₀=110101_2.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Решите кроссворд.

1. Система счисления, в которой запись ведется только числами 1 и 0.

2. устройство, преобразовывающее изменение физических процессов в сигнал.

3. Изменяющийся во времени физический процесс.

Правильные ответы:

2. Ответьте на вопросы:

1. Какому числу в десятичной системе счисления соответствует число 111011110 в двоичной?
2. В каком веке появилось понятие информационные технологии?
3. Сколько букв в русской азбуке Морзе?

Правильные варианты:

3. Вставьте слова в предложение:

Микрофон представляет собой коробочку с _____________ порошком, закрытую гибкой _____________, к которой прикреплен диффузор.

Варианты ответа: вольфрамовый, металлический, угольный, мембраной, крышкой.