|
Диапазоны электромагнитных волн: Мириаметровые волны (СДВ)Стр 1 из 3Следующая ⇒ Рентгеновское излучение. Весь XIX в. происходило уточнение представлений о диапазоне электромагнитных волн, осуществлялось продвижение в область более коротких волн. В 1895 г. В. Рентген обнаружил излучение с длиной волны, меньшей, чем у ультрафиолетового излучения. Это излучение (Рентген назвал его Х-лучами) возникало при бомбардировке анода А потоком электронов, испускаемых катодом К. Энергия электронов должна быть очень большой — порядка нескольких десятков тысяч электронвольт. Косой срез анода обеспечил выход рентгеновского излучения через стекло трубки. В. Рентген не только открыл рентгеновское излучение, но и исследовал его свойства. Он определил, что оно сильно поглощается плотными веществами — свинцом и другими тяжелыми металлами. Им же было установлено, что рентгеновское излучение поглощается по-разному. Излучение, которое сильно поглощается, было названо мягким, мало поглощаемое — жестким. В дальнейшем было выяснено, что мягкому рентгеновскому излучению соответствуют более длинные волны, жесткому — более короткие. В 1901 г. В. Рентген первым из физиков получил Нобелевскую премию за открытие излучения, названного в его честь. Гамма-излучение. Гамма-излучение — самое коротковолновое электромагнитное излучение (длина волны меньше 10-10 м). Это излучение связано с ядерными процессами, явлениями радиоактивного распада, происходящими с некоторыми веществами как на Земле, так и в космосе. Атмосфера Земли пропускает только часть всего электромагнитного излучения, поступающего из космоса. Например, почти все гамма-излучение поглощается земной атмосферой. Это обеспечивает возможность существования всего живого на Земле. Наиболее существенно гамма-излучение поглощается слоем озона в атмосфере, поэтому сохранение этого слоя — важнейшая экологическая задача. Диапазоны электромагнитных волн: Мириаметровые волны (СДВ) Прошло уже более века с момента, когда в 1886 г. немецкий ученый Г.Герц построил первые в мире передатчик и приемник электромагнитных волн. Они были весьма примитивны, однако сослужили очень важную роль для науки. Электромагнитной волной называется процесс распространения переменного электромагнитного поля в свободном пространстве с конечной скоростью (скоростью света). Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. В соответствии с длинами волн (l) весь спектр электромагнитного излучения условно делится на ряд частично перекрывающихся областей – от радиоволн на его длинноволновой границе до гамма-лучей на границе коротких волн. Однако такое деление отражает зависимость не только от l, но и от способов генерации и обнаружения соответствующего электромагнитного излучения. Например, нет никакого принципиального различия между микроволновым и инфракрасным излучением одинаковых длин волн, но если излучение генерируется электронным прибором, его называют микроволновым, а если оно испускается инфракрасным источником – инфракрасным. Международная классификация электромагнитных волн:
Мириаметровыми (или сверхдлинными) волнами (СДВ) называются электромагнитные волны очень низкой частоты (3 – 30 кГц), длины которых в вакууме лежат в интервале 100 – 10 км. Мощным естественным источником радиоволн этого диапазона являются молниевые разряды. Для СДВ длина волны сравнима с расстоянием от поверхности Земли до ионосферы, поэтому они могут распространяться по сферическому волноводу Земля — ионосфера на очень большие расстояния с незначительным ослаблением (атмосферный волновод). Характерной особенностью СДВ при их распространении вокруг Земли является слабое затухание поля с удалением от излучателя и высокая его фазовая и амплитудная стабильность (по сравнению с радиоволнами более высоких частот) при регулярных и случайных вариациях свойств трассы распространения (суточные и сезонные изменения атмосферы, сезонные изменения свойств земной поверхности, ионосферные возмущения и т.д.). Это и обуславливает применение СДВ в глобальных радиосистемах высокой точности и надежности, несмотря на необходимость использования излучающих антенных систем больших размеров и более низкую скорость передачи информации. Кроме того радиоволны этого диапазона обладают большой глубиной проникновения в проводящие среды, что делает возможным их применение для связи с погруженными в морскую воду и в толщу земли объектами. Использование СДВ. СДВ широко используются в системах радиосвязи, радионавигации, передаче сигналов эталонных частот и единого времени, а также в геофизических исследованиях электрических свойств Земли, земной ионосферы и магнитосферы Земли. Связь на сверхдлинных волнах для подводного флота имеет важнейшее значение. Сверхдлинные волны могут проникать в воду на большую глубину и подводные лодки могут принимать сообщения на сверхдлинных волнах не всплывая. Это очень важно для подводных лодок, особенно находящихся на боевом патрулировании, так как всякое всплытие демаскирует лодку. Поэтому подводные лодки обычно только принимают сообщения по СДВ-связи. Даже всплытие для передачи сообщения на коротких или ультракоротких волнах лодки выполняют только по приказу, полученному на сверхдлинных волнах. Сверхдлинные волны отражаются ионосферой Земли на высоте 60-100 км, поэтому никакой спутник не в состоянии их обнаружить. Станции ВМФ (которые обеспечивают связь с подводными лодками в подводном положении) можно также использовать для прогнозирования сильных землетрясений в различных точках земного шара. Дело в том, что сверхдлинные волны, изучаемые этой станцией, пронизывают не только толщу воды, но и земные недра. В результате анализа прохождения этих волн в земных недрах можно фиксировать изменения напряжения на стыках тектонических пластов и другие параметры. Имея такую картину, ученые-сейсмологи смогут разработать методику определения координат предстоящего землетрясения, его силы и ориентировочного времени. СДВ-станции могут также применяться для исследования геодинамики и поиска полезных ископаемых. ______________________________________________________________
Понятие информации Термин информация происходит от латинского слова informatio – разъяснение, изложение. Первоначальное значение этого термина – «сведения, передаваемые людьми устным, письменным или иным способом». В середине ХХ века термин «информация» превратился в общенаучное понятие, означающее обмен сведениями между людьми, между человеком и автоматом, между автоматами, а также обмен сигналами в животном и растительном мире. В философском смысле информация есть отражение реального мира. Это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает. В информатике под информацией понимается сообщение, снижающее степень неопределенности знаний о состоянии предметов или явлений и помогающее решить поставленную задачу. Изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщений, называется сигналом. Мы живем в материальном мире, состоящем из физических тел и физических полей. Физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергией и переходом ее из одной формы в другую. Для того чтобы в материальном мире происходил обмен информацией, ее преобразование и передача, должны существовать носитель информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Канал связи представляет собой среду, в которой происходит передача информации. Канал связи объединяет источник и получателя информации в единую информационную систему (рис. 1). Подобные информационные системы существуют как в технических системах, так и в человеческом обществе и живой природе. Информационные системы можно разделить на естественные и искусственные. К первым относятся все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами являются информационные системы, созданные человеком. Рис.1. Информационная система. Зарегистрированные сигналы называются данными. Для их регистрации с целью хранения и передачи необходим некоторый язык. Этот язык должен быть понятен как отправителю информации, так и ее получателю. Данные могут нести в себе информацию о событиях, происходящих в материальном мире. Однако данные не тождественны информации. Для получения информации нужен метод обработки данных. Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов их обработки. Информация существует только в момент взаимодействия данных и методов. В остальное время она содержится в виде данных. Таким образом, во-первых, не существует информации самой по себе как некоторой самостоятельной сущности без ее носителя в виде некоторых материальных процессов, во-вторых, не существует информации безотносительно к субъекту, способному извлекать ее из полученного сообщения. Из одних и тех же данных разные получатели могут извлечь разную информацию в зависимости от адекватности методов их обработки. Данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналов, вызванных изменениями в материальных телах и полях. В то же время методы являются субъективными, так как в их основе лежат алгоритмы, составленные людьми. Получатель информации оценивает ее в зависимости от того, для решения какой задачи она будет использована. При оценке информации различают ее синтаксический, семантический и прагматический аспекты. Передаваемое сообщение должно быть представлено в виде последовательности символов некоторого алфавита. Синтаксический аспект касается формальной правильности сообщения с точки зрения синтаксических правил используемого языка безотносительно к его содержанию. Семантический аспект передает смысловое содержание информации и соотносит её с ранее имевшейся информацией. Знания об определенной предметной области фиксируются в форме тезауруса, то есть совокупности понятий и связей между ними. При получении информации тезаурус может изменяться. Степень этого изменения характеризует воспринятое количество информации. Семантический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации, т.е. определяет ценность информации. Количество информации, содержащейся в некотором сообщении, можно оценить степенью изменения индивидуального тезауруса получателя под воздействием данного сообщения. Иными словами, количество информации, извлекаемой получателем из поступающих сообщений, зависит от степени подготовленности его тезауруса для восприятия такой информации. Если индивидуальный тезаурус получателя сообщения не пересекается с тезаурусом отправителя, то получатель не понимает сообщение и для него количество принятой информации равно нулю. Такая ситуация аналогична прослушиванию сообщения на неизвестном языке. Несомненно, что сообщение не лишено смысла, однако оно непонятно, а значит, не информативно. Если тезаурусы отправителя и получателя совпадают, то количество информации в сообщении также будет равно нулю, поскольку его получатель знает абсолютно всё о предмете. В этом случае сообщение не дает ему ничего нового. Сообщение несет информацию для получателя только в том случае, когда их тезаурусы пересекаются частично. Человек сначала наблюдает некоторые факты, которые отображаются в виде набора данных. Здесь проявляется синтаксический аспект. Затем после структуризации этих данных формируется знание о наблюдаемых фактах, которое фиксируется на некотором языке. Это семантический аспект информации. Полученное знание и созданные на его основе информационные модели человек использует в своей практике для достижения поставленных целей. В реальной жизни часто возникает ситуация, когда даже наличие полной информации не позволяет решить поставленную задачу. Прагматический аспект информации проявляется в возможности её практического использования. Таким образом, не любое сообщение несет информацию. Для того чтобы сообщение несло некоторую информацию, и было полезно получателю, оно должно быть:
Свойства информации На свойства информации влияют как свойства данных, так и свойства методов её обработки. 1. Объективность информации. Понятие объективности информации относительно. Более объективной является та информация, в которую методы обработки вносят меньше субъективности. Например, в результате наблюдения фотоснимка природного объекта образуется более объективная информация, чем при наблюдении рисунка того же объекта. В ходе информационного процесса объективность информации всегда понижается. 2. Полнота информации. Полнота информации характеризует достаточность данных для принятия решения. Чем полнее данные, тем шире диапазон используемых методов их обработки и тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешности в информационный процесс. 3. Адекватность информации. Это степень её соответствия реальному состоянию дел. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако полные и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов. 4. Доступность информации. Это мера возможности получить информацию. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов их обработки приводят к тому, что информация оказывается недоступной. 5. Актуальность информации. Это степень соответствия информации текущему моменту времени. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска или разработки адекватного метода обработки данных может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится ненужной.
Носители данных Физический метод регистрации данных может быть любым: механическое перемещение, изменение формы, изменение электрических или магнитных характеристик, изменение химического состава или характера химических связей и др. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях. Самым распространенным носителем данных является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик её поверхности. Изменение оптических свойств поверхности используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). Магнитные ленты и магнитные диски используют изменение магнитных свойств. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ используется в фотографии. Свойства информации тесно связаны со свойствами её носителей. Любой носитель характеризуется следующими параметрами: 1. Разрешающей способностью – количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения. 2. Динамическим диапазоном – логарифмом отношения интенсивностей максимального и минимального регистрируемых сигналов. Одной из важнейших задач информатики является задача преобразования данных с целью смены носителя. Стоимость устройств ввода и вывода вычислительных систем, работающих с носителями информации, составляет до половины стоимости аппаратных средств.
Операции с данными Над данными можно выполнять различные операции, состав которых определяется решаемой задачей. Перечисленные ниже операции с данными не зависят от того, кто их выполняет – техническое устройство, компьютер или человек. 1. Сбор данных – накопление данных с целью обеспечения достаточной их полноты для принятия решений. 2. Формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, что позволяет сделать их сопоставимыми между собой. 3. Фильтрация данных – отсеивание данных, в которых нет необходимости для принятия решений, при этом снижается уровень шума и повышается их достоверность и адекватность. 4. Сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования. 5. Защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных. 6. Архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме, снижающей затраты на хранение и повышающей общую надежность информационного процесса. 7. Транспортировка данных – приём и передача данных между удаленными участниками информационного процесса. 8. Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую. Часто связано с изменением носителя. Например, книги можно хранить в бумажной форме, а можно в электронном виде. Двоичное кодирование Для автоматизации работы с данными разных типов важно уметь представлять их в унифицированной форме. Для этого используется кодирование. Кодирование – это представление данных одного типа через данные другого типа. Естественные языки – это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей с помощью речи. В качестве другого примера можно привести азбуку Морзе для передачи телеграфных сигналов, морскую флажковую азбуку. В вычислительной технике используется двоичное кодирование, основанное на представлении данных последовательностью из двух символов: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски digit или сокращенно bit (бит). Одним битом можно выразить два понятия: да или нет, черное или белое, истина или ложь, 0 или 1. Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия: Тремя битами можно закодировать 8 понятий: 001 011 100 101 110 111. Увеличивая на единицу количество разрядов, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть N = 2m где N – количество кодируемых значений;
Кодирование целых чисел Любое целое число можно представить в виде разложения в полином с основанием два. Коэффициентами полинома являются числа 0 и 1. Например, число 11 может быть представлено в такой форме: 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20 = 11 Коэффициенты этого полинома образуют двоичную запись числа 11: 1011. Для преобразования целого числа в двоичный код надо делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется ноль или единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанных справа налево, образует двоичный код десятичного числа. Для представления целых чисел используется байт, имеющий восемь двоичных разрядов (рис. 2). Рис. 2. Представление целых чисел. Первый разряд используется для хранения знака числа. Обычно «+» кодируется нулём, а «–» – единицей. Диапазон представления целых чисел зависит от числа двоичных разрядов. С помощью одного байта могут быть представлены числа в диапазоне от –128 до +127. При использовании двух байтов могут быть представлены числа от –32 768 до +32 767.
Организация памяти Память есть физическая система с большим числом возможных состояний. Практически используемые системы имеют конечное число состояний, то есть множества D и R представляются конечными множествами D' и R'. Удобно представлять память состоящей из множества одинаковых физических систем, каждая из которых имеет M состояний. Каждая такая физическая система называется словом. Обычно слово проектируют так, чтобы M = 28 = 256. Такой элемент может быть реализован в виде комбинации восьми электронных ключей, каждый из которых может находиться в одном из двух устойчивых состояний – «включено» и «выключено». Это позволяет поставить в соответствие каждой комбинации ключей 8-разрядное двоичное число, то есть байт. Сам элемент памяти обычно тоже называется байтом. Память компьютера может быть представлена как последовательность пронумерованных байтов. Нумерация начинается с нуля. Номер байта называется его адресом. Байт является наименьшей единицей информации, которая может быть записана в память или считана из памяти с помощью одной операции ввода-вывода. Для измерения более крупных объемов памяти используются килобайт, мегабайт и гигабайт. 1 Кбайт = 210 байтов = 1024 байта 1 Мбайт = 210 килобайтов = 1024 Кбайтов 1 Гбайт = 210мегабайтов = 1024 Мбайтов Каждое из возможных состояний байта можно интерпретировать в зависимости от ситуации и используемых кодов как:
Отдельные байты могут объединяться в структуры, позволяющие представлять более сложные объекты, такие как вещественные числа, таблицы, списки и т.д. В качестве единицы хранения данных используется объект переменной длины, называемый файлом. Понятие файла используется в двух смыслах. Логическим файлом называется логически связанная последовательность данных одного типа, имеющая имя. С таким определением файла имеет дело программист, пишущий программу. Физический файл или просто файл – это последовательность произвольного числа байтов памяти, имеющая имя. Адресом файла в памяти является адрес его первого байта. Каждый файл должен иметь уникальное имя. Без этого невозможно гарантировать однозначный доступ к данным. Обычно в отдельном файле хранятся данные одного типа (целые числа, символы и пр.). Тип данных определяет тип файла. Существуют текстовые файлы, двоичные файлы, графические файлы и т.д. Файл, содержащий готовую к исполнению программу, называется программным. Память вычислительной машины подразделяется на оперативную (оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ) и внешнюю (внешнее запоминающее устройство, или ВЗУ). Оперативная память служит для временного хран< ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|