Преобразование, передача и хранение информации
В наше время преобразование или отображение информации, ее передача и хранение могут осуществляться самыми различными способами с применением не только хорошо известных, но и весьма непривычных средств. Однако так было далеко не всегда.
С древних времен человек искал средства и способы сначала для обмена информацией с соплеменниками, а затем для ее отображения и сохранения. И одними из первых таких способов были звуковые сигналы и жесты.
Нетрудно представить ситуацию, когда собирающийся на охоту древний человек, выглянув из пещеры, увидел, что идет дождь или ливень. Скорее всего, охота была отложена, а наш далекий предок вернулся в пещеру. Но как объяснить своим соплеменникам, почему они остались без обеда? Возможно, древний охотник набрал в ладони немного дождевой воды и, вернувшись в пещеру, выплеснул ее на своих сородичей. Как говорится, для полноты ощущений. Или же, издавая звуки определенной громкости и тональности, жестами передал сородичам информацию о плохой погоде. В рассмотренном случае информация о наличии дождя была преобразована нашим сообразительным предком в жесты и звуки.
Со временем у людей появилась потребность отображать или фиксировать определенную информацию. Так, например, после удачной охоты на мамонта переполняемые положительными эмоциями соплеменники высекали на стенах пещеры наиболее впечатляющие эпизоды этой охоты. Естественно, в те далекие времена древний человек и не предполагал, что одновременно с отображением определенных сцен он, высекая фигуру охотника или мамонта, сохраняет их на века, то есть фиксирует и сохраняет информацию.
Постепенно люди придумывали все новые возможности для обмена информацией, а также для ее отображения и сохранения. Появились речь и письменность, на смену стенам пещеры пришли папирус, а затем и бумага. В конце концов, человечество пришло к тому, что наши современники не могут представить себе окружающий мир без радиоволн и квантовой механики. Поэтому всю историю человечества можно считать историей поиска способов и средств для обмена и сохранения информации.
Для подавляющего большинства современных людей не существует проблем с отображением, передачей или с сохранением информации. Вопрос может быть лишь в правильном выборе нужных средств и способов.
Так, например, записать сведения об оценках, полученных учеником за полугодие обучения, можно в его дневнике. Но эти оценки также можно зафиксировать и в школьном компьютере. Информацию о новостях корреспондент может передать в редакцию с помощью телефона, телеграфом или просто письмом. При этом корреспонденты разных стран передают одну и ту же информацию на разных языках. Сохранить какие-либо сведения можно, например, с помощью наскальных рисунков, как это делали наши предки. А можно записать необходимые данные на компакт-диск, карту памяти или флэш-диск Такими данными могут быть не только результаты научных исследований, но и, например, любимые компьютерные игры или музыкальные записи.
Сообщение, сигнал, система связи
Всевозможная секретная информация обычно передается с помощью зашифрованных сообщений. Однако, как и в случае со словом "информация", не все наши современники могут объяснить, что понимается под словом "сообщение".
Напомним, что, строго говоря, теория информации является одной из ветвей теории связи. А само слово "связь" подразумевает обмен сообщениями. Таким образом, не углубляясь в рассмотрение теоретических вопросов, можно считать, что информация передается и хранится в виде сообщений.
Сообщение может иметь различный вид и форму. Так например, сообщением является какой-либо текст. При этом такой текст может быть напечатан в газете, на бланке телеграммы или отображен на экране монитора. Сообщение может быть звуковым, например слова и предложения при разговоре, музыка, записанная на аудиокассету. Записанные на компакт-диск или флэш-карту музыкальные произведения или программы - это тоже сообщения.
Итак сообщение - это знаки или сигналы, содержащие какую-либо информацию. Именно такое весьма упрощенное определение наиболее полно подходит при рассмотрении в данной книге вопросов шифрования и кодирования.
Знаками могут быть жесты или движения, графические изображения, например буквы и цифры. Для того чтобы сохранить какое-либо сообщение, достаточно, например, нанести его на бумагу с помощью букв. Но для передачи сообщения на расстояние необходимо, говоря научным языком, воспользоваться некоторым физическим процессом в широком смысле этого слова, способным с той или иной скоростью распространяться от источника к получателю сообщения. Это могут быть, например, изменения электрического поля, радиоволны, это могут быть почтовая и даже визуальная связь.
Таким образом, сигнал можно представить как изменяющийся во времени физический процесс, отражающий передаваемое сообщение.
В современном мире для передачи сигналов используются всевозможные технические средства, которые в совокупности составляют системы связи. При этом система связи обычно состоит из нескольких составных частей.
Во-первых, в состав любой системы связи входят источник сообщений, непосредственно создающий сообщение, и передатчик, который определенным образом обрабатывает сообщение и преобразует его в сигналы определенного типа. Например, телеграфист создает сообщение в виде точек и тире азбуки Морзе, а специальный радиопередатчик преобразует эти точки и тире в радиосигналы и излучает в эфир.
Во-вторых, при передаче сообщений не обойтись без канала связи, под которым обычно подразумевается комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов от передатчика к приемнику. Неотъемлемой частью канала связи является так называемая линия связи, то есть среда, используемая для передачи сигнала от передатчика к приемнику. Это может быть, например, область распространения радиоволн, обычные электрические провода или коаксиальный кабель.
В-третьих, в системе связи не обойтись без приемника, который восстанавливает исходное сообщение из полученных сигналов, то есть выполняет операцию, обратную той, которую выполнил передатчик.
И наконец, от приемника исходное сообщение поступает к получателю, под которым обычно понимаются лицо или аппарат, для которого предназначено сообщение. Так, например, радиосигналы принимаются специальным приемником, который их преобразует в точки и тире. Из точек и тире телеграфист, знающий азбуку Морзе, восстанавливает исходное сообщение.
1.2. Коды вокруг нас
С кодами каждый из нас встречается практически ежедневно и на каждом шагу. Более того, определенные коды являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Однако чаще всего наши современники об этом даже не догадываются. Тем не менее без преувеличения можно утверждать, что без кодов в нашей жизни было бы больше беспорядка, хотя чаще всего мы их не замечаем или не обращаем на них никакого внимания.
Так, например, обычные буквы и цифры являются кодом, который используется для создания сообщений. Дорожные знаки также являются частью системы кодов, предназначенной для сообщения водителю автомобиля определенной информации. Каждый раз, когда мы работаем на компьютере, то пользуемся специальным кодом, поскольку компьютеры между собой объясняются с помощью специальной числовой системы, называемой бинарный код. В бинарном коде используются только цифры 1 и 0. Подобных примеров в окружающей нас действительности можно найти превеликое множество.
Однако следует признать, что в настоящее время даже среди специалистов нет однозначного мнения о том, что же следует называть кодом. Поэтому, учитывая особенности рассматриваемых в данной книге вопросов, попробуем определить, что именно в последующих главах и разделах мы будем подразумевать под кодом.
Язык как система звуков и знаков
Итак, для того чтобы передать какую-либо информацию, современные люди в первую очередь используют речевые сигналы.
Попробуем представить себя в ранее рассмотренной ситуации, когда первобытный человек не пошел на охоту из-за дождя. Конечно же, не владея речью, объяснить что-либо соплеменникам было довольно сложна Любой из нас может попробовать, не издавая ни одного членораздельного звука, объяснить своим родным и близким, что на улице идет дождь. Вряд ли наше объяснение будет понято достаточно быстро. Если вообще будет правильно понято. Поэтому для общения между собой люди придумали речевые сигналы или просто речь. Таким образом, наши предки с помощью речи создали первую систему условных обозначений и сигналов. А для определения такого природного явления, когда с неба капает вода, было придумано слово "дождь", которое в русском языке и представляет собой условное обозначение дождя.
Необходимо отметить, что в разных частях земного шара, на разных континентах, у разных племен появлялись свои речевые сигналы, которые вместе с соответствующей письменностью впоследствии стали языком того или иного племени или народа. При этом чаще всего каждое племя или народ вырабатывали свой язык, отличающийся от языков людей, проживающих на других территориях.
Сначала это были примитивные звуковые сигналы, постепенно некоторые языки усложнились настолько; что их изучение даже для представителей коренных наций представляет определенные сложности и продолжается в течение нескольких лет. К примеру, вспомним, сколько лет мы изучаем великий и могучий русский язык. Другие же языки весьма просты и примитивны, как, например, языки некоторых племен, живущих в джунглях Африки или Южной Америки.
Говоря определенные слова в определенном порядке, мы можем передавать какую-либо информацию. Естественно, только в том случае, если нас в данный момент кто-то слышит или услышит в будущем. Устной речью мы можем сохранить и передать какие-нибудь сведения, записав наше сообщение, например, на магнитофонную кассету или компакт-диск. Если мы напишем наше послание буквами, словами и предложениями на листе бумаги, то таким образом мы сохраним содержащиеся в тексте сведения в письменном виде. А отправив этот лист письмом, мы передадим информацию адресату. Для создания всех этих устных, письменных и иных сообщений мы воспользуемся звуковыми сигналами и графическими символами нашего родного русского языка Такие сигналы и символы мы используем постоянно, даже не замечая этого.
Наша невнимательность объясняется тем, что каждый человек начинает учить свой родной язык с детства Первые слова нас научили говорить наши родители, они же нам объясняли, что означает то или иное слово. Потом мы продолжили изучение нашего родного языка в детском саду, а затем и в школе. А многие ли из нас по окончании обучения владеют русским языком в совершенстве? Не говоря уже об иностранных языках, которые мы тоже когда-то учили.
Таким образом, с помощью языка могут общаться только люди, знающие этот язык. Возьмем, например, слова, напечатанные в данной книге. Те, кто знает русский язык, хорошо понимают значение каждого слова, написанного не только на этой странице, но и во всей книге. Если же эту книгу попробует прочитать, например, француз или китаец, которые незнакомы с русским языком, то для них эти слова будут представлять лишь набор ничего не значащих символов.
На основании изложенного мы можем дать определение какому-либо из существующих и существовавших на Земле языков, но только в том смысле, в котором мы будем понимать его значение в предлагаемой книге. Итак, язык - это совокупность звуковых сигналов и графических символов, являющаяся средством общения для людей, владеющих этим языком. Естественно, при общении происходит и обмен информацией. А с использованием, например, графических символов или соответствующих носителей информации эти данные можно сохранить.
Иногда в повседневной жизни складывается ситуация, когда, например, наш соотечественник не может понять или прочитать то, что сказал или написал турист, приехавший к нам из-за рубежа. В этом случае не следует сразу думать, что изложенная этим иностранцем устная или письменная информация специально скрывается от российского слушателя или читателя. Скорее наоборот - любой приезжий турист был бы рад, если бы его поняли и объяснили, как, например, проехать к Красной площади или добраться до гостиницы. В этом можно не сомневаться. Но, к сожалению, приехавший из-за границы турист не владеет русским языком, а россиянин не владеет родным языком иностранца.
В результате подобного общения обмен информацией, естественно, не произойдет. Но виной тому вовсе не преднамеренное сокрытие излагаемой, например в разговоре, информации, а незнание системы звуковых сигналов и графических символов, с помощью которых общается собеседник. Другими словами, причиной непонимания является лишь незнание его языка. Конечно же соответствующий иностранный язык, эту систему символов и знаков при желании можно выучить, и тогда проблем в общении не будет.
Системы условных обозначений
Как мы определили, язык является одной из наиболее хорошо знакомых подавляющему числу людей земного шара систем условных обозначений или сигналов. Правда, с помощью какого-либо языка между собой могут общаться только люди, знающие этот язык. Одним из самых распространенных в мире языков считается английский, на котором разговаривают более 1,5 миллиарда людей на земном шаре. Но существуют языки, на которых общаются всего лишь несколько тысяч или даже несколько сотен человек. К таким языкам относится, например, язык орочей, небольшого народа, проживающего на Дальнем Востоке.
Однако в современном мире существуют и другие системы знаков и символов, предназначенные для обмена информацией. Если мы посмотрим вокруг себя, то таких систем, которые с помощью специальных символов или знаков обеспечивают нас необходимой информацией, увидим великое множество. Это различные системы световых и звуковых сигналов, графические символы и рисунки, сигналы радиосвязи и даже дорожные знаки. И это еще не все.
Тем не менее далеко не все понимают значение сигналов, знаков и символов, составляющих такие системы. Хотя при желании могут с ними ознакомиться и даже их выучить.
Так, например, при отправке письма необходимо на конверте написать почтовый индекс, который является идентификационным индексом для города и района, где живет получатель письма. Это обеспечит безошибочную сортировку и быструю доставку письма. Однако людям, не знающим, какой индекс какому городу соответствует, такая система знаков ничего не говорит. В то же время почтовый работник, много лет сортирующий письма, знает по памяти индексы многих городов. К тому же в его распоряжении есть специальная таблица с перечислением всех городов России и соответствующих им индексов. Такая таблица не является недоступной для желающих с ней ознакомиться. Если кто-либо захочет ее выучить, то это будет лишь вопрос времени.
Правильное понимание значений символов, нанесенных, например, на пульте дистанционного управления, поможет управлять телевизором или видеомагнитофоном. Зная значения определенных надписей и рисунков, нанесенных на корпусе CD-плеера, его владелец безошибочно подключит наушники или внешний источник питания.
Однако значение этих символов нам стало понятно не сразу. С учетом постоянно возрастающей сложности домашней телевизионной и радиоаппаратуры, а также другой бытовой техники можно не сомневаться в том, что многие из нас в первые дни после покупки, мягко выражаясь, просто опасались нажимать ту или иную клавишу. Но после внимательного изучения прилагаемой инструкции даже самые неподготовленные потребители быстро усваивают все тонкости обращения с проигрывателем компакт-дисков, домашним кинотеатром или со стиральной машинкой. Вопрос лишь в том, чтобы эта инструкция содержала подробное и весьма доходчивое описание используемой в данной аппаратуре системы обозначений порядка обращения с соответствующим техническим устройством. Поэтому, например, на пульте дистанционного управления телевизора вместо подробного описания назначения той или иной кнопки изображены специальные символы. А подробные разъяснения назначения каждой кнопки даны в доступной для любого пользователя инструкции.
В отдельных случаях некоторые категории людей просто обязаны знать определенные системы обозначений, символов и знаков.
Все водители транспортных средств, например автомобилей, автобусов, мотоциклов, троллейбусов и трамваев, должны сдать соответствующий экзамен по правилам дорожного движения. Они обязаны хорошо знать, что обозначают или какую информацию содержат дорожные знаки, сигналы регулировщика и светофора, а также дорожная разметка Так, например, вместо того чтобы на дороге размещать громоздкие таблички с надписью типа "Поворот направо запрещен", сотрудники автоинспекции устанавливают предусмотренный правилами простой и понятный дорожный знак, который всех, знающих правила дорожного движения, информирует о том, что поворот направо запрещен. Аналогичная ситуация и с другими знаками.
Таким образом, каждый дорожный знак, каждое движение регулировщика, сигналы светофора, а также символы, нарисованные на дороге, содержат определенную информацию. А подробное разъяснение значения того или иного знака, сигнала и символа дано в правилах дорожного движения. Конечно же, знать эти правила не помешает и пешеходам, поскольку различные символы и рисунки, нанесенные на дорожных знаках, обеспечивают безаварийное движение на дорогах. Поэтому при желании каждый из нас в любое время может не только ознакомиться с правилами дорожного движения, но даже их выучить.