Информационный объем базовых информационных процессов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Колбанёв Михаил Олегович, Татарникова Татьяна Михайловна

Постановка проблемы: понятие «объем сигнала» позволяет определять достаточные условия для передачи сигнала по каналу связи, но не связано с технологиями передачи данных и требуемыми для них ресурсами. Количество ресурсов, необходимое для практической реализации информационных процессов, зависит как от вида используемых информационных технологий, так и от информационного объема сигнала. Целью работы является обобщение методов расчета информационного объема для базовых информационных процессов - сохранения, распространения и обработки данных . Результаты: для каждого вида технологии - сохранения, распространения и обработки - выделены ключевые ресурсы, необходимые для достижения информационного объема, соответствующего поступающим сигналам. Выделены основные составляющие базовых информационных процессов , влияющие на их информационный объем: характеристика информационного объема, физический и технологический ресурсы. Показано, что общим для всех технологий является зависимость информационного объема от используемых физических, технологических и математических ресурсов, а частным - вид ключевых физических и технологических ресурсов, определяющих эффективность использования технологий в процессе информационного взаимодействия. Практическая значимость: определение ресурсов, необходимых для достижения информационного объема, позволит управлять требованиями пользователей к объемным характеристикам информационного обмена.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Колбанёв Михаил Олегович, Татарникова Татьяна Михайловна

Information Volume of Basic Information Processes

Purpose: The concept of "signal volume" allows you to define sufficient conditions for the transmission of signals over a communication channel, but it is not related to data transfer technologies and data resources required for them. The amount of resources necessary for practical implementation of information processes depends on the type of the information technology and on the information volume of the signal. The goal of this research is to generalize the methods of calculating the volume of information for basic information processes : preservation, distribution and processing of data. Results: For each type of technology (preservation, dissemination and processing) the key resources are defined which are necessary to achieve the information volume corresponding to the input signals. For the basic information processes , their main components are shown which affect their data volume. It is demonstrated that what is common for all the technologies is the dependency of the information volume on the used resources (physical, technological and mathematical), and what is individual for them is the type of the main physical and technological resources which determine the efficiency of the information exchange. Practical relevance: Determining resources necessary to achieve the required information volume allows the users to manage their requirements to the volume characteristics of the information exchange.

Текст научной работы на тему «Информационный объем базовых информационных процессов»

БАЗОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

М. О. Колбанёва, доктор техн. наук, профессор Т. М. Татарниковаб, доктор техн. наук, доцент

аСанкт-Петербургский государственный экономический университет, Санкт-Петербург, РФ бСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербург, РФ

Постановка проблемы: понятие «объем сигнала» позволяет определять достаточные условия для передачи сигнала по каналу связи, но не связано с технологиями передачи данных и требуемыми для них ресурсами. Количество ресурсов, необходимое для практической реализации информационных процессов, зависит как от вида используемых информационных технологий, так и от информационного объема сигнала. Целью работы является обобщение методов расчета информационного объема для базовых информационных процессов — сохранения, распространения и обработки данных. Результаты: для каждого вида технологии — сохранения, распространения и обработки — выделены ключевые ресурсы, необходимые для достижения информационного объема, соответствующего поступающим сигналам. Выделены основные составляющие базовых информационных процессов, влияющие на их информационный объем: характеристика информационного объема, физический и технологический ресурсы. Показано, что общим для всех технологий является зависимость информационного объема от используемых физических, технологических и математических ресурсов, а частным — вид ключевых физических и технологических ресурсов, определяющих эффективность использования технологий в процессе информационного взаимодействия. Практическая значимость: определение ресурсов, необходимых для достижения информационного объема, позволит управлять требованиями пользователей к объемным характеристикам информационного обмена.

Ключевые слова — базовые информационные процессы, базовые информационные технологии, сохранение данных, распространение данных, обработка данных, физические ресурсы информационной технологии, технологические ресурсы информационной технологии, математические ресурсы информационной технологии, информационный объем сигнала, информационный объем канала связи, информационный объем запоминающего устройства, информационный объем процессора.

В теории передачи сигналов введено понятие «объем сигнала» [1] — это информационная характеристика источника, вычисляемая как объем прямоугольного параллелепипеда, ребра которого имеют длину, равную длительности сигнала, его спектру и превышению уровня сигнала над помехой. Объем параллелепипеда пропорционален объему данных, которые поступили от источника и должны быть переданы по каналу связи.

Такое представление используется для согласования сигнала и канала связи. Можно, например, подстраиваясь под время доступности канала, уменьшить длительность сигнала, но тогда для сохранения объема передаваемых данных придется увеличить его спектр. Если канал имеет низкий уровень допустимой мощности сигнала, то можно увеличить длительность сигнала и т. д. Во всех случаях основанием для придания параметрам сигнала тех или иных значений являются свойства канала связи.

Объем сигнала не связан с технологиями передачи данных и требуемыми для них ресурсами, а лишь определяет достаточные условия для передачи сигнала по каналу связи.

В более общем случае можно утверждать, что количество ресурсов [2], которое требуется для

практической реализации информационных процессов, зависит от двух факторов:

— вида используемых информационных технологий;

— информационного объема сигнала, который задает требования пользователей к объемным характеристикам информационного обмена.

В статье обобщаются методы расчета информационного объема для трех базовых информационных процессов [3] — сохранения, распространения и обработки данных. Это позволило для технологии каждого вида выделить ключевые ресурсы, необходимые для достижения информационного объема, соответствующего поступающим сигналам.

Информационный объем сигнала

Характеристика информационного объема сигнала измеряется в битах и позволяет сопоставить объем данных, выработанных источником информации, с возможностями памяти, канала связи и процессора. В общем случае информационный объем сигнала источника ^инф зависит от (рис. 1, а):

— времени формирования данных источником Тист [с];

— скорости (частоты) формирования знаков информационной последовательности ^ист [зн./с]: ^ист = т/Тист, где т — количество знаков, кото-

рые могут быть сформированы источником за

— количества бит, содержащихся в одном знаке, Вист [бит]: Вист = log2n, где п — количество разных значений, которые источник может присваивать знаку, если предположить, что эти значения равновероятны.

С учетом введенных обозначений информационный объем сигнала

^инф = Тист*Ист^ист = т 1о&2 п

В геометрическом смысле объем сигнала ^инф соответствует объему параллелепипеда, построенного в пространстве (Т, ¥, В). Значение ^инф не будет изменяться, если, например:

— уменьшать время Тист, но пропорционально увеличивать скорость Рист и (или) количество

— увеличивать время Тист, но пропорционально уменьшать скорость ^ист и т. д. (рис. 1, б).

Использование понятия «объем сигнала» [4] и выделение его составляющих дает возможность управлять процессом формирования потока данных, поступающих от источника информации.

Сигнал, выработанный источником информации, подлежит преобразованию при помощи информационных технологий. Рассмотрим методы оценки информационного объема для технических устройств трех базовых информационных технологий:

— информационный объем запоминающих устройств;

— информационный объем канала связи;

— информационный объем процессора.

Эти объемные характеристики должны соответствовать объему преобразуемого сигнала и зависят от трех типов количественных ресурсов, потребляемых технологиями:

1) физических ресурсов, позволяющих оценить возможность реализации информационного взаимодействия физической средой;

2) технологических ресурсов, позволяющих сравнить возможности разных технологий, реализующих один и тот же информационный процесс;

3) математических ресурсов, характеризующих вычислительную сторону цифровых информационных технологий.

Информационный объем запоминающего устройства

Запоминающее устройство (ЗУ) используется для реализации базового информационного процесса сохранения, имеет вещественно-предметную форму, определенный размер и переносит во времени (сохраняет) группу минимальных единиц хранения (МЕХ). Общее представление о возможностях и способах управления ЗУ как переносчика сигнала во времени дает объем ЗУ ^ЗУ, который (рис. 2, а) зависит от физического, технологического и математического ресурсов ЗУ. К этим ресурсам, соответственно, относятся:

— геометрический размер (площадь) ЗУ 5ЗУ [кв. дюйм];

— плотность размещения МЕХ БЗУ [зн. кв. дюйм], которая связана с размером одной МЕХ: БЗУ = М/БЗУ, где М — количество МЕХ, помещающихся на площади 5ЗУ;

— количество бит, которое сохраняет одна МЕХ, ВЗУ [бит]: БЗУ = где N — число состояний одной МЕХ, если эти состояния равновероятны. Величина N зависит от уровня энергетического барьера, устанавливаемого при записи между состояниями МЕХ.

Соответственно введенным обозначениям объем ЗУ

У3у = йзу £зу £зу = М 1оИ2 N.

Геометрически объем ЗУ представляет собой куб, общий вид которого в осях, соответствующих трем типам ресурсов, показан на рис. 2, б.