Κωδικοποίηση και επιλογή καναλιού. Αποτελεσματική κωδικοποίηση πληροφοριών όταν μεταδίδεται μέσω καναλιών επικοινωνίας Ακολουθία μετάδοσης πληροφοριών στη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης

Η ζωή είναι η διαδικασία ύπαρξης πρωτεϊνικών μορίων. Αυτό ακριβώς το εκφράζουν πολλοί επιστήμονες, οι οποίοι είναι πεπεισμένοι ότι η πρωτεΐνη είναι η βάση όλων των ζωντανών όντων. Αυτές οι κρίσεις είναι απολύτως σωστές, γιατί αυτές οι ουσίες στο κύτταρο έχουν τον μεγαλύτερο αριθμό βασικών λειτουργιών. Όλες οι άλλες οργανικές ενώσεις παίζουν το ρόλο των ενεργειακών υποστρωμάτων και χρειάζεται και πάλι ενέργεια για τη σύνθεση των πρωτεϊνικών μορίων.

Χαρακτηριστικά σταδίου της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών

Η δομή μιας πρωτεΐνης κωδικοποιείται σε νουκλεϊκό οξύ ή RNA) με τη μορφή κωδικονίων. Πρόκειται για κληρονομικές πληροφορίες που αναπαράγονται κάθε φορά που το κύτταρο απαιτεί μια νέα πρωτεϊνική ουσία. Η αρχή της βιοσύνθεσης βρίσκεται στον πυρήνα σχετικά με την ανάγκη σύνθεσης μιας νέας πρωτεΐνης με ήδη καθορισμένες ιδιότητες.

Σε απόκριση σε αυτό, το τμήμα του νουκλεϊκού οξέος όπου κωδικοποιείται η δομή του αποσπάται. Αυτή η θέση αντιγράφεται από το αγγελιοφόρο RNA και μεταδίδεται στα ριβοσώματα. Είναι υπεύθυνοι για την κατασκευή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας που βασίζεται σε ένα μήτρα - αγγελιοφόρο RNA. Συνοπτικά, όλα τα στάδια της βιοσύνθεσης παρουσιάζονται ως εξής:

  • μεταγραφή (το στάδιο του διπλασιασμού ενός τμήματος DNA με μια κωδικοποιημένη δομή πρωτεΐνης).
  • επεξεργασία (στάδιο σχηματισμού αγγελιοφόρου RNA).
  • μετάφραση (σύνθεση πρωτεϊνών σε ένα κύτταρο με βάση το αγγελιοφόρο RNA).
  • μετα-μεταφραστική τροποποίηση («ωρίμανση» του πολυπεπτιδίου, σχηματισμός της τρισδιάστατης δομής του).

Μεταγραφή νουκλεϊκού οξέος

Όλη η πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο πραγματοποιείται από ριβοσώματα και οι πληροφορίες για τα μόρια περιέχονται στο νουκλεϊκό οξύ ή στο DNA). Εντοπίζεται στα γονίδια: κάθε γονίδιο είναι μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Τα γονίδια περιέχουν πληροφορίες για την αλληλουχία αμινοξέων της νέας πρωτεΐνης. Στην περίπτωση του DNA, η αφαίρεση του γενετικού κώδικα πραγματοποιείται ως εξής:

  • αρχίζει η απελευθέρωση της περιοχής νουκλεϊκού οξέος από τις ιστόνες, λαμβάνει χώρα απελευθέρωση.
  • Η DNA πολυμεράση αντιγράφει το τμήμα του DNA που αποθηκεύει το γονίδιο της πρωτεΐνης.
  • το διπλό τμήμα είναι ένας πρόδρομος του αγγελιαφόρου RNA, το οποίο υποβάλλεται σε επεξεργασία από ένζυμα για την αφαίρεση μη κωδικοποιητικών ενθέτων (η σύνθεση mRNA πραγματοποιείται βάσει αυτού).

Με βάση το αγγελιοφόρο RNA, λαμβάνει χώρα σύνθεση mRNA. Είναι ήδη μια μήτρα, μετά την οποία η πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο λαμβάνει χώρα στα ριβοσώματα (στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο).

Ριβοσωμική πρωτεϊνική σύνθεση

Το αγγελιοφόρο RNA έχει δύο άκρα, τα οποία έχουν σχήμα 3`-5`. Η ανάγνωση και η σύνθεση των πρωτεϊνών στα ριβοσώματα ξεκινά από το 5' άκρο και συνεχίζει μέχρι το εσώνιο - μια περιοχή που δεν κωδικοποιεί κανένα αμινοξύ. Συμβαίνει έτσι:

  • Το αγγελιαφόρο RNA είναι «στριμωγμένο» στο ριβόσωμα και συνδέει το πρώτο αμινοξύ.
  • το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του αγγελιοφόρου RNA κατά ένα κωδικόνιο.
  • Το RNA μεταφοράς παρέχει το απαιτούμενο (που κωδικοποιείται από αυτό το κωδικόνιο mRNA) άλφα αμινοξύ.
  • το αμινοξύ προστίθεται στο αρχικό αμινοξύ για να σχηματίσει ένα διπεπτίδιο.
  • το mRNA στη συνέχεια μετατοπίζεται ένα κωδικόνιο προς τα πίσω, προστίθεται ένα άλφα αμινοξύ και ενώνεται με την αναπτυσσόμενη πεπτιδική αλυσίδα.

Μόλις το ριβόσωμα φτάσει στο εσώνιο (μη κωδικοποιητικό ένθετο), το αγγελιαφόρο RNA απλώς προχωρά. Στη συνέχεια, καθώς το αγγελιαφόρο RNA προχωρά, το ριβόσωμα φθάνει ξανά σε ένα εξόνιο - μια περιοχή της οποίας η αλληλουχία νουκλεοτιδίων αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο αμινοξύ.

Από αυτό το σημείο ξεκινά και πάλι η προσκόλληση των πρωτεϊνικών μονομερών στην αλυσίδα. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι την εμφάνιση του επόμενου εσωνίου ή μέχρι ένα κωδικόνιο λήξης. Η τελευταία σταματά τη σύνθεση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, μετά την οποία θεωρείται πλήρης και ξεκινά το στάδιο της μετασυνθετικής (μετα-μεταφραστικής) τροποποίησης του μορίου.

Μετα-μεταφραστική τροποποίηση

Μετά τη μετάφραση, η πρωτεϊνοσύνθεση λαμβάνει χώρα στις λείες δεξαμενές, οι οποίες περιέχουν μικρό αριθμό ριβοσωμάτων. Σε ορισμένα κύτταρα μπορεί να απουσιάζουν εντελώς από τις ΑΠΕ. Τέτοιες περιοχές χρειάζονται για το σχηματισμό πρώτα μιας δευτερεύουσας, στη συνέχεια μιας τριτογενούς ή, εάν προγραμματιστεί, μιας τεταρτοταγούς δομής.

Όλη η πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο συμβαίνει με τη δαπάνη μιας τεράστιας ποσότητας ενέργειας ATP. Επομένως, απαιτούνται όλες οι άλλες βιολογικές διεργασίες για τη διατήρηση της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών. Επιπλέον, απαιτείται λίγη ενέργεια για τη μεταφορά πρωτεϊνών εντός του κυττάρου με ενεργή μεταφορά.

Πολλές από τις πρωτεΐνες μεταφέρονται από μια θέση στο κύτταρο σε άλλη για τροποποίηση. Συγκεκριμένα, η μετα-μεταφραστική πρωτεϊνική σύνθεση λαμβάνει χώρα στο σύμπλεγμα Golgi, όπου μια περιοχή υδατάνθρακα ή λιπιδίου συνδέεται με ένα πολυπεπτίδιο συγκεκριμένης δομής.

Η αποτελεσματική κωδικοποίηση λύνει το πρόβλημα της πιο συμπαγούς εγγραφής των μηνυμάτων που δημιουργούνται από την πηγή λόγω της επανακωδικοποίησής τους. Και χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλα τα αρχεία αρχειοθέτησης όπως το Rar, το Zip κ.λπ. Η ιδιαιτερότητα αυτών των αρχειοθηκών είναι ότι σας επιτρέπουν να συμπιέσετε πληροφορίες σχετικά μικρές φορές (2-3, το πολύ 4 φορές), αλλά ταυτόχρονα , η πλήρης ανάκτηση των συμπιεσμένων πληροφοριών πραγματοποιείται "bit to bit". Εάν δεν χρειάζεται να επαναφέρετε πληροφορίες bit-to-bit, τότε χρησιμοποιούνται άλλες μέθοδοι διακωδικοποίησης που σας επιτρέπουν να επιτύχετε συμπίεση δεκάδες φορές. Βασίζονται στη μελέτη των προτύπων δημιουργίας μηνυμάτων από την πηγή, στη μελέτη των ιδιοτήτων της ίδιας της πηγής και στην κατανόηση του πόσο απαραίτητο είναι να διατηρηθούν οι αρχικές πληροφορίες για τον καταναλωτή. Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση της ομιλίας, δεν μπορείτε να τη μεταδώσετε "κομμάτι για λίγο", αλλά να επιτρέψετε παραμορφώσεις που ο παραλήπτης του φωνητικού μηνύματος απλά δεν θα παρατηρήσει λόγω της αναλγησίας του ανθρώπινου ακουστικού βαρηκοΐας σε αυτές τις αλλαγές. Ταυτόχρονα, θα διατηρηθεί η καταληπτότητα της ομιλίας, η αναγνώριση φωνής και ο συναισθηματικός της χρωματισμός. Η μερική απώλεια αυτών των ιδιοτήτων αυξάνει τη συμπίεσή του. Ας τονίσουμε για άλλη μια φορά ότι η αποτελεσματική κωδικοποίηση είναι η συμπίεση και η επαναφορά της πληροφορίας «bit bit».

Γενικός ορισμός κωδικοποίησης και κώδικα. Εργασίες κωδικοποίησης

Η κωδικοποίηση - με την ευρεία έννοια της λέξης - είναι η αναπαράσταση μηνυμάτων σε μια μορφή κατάλληλη για μετάδοση μέσω ενός δεδομένου καναλιού.

Η αντίστροφη λειτουργία της κωδικοποίησης ονομάζεται αποκωδικοποίηση.

Ας επιστρέψουμε ξανά στην εξέταση του γενικού σχήματος του συστήματος μετάδοσης πληροφοριών.

Ρύζι. 3.1. Γενικό διάγραμμα του συστήματος μετάδοσης πληροφοριών

Μήνυμα ΧΣτην έξοδο της πηγής πληροφοριών (AI), είναι απαραίτητο να αντιστοιχίσετε ένα συγκεκριμένο σήμα. Δεδομένου ότι ο αριθμός των μηνυμάτων τείνει στο άπειρο με απεριόριστη αύξηση του χρόνου, είναι σαφές ότι η δημιουργία του δικού σας σήματος για κάθε μήνυμα είναι σχεδόν αδύνατη.

Δεδομένου ότι τα διακριτά μηνύματα αποτελούνται από γράμματα και τα συνεχή μηνύματα μπορούν να αναπαρασταθούν με μια ακολουθία αριθμών σε κάθε στιγμή μέτρησης, είναι ουσιαστικά δυνατό να αρκεστούμε σε έναν πεπερασμένο αριθμό δειγμάτων σημάτων που αντιστοιχούν σε μεμονωμένα γράμματα του αλφαβήτου πηγής.

Όταν το αλφάβητο είναι μεγάλο, καταφεύγουν στην αναπαράσταση γραμμάτων σε άλλο αλφάβητο με μικρότερο αριθμό γραμμάτων, τα οποία θα ονομάσουμε σύμβολα.

Για να δηλώσει αυτή τη λειτουργία, χρησιμοποιείται ο ίδιος όρος - κωδικοποίηση, κατανοητή πλέον με στενή έννοια.

Δεδομένου ότι το αλφάβητο των συμβόλων είναι μικρότερο από το αλφάβητο των γραμμάτων, κάθε γράμμα αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη ακολουθία συμβόλων, που ονομάζεται συνδυασμός κωδικών. Ο αριθμός των χαρακτήρων σε έναν συνδυασμό κωδικών ονομάζεται τιμή του.

Η διαδικασία μετατροπής γραμμάτων σε σύμβολα μπορεί να εξυπηρετήσει διάφορους σκοπούς:

1. Το πρώτο από αυτά είναι η μετατροπή πληροφοριών σε ένα τέτοιο σύστημα συμβόλων (κώδικας) έτσι ώστε να διασφαλίζεται η απλότητα και η αξιοπιστία της εφαρμογής υλικού των συσκευών πληροφοριών, π.χ.

  • απλότητα εξοπλισμού για τη διάκριση μεμονωμένων χαρακτήρων.
  • ελάχιστος χρόνος μεταφοράς·
  • ελάχιστη χωρητικότητα αποθήκευσης κατά την αποθήκευση·
  • ευκολία εκτέλεσης αριθμητικών και λογικών πράξεων στο υιοθετημένο σύστημα.

Δεν λαμβάνονται υπόψη οι στατιστικές ιδιότητες της πηγής των μηνυμάτων και οι παρεμβολές στο κανάλι επικοινωνίας.

Η τεχνική υλοποίηση της διαδικασίας κωδικοποίησης σε αυτή την απλούστερη μορφή με συνεχές σήμα εισόδου πραγματοποιείται από μετατροπείς αναλογικού σε κώδικα (ψηφιακό).

2. Ο δεύτερος σκοπός της κωδικοποίησης είναι, με βάση τα θεωρήματα του Shannon, να εναρμονίσει τις ιδιότητες της πηγής μηνύματος με τις ιδιότητες του καναλιού επικοινωνίας.

Ο αποκαλούμενος κωδικοποιητής πηγής (SC) στοχεύει να παρέχει κωδικοποίηση στην οποία, εξαλείφοντας τον πλεονασμό, μειώνεται σημαντικά ο μέσος αριθμός συμβόλων που απαιτούνται ανά γράμμα μηνύματος.

Ελλείψει παρεμβολών, αυτό οδηγεί άμεσα σε κέρδος στο χρόνο μετάδοσης ή στον χώρο αποθήκευσης, δηλ. αυξάνει την αποδοτικότητα του συστήματος. http://peredacha-informacii.ru/ Αυτή η κωδικοποίηση ονομάζεται αποτελεσματική κωδικοποίηση.

Με την παρουσία παρεμβολών στο κανάλι, η αποτελεσματική κωδικοποίηση σάς επιτρέπει να μετατρέψετε τις πληροφορίες εισόδου σε μια ακολουθία συμβόλων που είναι καλύτερα προετοιμασμένη για περαιτέρω μετατροπή (μέγιστη συμπίεση).

Ο λεγόμενος κωδικοποιητής καναλιών (CC) στοχεύει να εξασφαλίσει μια δεδομένη αξιοπιστία κατά τη μετάδοση ή την αποθήκευση πληροφοριών εισάγοντας επιπλέον πλεονασμό, αλλά χρησιμοποιώντας απλούς αλγόριθμους και λαμβάνοντας υπόψη τα στατιστικά πρότυπα παρεμβολών στο κανάλι επικοινωνίας. Αυτός ο τύπος κωδικοποίησης ονομάζεται κωδικοποίηση ανθεκτικός στον θόρυβο.

Η σκοπιμότητα εξάλειψης του πλεονασμού μηνύματος χρησιμοποιώντας αποτελεσματικές μεθόδους κωδικοποίησης που ακολουθείται από επανακωδικοποίηση με κωδικό ανθεκτικό σε σφάλματα οφείλεται στο γεγονός ότι ο πλεονασμός της πηγής μηνύματος στις περισσότερες περιπτώσεις δεν συνάδει με τα στατιστικά πρότυπα παρεμβολών στο κανάλι επικοινωνίας και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλήρως για την αύξηση της αξιοπιστίας του ληφθέντος μηνύματος, ενώ είναι δυνατό να επιλέξετε έναν κατάλληλο για αυτήν την παρεμβολή είναι ένας κωδικός ανθεκτικός στο θόρυβο.

Επιπλέον, ο πλεονασμός μηνυμάτων είναι συχνά συνέπεια πολύ περίπλοκων πιθανολογικών εξαρτήσεων και επιτρέπει τον εντοπισμό και τη διόρθωση σφαλμάτων μόνο μετά την αποκωδικοποίηση ολόκληρου του μηνύματος, χρησιμοποιώντας εξαιρετικά πολύπλοκους αλγόριθμους και διαίσθηση.

Έτσι, η επιλογή των συσκευών κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης εξαρτάται από τις στατιστικές ιδιότητες της πηγής μηνύματος, καθώς και από το επίπεδο και τη φύση των παρεμβολών στο κανάλι επικοινωνίας.

Εάν ουσιαστικά δεν υπάρχει πλεονασμός πηγής μηνύματος και καμία παρεμβολή στο κανάλι επικοινωνίας, τότε η εισαγωγή τόσο ενός κωδικοποιητή πηγής όσο και ενός κωδικοποιητή καναλιού δεν είναι πρακτική.

Όταν ο πλεονασμός της πηγής μηνυμάτων είναι υψηλός και οι παρεμβολές είναι χαμηλές, συνιστάται να εισάγετε μόνο έναν κωδικοποιητή πηγής.

Όταν ο πλεονασμός της πηγής είναι μικρός και η παρεμβολή είναι μεγάλη, συνιστάται η εισαγωγή ενός κωδικοποιητή καναλιού.

Εάν υπάρχει μεγάλος πλεονασμός και υψηλό επίπεδο παρεμβολών, συνιστάται η εισαγωγή πρόσθετων συσκευών κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης.

Μετά τον κωδικοποιητή καναλιού KK, το κωδικοποιημένο σήμα εισέρχεται στη συσκευή για την κωδικοποίηση συμβόλων με σήματα - διαμορφωτής M. Το σήμα που λαμβάνεται στην έξοδο του διαμορφωτή Υπροετοιμασμένοι για μετάδοση μέσω μιας συγκεκριμένης γραμμής επικοινωνίας LAN.

Η συσκευή για την αποκωδικοποίηση σημάτων σε σύμβολα (αποδιαμορφωτής DM) λαμβάνει ένα σήμα από τη γραμμή επικοινωνίας, παραμορφωμένο από θόρυβο, το οποίο υποδεικνύεται στο διάγραμμα - Ζ.

Η συσκευή αποκωδικοποίησης κωδικών με αντοχή στον θόρυβο (αποκωδικοποιητής καναλιού DC) και η συσκευή αποκωδικοποίησης μηνυμάτων (αποκωδικοποιητής πηγής DI) παράγουν ένα αποκωδικοποιημένο μήνυμα Wστον παραλήπτη P (άτομο ή μηχανή).

Αποτελεσματική κωδικοποίηση πληροφοριών όταν μεταδίδεται μέσω καναλιών επικοινωνίας

1.7. Μετάδοση πληροφοριών μέσω του καναλιού χωρίς παρεμβολές

Εάν μια ακολουθία διακριτών μηνυμάτων διάρκειας μεταδίδεται μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας χωρίς παρεμβολές, τότε το όριο της αναλογίας

όπου είναι η ποσότητα των πληροφοριών που περιέχονται σε μια ακολουθία μηνυμάτων (η ταχύτητα μετάδοσης πληροφοριών μέσω του καναλιού επικοινωνίας). Η οριακή τιμή της ταχύτητας μετάδοσης πληροφοριών ονομάζεται χωρητικότητα καναλιού επικοινωνίας:

Όπως είναι γνωστό, ο όγκος των πληροφοριών στα μηνύματα είναι μέγιστος όταν η πιθανότητα των καταστάσεων είναι ίση. Επειτα

Η ταχύτητα μεταφοράς πληροφοριών εξαρτάται γενικά από τις στατιστικές ιδιότητες του μηνύματος και τις παραμέτρους

κανάλι επικοινωνίας. Το εύρος ζώνης είναι ένα χαρακτηριστικό ενός καναλιού επικοινωνίας που δεν εξαρτάται από την ταχύτητα μετάδοσης πληροφοριών. Ποσοτικά, η απόδοση ενός καναλιού επικοινωνίας εκφράζεται από τον μέγιστο αριθμό δυαδικών μονάδων πληροφοριών που μπορεί να μεταδώσει ένα δεδομένο κανάλι επικοινωνίας σε ένα δευτερόλεπτο.

Για την πιο αποτελεσματική χρήση ενός καναλιού επικοινωνίας, είναι απαραίτητο ο ρυθμός μεταφοράς πληροφοριών να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στη διεκπεραίωση του καναλιού επικοινωνίας.

Εάν ο ρυθμός με τον οποίο φθάνουν οι πληροφορίες στην είσοδο του καναλιού επικοινωνίας υπερβαίνει τη χωρητικότητα του καναλιού, τότε δεν θα μεταδοθούν όλες οι πληροφορίες μέσω του καναλιού, δηλαδή πρέπει να πληρούται η προϋπόθεση

Αυτή είναι η κύρια προϋπόθεση για τον συντονισμό της πηγής πληροφοριών και του καναλιού επικοινωνίας. Η διαπραγμάτευση ολοκληρώνεται με την κατάλληλη κωδικοποίηση μηνυμάτων. Έχει αποδειχθεί ότι εάν η ταχύτητα των πληροφοριών που παράγονται από την πηγή των μηνυμάτων είναι αρκετά κοντά στη χωρητικότητα του καναλιού, δηλ. όπου η τιμή είναι αυθαίρετα μικρή, είναι πάντα δυνατό να βρεθεί μια μέθοδος κωδικοποίησης που θα διασφαλίζει τη μετάδοση των μηνυμάτων που δημιουργούνται από την πηγή και η ταχύτητα μεταφοράς πληροφοριών θα είναι πολύ κοντά στη χωρητικότητα του καναλιού.

Η αντίστροφη δήλωση είναι ότι είναι αδύνατο να διασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη μετάδοση όλων των μηνυμάτων εάν η ροή των πληροφοριών που παράγεται από την πηγή υπερβαίνει τη χωρητικότητα του καναλιού.

Εάν μια πηγή μηνύματος με εντροπία ανά σύμβολο ίση με τη χωρητικότητα του καναλιού επικοινωνίας είναι συνδεδεμένη στην είσοδο του καναλιού, η πηγή θεωρείται ότι είναι συνεπής με το κανάλι. Εάν η εντροπία της πηγής είναι μικρότερη από τη χωρητικότητα του καναλιού, κάτι που μπορεί να συμβαίνει εάν οι καταστάσεις πηγής είναι άνισες, τότε η πηγή δεν συμφωνεί

συνδέεται με το κανάλι επικοινωνίας, δηλαδή το κανάλι δεν χρησιμοποιείται πλήρως.

Η συμφωνία με τη στατιστική έννοια επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας τη λεγόμενη στατιστική κωδικοποίηση. Για να κατανοήσετε την αρχή της στατιστικής κωδικοποίησης, εξετάστε δύο ακολουθίες μηνυμάτων που αντιπροσωπεύουν, για παράδειγμα, το σήμα κατάστασης ενός ελεγχόμενου αντικειμένου δύο θέσεων (ενεργό ή απενεργοποιημένο) που καταγράφεται σε τακτά χρονικά διαστήματα:

Ο χαρακτήρας 1 αντιστοιχεί στο σήμα "αντικείμενο είναι ενεργοποιημένο", το σύμβολο 0 είναι "το αντικείμενο είναι απενεργοποιημένο". Θα υποθέσουμε ότι τα σύμβολα εμφανίζονται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.

Για την πρώτη ακολουθία, τα σύμβολα 1 και 0 είναι εξίσου πιθανά, για τη δεύτερη - η πιθανότητα του πρώτου συμβόλου του δεύτερου συμβόλου

Εντροπία της πρώτης ακολουθίας Εντροπία της δεύτερης ακολουθίας Επομένως, η ποσότητα πληροφοριών ανά σύμβολο στη δεύτερη ακολουθία είναι η μισή από αυτήν της πρώτης.

Κατά τη μετάδοση ακολουθιών μέσω ενός δυαδικού καναλιού επικοινωνίας, η πρώτη ακολουθία θα είναι συνεπής με το κανάλι, ενώ κατά τη μετάδοση της δεύτερης ακολουθίας, η χωρητικότητα του δυαδικού καναλιού ανά σύμβολο είναι διπλάσια από την εντροπία της πηγής, δηλαδή το κανάλι είναι υποφορτωμένο και, σε μια στατιστική έννοια, δεν συνάδει με την πηγή

Η στατιστική κωδικοποίηση καθιστά δυνατή την αύξηση της εντροπίας των μεταδιδόμενων μηνυμάτων μέχρι το όριο που επιτυγχάνεται εάν τα σύμβολα της νέας ακολουθίας είναι εξίσου πιθανά. Σε αυτήν την περίπτωση, ο αριθμός των χαρακτήρων στην ακολουθία θα μειωθεί. Σαν άποτέλεσμα

η πηγή πληροφοριών είναι συνεπής με το κανάλι επικοινωνίας. Η τεχνική μιας τέτοιας κωδικοποίησης περιγράφεται στην § 2.9.

Κεφάλαιο 1. ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

  • 1.7. Μετάδοση πληροφοριών μέσω του καναλιού χωρίς παρεμβολές

    Κεφάλαιο 2. Μη περιττοί κωδικοί

    Κεφάλαιο 5. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΩΔΙΚΩΝ

    Η αντιγραφή πληροφοριών από τη σελίδα επιτρέπεται μόνο με σύνδεσμο προς αυτόν τον ιστότοπο

    Η διαδικασία της γενετικής μετάδοσης πληροφορίεςκαθορίζεται από το λεγόμενο κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας: DNA-RNA-πρωτεΐνη. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η διαδρομή από το γονίδιο στην πρωτεΐνη είναι πολύ περίπλοκη και αποτελείται από πολλά ανεξάρτητα στάδια.

    Στο πρώτο στάδιο, " ξαναγράφοντας» η νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός γονιδίου μέσω της σύνθεσης ενός συμπληρωματικού μορίου RNA (μεταγραφή). Η μεταγραφή κατευθύνεται από το ένζυμο RNA πολυμεράση και οδηγεί στον σχηματισμό μορίων πρωτογενούς μεταγραφής RNA (preRNA) στον κυτταρικό πυρήνα. Το μόριο preRNA είναι ένα ακριβές αντίγραφο του προτύπου DNA του μεταγραφόμενου γονιδίου. Το συντιθέμενο preRNA υφίσταται ένα στάδιο ωρίμανσης (επεξεργασία): αυτό το στάδιο περιλαμβάνει τόσο την τροποποίηση των τερματικών τμημάτων της αλυσίδας (βοηθώντας στη σταθεροποίηση του μορίου) όσο και την αφαίρεση των μη κωδικοποιητικών περιοχών νιτρονίου από το πρωτεύον μετάγραφο RNA.

    Επεξεργάζομαι, διαδικασία " τομήΤα εσώνια, που ονομάζεται μάτισμα, είναι το πιο σημαντικό βήμα στην ωρίμανση του preRNA και οδηγεί στο γεγονός ότι στο RNA παραμένουν μόνο οι περιοχές αίσθησης που είναι διαδοχικά «συνδεδεμένες» μεταξύ τους, συμπληρωματικές με τα εξόνια του γονιδίου. Ένας βασικός σηματοδοτικός ρόλος στο μάτισμα παίζεται από ορισμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που πλευρίζουν καθένα από τα εξόνια (οι λεγόμενες θέσεις ματίσματος). Όταν οι μεταλλάξεις εντοπίζονται σε θέσεις ματίσματος, οι οικείοι μηχανισμοί για την αφαίρεση ιντρονίων από το preRNA μπορεί να διαταραχθούν και, ως αποτέλεσμα, μπορεί να συμβεί η σύνθεση ενός πεπτιδίου με ανώμαλη δομή. Το ώριμο RNA που σχηματίζεται μετά την εκτομή των ιντρονίων ονομάζεται πληροφοριακό ή πρότυπο RNA (mRNA). Το μήκος του mRNA είναι πολλές φορές μικρότερο από το ίδιο το μεταγραφόμενο γονίδιο και το πρωτεύον μεταγραφικό του RNA.

    Επόμενο στάδιο μεταγραφέςΗ γενετική πληροφορία εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα. Περιλαμβάνει τη συναρμολόγηση μορίων πρωτεΐνης σε ριβοσώματα χρησιμοποιώντας μια μήτρα mRNA (διαδικασία μετάφρασης). Τα αμινοξέα μεταφέρονται στα ριβοσώματα από μια ειδική κατηγορία μορίων - RNA μεταφοράς (tRNAs). Κάθε tRNA είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά ενός αυστηρά καθορισμένου αμινοξέος και αυτή η ειδικότητα καθορίζεται από την παρουσία στο tRNA μιας μοναδικής αλληλουχίας 3 νουκλεοτιδίων που ονομάζεται αντικωδικόνιο. Καθώς το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του μορίου mRNA, τα αντικωδικόνια διαφόρων tRNA που φέρουν το «δικό τους» αμινοξύ αναγνωρίζονται διαδοχικά από τα συμπληρωματικά κωδικόνια mRNA τους. Ως αποτέλεσμα, τα «απαραίτητα» αμινοξέα προστίθενται διαδοχικά στην αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα. Η διαδικασία μετάφρασης ξεκινά με την τριπλέτα AUG που κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη.

    Ετσι, κωδικόνιο μεθειονίνηςΩς μέρος του RNA, ανοίγει το πλαίσιο ανάγνωσης για γενετικές πληροφορίες. όπως αναφέρθηκε, αυτή η μέτρηση γίνεται σύμφωνα με τον κανόνα «μία τριπλέτα - ένα αμινοξύ». Το σήμα για το τέλος της μετάφρασης είναι ένα από τα τρία ειδικά κωδικόνια (UAA, UAG ή UGA), που ονομάζονται κωδικόνια λήξης (ανοησίες κωδικόνια). Η αναγνώριση ενός κωδικονίου λήξης στο ριβόσωμα σταματά τη σύνθεση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

    Στο τέλος εκπομπέςτο πρωτεύον μόριο πολυπεπτιδίου υφίσταται ορισμένες μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, μετατρέποντας σε ένα λειτουργικά ώριμο προϊόν. Η «ωρίμανση» της πρωτεΐνης συμβαίνει, κατά κανόνα, στα αντίστοιχα οργανίδια του κυττάρου.

    Η μεταφορά των πληροφοριών γίνεται από την πηγή στον παραλήπτη (λήπτη) της πληροφορίας. ΠηγήΗ πληροφορία μπορεί να είναι οτιδήποτε: οποιοδήποτε αντικείμενο ή φαινόμενο ζωντανής ή άψυχης φύσης. Η διαδικασία μετάδοσης πληροφοριών λαμβάνει χώρα σε ένα συγκεκριμένο υλικό περιβάλλον που διαχωρίζει την πηγή και τον αποδέκτη της πληροφορίας, το οποίο ονομάζεται Κανάλι μεταφορά πληροφοριών. Οι πληροφορίες μεταδίδονται μέσω του καναλιού με τη μορφή μιας ορισμένης ακολουθίας σημάτων, συμβόλων, σημάτων, τα οποία ονομάζονται μήνυμα. ΠαραλήπτηςΗ πληροφορία είναι ένα αντικείμενο που λαμβάνει ένα μήνυμα, με αποτέλεσμα ορισμένες αλλαγές στην κατάστασή του. Όλα τα παραπάνω απεικονίζονται σχηματικά στο σχήμα.

    Μεταφορά πληροφοριών

    Ο άνθρωπος λαμβάνει πληροφορίες από οτιδήποτε τον περιβάλλει μέσω των αισθήσεων: ακοή, όραση, όσφρηση, αφή, γεύση. Ένα άτομο λαμβάνει τη μεγαλύτερη ποσότητα πληροφοριών μέσω της ακοής και της όρασης. Τα ηχητικά μηνύματα γίνονται αντιληπτά από ακουστικά σήματα σε συνεχές μέσο (συχνότερα στον αέρα). Η όραση αντιλαμβάνεται φωτεινά σήματα που μεταφέρουν εικόνες αντικειμένων.

    Δεν είναι κάθε μήνυμα ενημερωτικό για ένα άτομο. Για παράδειγμα, ένα μήνυμα σε άγνωστη γλώσσα, αν και μεταδίδεται σε ένα άτομο, δεν περιέχει πληροφορίες για αυτόν και δεν μπορεί να προκαλέσει επαρκείς αλλαγές στην κατάστασή του.

    Ένα κανάλι πληροφοριών μπορεί είτε να είναι φυσικής φύσης (ατμοσφαιρικός αέρας μέσω του οποίου μεταδίδονται τα ηχητικά κύματα, το ηλιακό φως που ανακλάται από τα παρατηρούμενα αντικείμενα) είτε να δημιουργηθεί τεχνητά. Στην τελευταία περίπτωση μιλάμε για τεχνικά μέσα επικοινωνίας.

    Συστήματα μετάδοσης τεχνικών πληροφοριών

    Το πρώτο τεχνικό μέσο μετάδοσης πληροφοριών από απόσταση ήταν ο τηλέγραφος, που εφευρέθηκε το 1837 από τον Αμερικανό Samuel Morse. Το 1876, ο Αμερικανός A. Bell εφευρίσκει το τηλέφωνο. Με βάση την ανακάλυψη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από τον Γερμανό φυσικό Heinrich Hertz (1886), ο A.S. Ποπόφ στη Ρωσία το 1895 και σχεδόν ταυτόχρονα μαζί του το 1896 από τον Γ. Μαρκόνι στην Ιταλία, εφευρέθηκε το ραδιόφωνο. Η τηλεόραση και το Διαδίκτυο εμφανίστηκαν τον εικοστό αιώνα.

    Όλες οι αναφερόμενες τεχνικές μέθοδοι επικοινωνίας πληροφοριών βασίζονται στη μετάδοση ενός φυσικού (ηλεκτρικού ή ηλεκτρομαγνητικού) σήματος σε απόσταση και υπόκεινται σε ορισμένους γενικούς νόμους. Η μελέτη αυτών των νόμων πραγματοποιείται θεωρία της επικοινωνίας, που ξεκίνησε τη δεκαετία του 1920. Μαθηματική συσκευή της θεωρίας επικοινωνίας - μαθηματική θεωρία της επικοινωνίας, που αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό επιστήμονα Claude Shannon.

    Claude Elwood Shannon (1916–2001), ΗΠΑ

    Ο Claude Shannon πρότεινε ένα μοντέλο της διαδικασίας μετάδοσης πληροφοριών μέσω τεχνικών καναλιών επικοινωνίας, που αντιπροσωπεύεται από ένα διάγραμμα.

    Σύστημα μετάδοσης τεχνικών πληροφοριών

    Η κωδικοποίηση εδώ αναφέρεται σε οποιαδήποτε μετατροπή πληροφοριών που προέρχονται από μια πηγή σε μια μορφή κατάλληλη για τη μετάδοσή της μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας. Αποκρυπτογράφηση - μετατροπή αντίστροφης ακολουθίας σήματος.

    Η λειτουργία ενός τέτοιου σχήματος μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας τη γνωστή διαδικασία της συνομιλίας στο τηλέφωνο. Η πηγή πληροφοριών είναι το άτομο που μιλάει. Η συσκευή κωδικοποίησης είναι ένα μικρόφωνο ακουστικού τηλεφώνου, με τη βοήθεια του οποίου τα ηχητικά κύματα (ομιλία) μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα. Το κανάλι επικοινωνίας είναι το τηλεφωνικό δίκτυο (καλώδια, διακόπτες τηλεφωνικών κόμβων από τους οποίους διέρχεται το σήμα). Η συσκευή αποκωδικοποίησης είναι το ακουστικό (ακουστικό) του ατόμου που ακούει - ο δέκτης των πληροφοριών. Εδώ το εισερχόμενο ηλεκτρικό σήμα μετατρέπεται σε ήχο.

    Με την ίδια αρχή λειτουργούν τα σύγχρονα συστήματα μετάδοσης πληροφοριών ηλεκτρονικών υπολογιστών - δίκτυα υπολογιστών. Υπάρχει μια διαδικασία κωδικοποίησης που μετατρέπει τον δυαδικό κώδικα υπολογιστή σε ένα φυσικό σήμα του τύπου που μεταδίδεται μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας. Η αποκωδικοποίηση περιλαμβάνει τη μετατροπή του μεταδιδόμενου σήματος σε κώδικα υπολογιστή. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιούνται τηλεφωνικές γραμμές σε δίκτυα υπολογιστών, οι λειτουργίες κωδικοποίησης-αποκωδικοποίησης εκτελούνται από μια συσκευή που ονομάζεται μόντεμ.

    Χωρητικότητα καναλιού και ταχύτητα μετάδοσης πληροφοριών

    Οι προγραμματιστές συστημάτων μετάδοσης τεχνικών πληροφοριών πρέπει να λύσουν δύο αλληλένδετα προβλήματα: πώς να εξασφαλίσουν την υψηλότερη ταχύτητα μεταφοράς πληροφοριών και πώς να μειώσουν την απώλεια πληροφοριών κατά τη μετάδοση. Ο Claude Shannon ήταν ο πρώτος επιστήμονας που ανέλαβε αυτά τα προβλήματα και δημιούργησε μια νέα επιστήμη για εκείνη την εποχή - θεωρία πληροφοριών.

    Ο K. Shannon καθόρισε μια μέθοδο για τη μέτρηση της ποσότητας των πληροφοριών που μεταδίδονται μέσω των καναλιών επικοινωνίας. Εισήγαγαν την έννοια χωρητικότητα καναλιού,ως τη μέγιστη δυνατή ταχύτητα μεταφοράς πληροφοριών.Αυτή η ταχύτητα μετριέται σε bit ανά δευτερόλεπτο (επίσης kilobits ανά δευτερόλεπτο, megabits ανά δευτερόλεπτο).

    Η χωρητικότητα ενός καναλιού επικοινωνίας εξαρτάται από την τεχνική εφαρμογή του. Για παράδειγμα, τα δίκτυα υπολογιστών χρησιμοποιούν τα ακόλουθα μέσα επικοινωνίας:

    τηλεφωνικές γραμμές,

    Σύνδεση ηλεκτρικού καλωδίου,

    Επικοινωνία με καλώδιο οπτικών ινών,

    Ραδιοεπικοινωνία.

    Η χωρητικότητα των τηλεφωνικών γραμμών είναι δεκάδες, εκατοντάδες Kbps. Η χωρητικότητα των γραμμών οπτικών ινών και των γραμμών ραδιοεπικοινωνίας μετριέται σε δεκάδες και εκατοντάδες Mbit/s.

    Θόρυβος, προστασία από θόρυβο

    Ο όρος «θόρυβος» αναφέρεται σε διάφορους τύπους παρεμβολών που παραμορφώνουν το μεταδιδόμενο σήμα και οδηγούν σε απώλεια πληροφοριών. Τέτοιες παρεμβολές προκύπτουν κυρίως για τεχνικούς λόγους: κακή ποιότητα των γραμμών επικοινωνίας, ανασφάλεια διαφόρων ροών πληροφοριών που μεταδίδονται μέσω των ίδιων καναλιών μεταξύ τους. Μερικές φορές, όταν μιλάμε στο τηλέφωνο, ακούμε θόρυβο, θορύβους τριξίματος που δυσκολεύουν την κατανόηση του συνομιλητή ή η συνομιλία μας επικαλύπτεται από τη συνομιλία εντελώς διαφορετικών ανθρώπων.

    Η παρουσία θορύβου οδηγεί σε απώλεια των μεταδιδόμενων πληροφοριών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, είναι απαραίτητη η προστασία από τον θόρυβο.

    Πρώτα απ 'όλα, χρησιμοποιούνται τεχνικές μέθοδοι για την προστασία των καναλιών επικοινωνίας από το θόρυβο. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας θωρακισμένο καλώδιο αντί για γυμνό σύρμα. η χρήση διαφόρων τύπων φίλτρων που διαχωρίζουν το χρήσιμο σήμα από τον θόρυβο κ.λπ.

    αναπτύχθηκε από τον Claude Shannon θεωρία κωδικοποίησης, δίνοντας μεθόδους για την καταπολέμηση του θορύβου. Μία από τις σημαντικές ιδέες αυτής της θεωρίας είναι ότι ο κώδικας που μεταδίδεται μέσω της γραμμής επικοινωνίας πρέπει να είναι περιττός. Λόγω αυτού, η απώλεια κάποιου μέρους των πληροφοριών κατά τη μετάδοση μπορεί να αντισταθμιστεί. Για παράδειγμα, αν είστε βαρήκοοι όταν μιλάτε στο τηλέφωνο, τότε επαναλαμβάνοντας κάθε λέξη δύο φορές, έχετε περισσότερες πιθανότητες να σας καταλάβει σωστά ο άλλος.

    Ωστόσο, ο πλεονασμός δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλος. Αυτό θα οδηγήσει σε καθυστερήσεις και υψηλότερο κόστος επικοινωνίας. Η θεωρία κωδικοποίησης σάς επιτρέπει να αποκτήσετε έναν κώδικα που είναι ο βέλτιστος. Σε αυτήν την περίπτωση, ο πλεονασμός των μεταδιδόμενων πληροφοριών θα είναι ο ελάχιστος δυνατός και η αξιοπιστία των πληροφοριών που λαμβάνονται θα είναι μέγιστη.

    Στα σύγχρονα ψηφιακά συστήματα επικοινωνίας, η ακόλουθη τεχνική χρησιμοποιείται συχνά για την καταπολέμηση της απώλειας πληροφοριών κατά τη μετάδοση. Ολόκληρο το μήνυμα χωρίζεται σε τμήματα - πακέτα. Για κάθε πακέτο υπολογίζεται άθροισμα ελέγχου(άθροισμα δυαδικών ψηφίων), το οποίο μεταδίδεται μαζί με αυτό το πακέτο. Στη θέση λήψης, το άθροισμα ελέγχου του ληφθέντος πακέτου υπολογίζεται εκ νέου και, εάν δεν συμπίπτει με το αρχικό άθροισμα, η μετάδοση αυτού του πακέτου επαναλαμβάνεται. Αυτό θα συμβεί έως ότου τα αθροίσματα ελέγχου πηγής και προορισμού ταιριάζουν.

    Κατά την εξέταση της μεταφοράς πληροφοριών σε προπαιδευτικά και βασικά μαθήματα πληροφορικής, πρώτα απ 'όλα, αυτό το θέμα θα πρέπει να συζητηθεί από τη θέση ενός ατόμου ως αποδέκτη πληροφοριών. Η ικανότητα απόκτησης πληροφοριών από τον περιβάλλοντα κόσμο είναι η πιο σημαντική προϋπόθεση για την ύπαρξη του ανθρώπου. Τα ανθρώπινα αισθητήρια όργανα είναι κανάλια πληροφοριών του ανθρώπινου σώματος που επικοινωνούν μεταξύ ενός ατόμου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Με βάση αυτό το κριτήριο, οι πληροφορίες χωρίζονται σε οπτικές, ακουστικές, οσφρητικές, απτικές και γευστικές. Το σκεπτικό για το γεγονός ότι η γεύση, η όσφρηση και η αφή παρέχουν πληροφορίες σε ένα άτομο είναι η εξής: θυμόμαστε τις μυρωδιές οικείων αντικειμένων, τη γεύση οικείων φαγητών και αναγνωρίζουμε οικεία αντικείμενα με την αφή. Και τα περιεχόμενα της μνήμης μας είναι αποθηκευμένες πληροφορίες.

    Πρέπει να πούμε στους μαθητές ότι στον κόσμο των ζώων ο πληροφοριακός ρόλος των αισθήσεων διαφέρει από αυτόν των ανθρώπων. Η όσφρηση εκτελεί μια σημαντική λειτουργία πληροφοριών για τα ζώα. Η αυξημένη όσφρηση των σκύλων υπηρεσίας χρησιμοποιείται από τις υπηρεσίες επιβολής του νόμου για αναζήτηση εγκληματιών, ανίχνευση ναρκωτικών κ.λπ. Η οπτική και ακουστική αντίληψη των ζώων διαφέρει από αυτή των ανθρώπων. Για παράδειγμα, είναι γνωστό ότι οι νυχτερίδες ακούν υπερήχους και οι γάτες βλέπουν στο σκοτάδι (από ανθρώπινη άποψη).

    Στο πλαίσιο αυτού του θέματος, οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να δώσουν συγκεκριμένα παραδείγματα της διαδικασίας μετάδοσης πληροφοριών, να προσδιορίσουν για αυτά τα παραδείγματα την πηγή, τον δέκτη των πληροφοριών και τα κανάλια που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση πληροφοριών.

    Κατά τη μελέτη της πληροφορικής στο γυμνάσιο, οι μαθητές θα πρέπει να εξοικειωθούν με τις βασικές αρχές της τεχνικής θεωρίας επικοινωνίας: τις έννοιες της κωδικοποίησης, της αποκωδικοποίησης, της ταχύτητας μετάδοσης πληροφοριών, της χωρητικότητας του καναλιού, του θορύβου, της προστασίας από θόρυβο. Αυτά τα θέματα μπορούν να εξεταστούν στο πλαίσιο του θέματος «Τεχνικά μέσα δικτύων υπολογιστών».