А машины, цифровые устройства, возвращают информации ее
первоначальную форму. Каждое такое устройство можно представить как на-
бор переключателей, управляющих потоком электронов. Эти переключатели,
обычно изготавливаемые из кремния, крайне малы и срабатывают под
действием электрических зарядов чрезвычайно быстро - тем самым воспроиз-
водя текст на экране персонального компьютера, музыку на проигрывателе
компакт-дисков и команды банковскому автомату, который выдает Вам налич-
ность.
Пример с выключателями ламп продемонстрировал, что любое число можно
представить в двоичном виде. А вот как то же самое сделать с текстом. По
соглашению, число 65 кодирует заглавную латинскую букву A, 66 - B и т.д.
В компьютере каждое из этих чисел выражается двоичным кодом, поэтому
заглавная латинская буква A (десятичное число 65) превращается в
01000001, а буква B (66) - в 01000010. Пробел кодируется числом 32, или
00100000. Таким образом, выражение "Socrates is a man" ("Сократ есть че-
ловек") становится 136-разрядной последовательностью единиц и нулей.
Здесь легко проследить, как строка текста превратилась в набор двоич-
ных чисел. Чтобы понять, как преобразуют другие виды данных в двоичную
форму, разберем еще один пример. Запись на виниловой пластинке - это
аналоговое представление звуковых колебаний. Аудиоинформация хранится на
ней в виде микроскопических бугорков, расположенных в длинных спиральных
канавках. Если в каком-то месте музыка звучит громче, бугорки глубже
врезаются в канавку, а при высокой ноте бугорки располагаются теснее.
Эти бугорки являются аналогами исходных колебаний звуковых волн, улавли-
ваемых микрофоном. Двигаясь по канавке, иголка проигрывателя попадает на
бугорки и вибрирует. Ее вибрация - все то же аналоговое представление
исходного звука - усиливается и звучит из динамиков как музыка.
Виниловой пластинке, подобно всякому аналоговому устройству хранения
информации, свойствен ряд недостатков. Пыль, следы пальцев или царапины
на поверхности пластинки могут приводить к неадекватным колебаниям иглы,
вызывая в динамиках потрескивание и другие шумы. Если скорость вращения
пластинки хотя бы немного отклоняется от заданной, высота звука сразу же
меняется. При каждом проигрывании пластинки игла постепенно "снашивава-
ет" бугорки в канавке, и качество звучания соответственно ухудшается.
Если же какую-нибудь песню записать с виниловой пластинки на кассетный
магнитофон, то все "шероховатости" переносятся на пленку, а со временем
к ним добавятся новые, потому что обычные магнитофоны сами являются ана-
логовыми устройствами. Таким образом, при каждой перезаписи или передаче
информация теряет в качестве.
На компакт-диске музыка хранится как последовательность двоичных чи-
сел, каждый бит которых представлен микроскопической впадинкой на по-
верхности диска. На современных компакт-дисках таких впадинок более 5
миллиардов. Отраженный лазерный луч внутри проигрывателя компакт-дисков
- цифрового устройства - проходит по каждой впадинке, а специальный дат-
чик определяет ее состояние (0 или 1). Полученную информацию проигрыва-
тель реконструирует в исходную музыку, генерируя определенные электри-
ческие сигналы, которые динамики преобразуют в звуковые волны. И сколько
бы такой диск ни проигрывали, его звучание не меняется.
Было бы удобно преобразовать всю информацию в цифровую форму, но воз-
никает проблема обработки ее больших объемов. Слишком большое число бит
может переполнить память компьютера или потребовать много времени на пе-
редачу между компьютерами. Вот почему так важна (и становится все важ-
нее) способность компьютера сжимать цифровые данные и хранить или пере-
давать их в таком виде, а затем вновь разворачивать сжатые данные в ис-
ходную форму.
Рассмотрим вкратце, как компьютер справляется с этим. Для этого надо
вернуться к Клоду Шеннону, математику, который в тридцатых годах осоз-
нал, как выражать информацию в двоичной форме. Во время второй мировой
войны он начал разрабатывать математическое описание информации и осно-
вал новую область науки, впоследствии названную теорией информации. Шен-
нон трактовал информацию как уменьшение неопределенности. Например, Вы
не получаете никакой информации, если кто-то сообщает Вам, что сегодня
воскресенье, а Вы это знаете. С другой стороны, если Вы не уверены, ка-
кой сегодня день недели, и кто-то говорит Вам - воскресенье, Вы получае-
те информацию, так как неопределенность уменьшается.
Теория информации Шеннона привела в конечном счете к значительным
прорывам в познании. Один из них - эффективное сжатие данных, принципи-
ально важное как в вычислительной технике, так и в области связи. Ска-
занное Шенноном, на первый взгляд, кажется очевидным: элементы данных,
не передающие уникальную информацию, избыточны и могут быть отброшены.
Так поступают репортеры, исключая несущественные слова, или те, кто пла-
тит за каждое слово, отправляя телеграмму или давая рекламу. Шеннон при-
вел пример: в английском языке буква U лишняя в тех местах, где она сто-
ит после буквы Q. Поэтому, зная, что U следует за каждой Q, в сообщении
ее можно опустить.
Принципы Шеннона применяли к сжатию и звуков, и фильмов. В тридцати
кадрах, из которых состоит секунда видеозаписи, избыточной информации
чрезвычайно много. Эту информацию при передаче можно сжать примерно с 27
миллионов бит до 1 миллиона, и она не потеряет ни смысла, ни красок.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120