Эффективный взаимный обмен информацией между управляющим органом и управляемым объектом — характерная черта всех систем, в которых происходят процессы управления.
Известный советский ученый, академик А. Н. Колмогоров, уточняя сущность и принципиальные особенности кибернетики, определил ее как науку, которая «…занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить, перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования». Эта же особенность данной отрасли знаний подчеркивается в определении, принадлежащем другому крупному советскому ученому, академику В. М. Глушкову: «Кибернетика — наука об общих законах преобразования информации в сложных управляющих системах».
Информация, стало быть, является основным понятием кибернетики. Информация (от латинского informatio — разъяснение, изложение, осведомление) — это все, что является отражением каких- либо фактов или событий: определенные сведения, совокупность некоторых данных, знаний и пр.
Понятие это очень широкое. Информацию переносят телеграф и телефон, радио, телевидение и интернет. Она записана на жестких дисках и флеш-носителях, грамофонных пластинках и магнитофонных лентах, на фотоснимках и литографских оттисках. Она передается от человека к человеку с помощью устной речи, ее пересылают по почте в виде писем, издают в виде книг и газет, хранят в библиотеках. Информация содержится в математических формулах и таблицах, в показаниях измерительных приборов.
Зрение, слух, осязание приносят нам информацию о внешних событиях. Наши внутренние органы, обмениваясь информацией, координируют совместную работу. Посредством обоняния и вкусовых ощущений мы получаем информацию о качестве пищи.
Но не только для человека и человечества столь решающее значение имеет информация. Она является обязательным условием существования животных и их сообществ. Тревожные или призывные крики птиц, угрожающее рычание зверя, танцы пчел, извещающие о местонахождении медоносных растений,— все это типичные примеры передачи информации.
С незапамятных времен человек совершенствовал способы хранения и передачи информации. В древности о важнейших событиях оставляли записи летописцы. Для передачи сообщений использовались дым костров и бой барабанов, в дальний путь снаряжались специальные гонцы. В позапрошлом столетии появились телеграф и телефон, значительно ускорившие обмен информацией между людьми на огромных расстояниях. А XX век поставил на службу связи радио и телевидение — люди сумели покорить пространство и время. И мы теперь в считанные минуты узнаем о событиях, происходящих не только в самых отдаленных точках земного шара, но и в беспредельных просторах космоса.
Сигнализация дымом костров и барабанным боем ставила когда-то перед древней «службой информации» те же проблемы, которые приходится решать теперь (разумеется, на несравненно более высоком техническом уровне): выбор способа сигнализации, определение дальности действия и пропускной способности системы связи, разработку мер, исключающих возможность искажения передаваемых сообщений.
Мы уже отмечали, что эффективность управления, а нередко и само существование кибернетической системы (т. е. системы, в которой происходят процессы управления) зависят от того, насколько своевременно получает она достаточно полную и достоверную информацию и насколько интенсивно циркулирует эта информация в системе связи. Разнообразные формы представления и способы хранения и передачи информации как применительно к конкретным кибернетическим системам, так и в отвлеченном (абстрактном) виде изучает теория информации — один из основных разделов кибернетики.
Как отражение явлений реального мира понятие информации раскрывается указанием процессов, в которых она участвует: выработка (производство, создание, появление), передача (во времени и пространстве), хранение (т. е. передача во времени), получение, преобразование, использование информации.
Источником информации может быть любой материальный объект, основной особенностью которого является то, что в нем создается совокупность сведений о его состоянии и происходящих процессах (явлениях, событиях). Совокупность сведений, создаваемых источником и подлежащих передаче (хранению), называется сообщением. Поэтому источник информации нередко называют источником сообщений. Примеры источников сообщений: книга (газета, журнал, справочник и т. п.); оратор на митинге (перед микрофоном, телекамерой); клиенты, передающие телеграммы на телеграфе; измерительные приборы-датчики (воспринимающие элементы) в системе контроля какого-либо технологического процесса.
Информация нематериальна, но она проявляется в форме материальных носителей — знаков и сигналов.
Знаки (символы) — реальные, различимые адресатом (получателем информации) материальные объекты: буквы, слова, цифры, предметы и т. п.
Сигналы — динамические (физические) процессы, протекающие в пространстве и во времени и характеризующиеся изменениями физических величин любой природы: напряжения, давления, яркости и пр. Величины эти могут принимать некоторое множество значений (соответствующих множеству состояний процесса).
Следует отметить, что в теории информации понятия «знак» и «сигнал» нередко взаимозаменяются. Знаки чаще используются при хранении (т. е. передаче во времени) информации, а сигналы — при передаче в пространстве (и во времени) информации.
Сообщения строятся из последовательности (или комбинации) знаков или сигналов. Они и несут информацию адресату.
Передача информации от источника к адресату осуществляется с помощью канала связи. Каналом связи называется среда и совокупность средств, с помощью которых передаются сообщения.
Множество знаков или сигналов, из которых строятся сообщения, называется алфавитом. Применительно к сигналам (динамическим процессам) под алфавитом понимается множество значений, которые может принимать характеризующая процесс физическая величина.
Информация может быть заключена как в самих знаках, так и в их взаимном расположении. В первом случае информация основана на однозначной связи знаков с объектами реального мира и называется семантической или смысловой. Примеры: знак +, буква О, знаки «столовая», «подземный переход». Во втором случае информация определяется характером (порядком и взаимосвязью) следования знаков в сообщении и называется синтаксической. Пример: смысл сообщений из четырех букв «торс», «рост», «трос», «сорт» (а значит, и заключенная в этих словах информация) зависит от возможного расположения знаков (букв).
Информация может быть представлена в двух формах — непрерывной и дискретной. В первом случае сигналы, несущие сообщение, состоят из плавно, непрерывно меняющихся величин.Например при передачи по радио или телефону человеческой речи звуки представляются в виде непрерывно изменяющихся значений напряжения или тока. При записи же этой речи на бумаге или при передаче с помощью азбуки Морзе характер представления информации будет иным. Сигналы в этом случае состоят из отдельных (дискретных) порций: букв алфавита или точек и тире. Это уже дискретная форма представления информации.
При передаче и преобразовании информации приходится нередко переходить от непрерывной формы представления информации к дискретной. Ученые установили, что информация, заданная в непрерывной форме, может быть с любой наперед заданной точностью представлена в дискретной форме. На современном уровне развития кибернетики дискретная форма представления информации-приобретала особо важное значение.
Знаки и сигналы в сообщениях несут информацию только для получателя, способного распознать их. Это значит, что адресат должен быть предварительно подготовлен для приема сообщений, в которых использован тот или иной конкретный алфавит. В противном случае, наблюдая физический процесс (или объект), он не будет воспринимать его как сигнал. Например, в известном телевизионном фильме «Семнадцать мгновений весны» цветы на подоконнике явочной квартиры видят многие прохожие, но только специально проинструктированный («подготовленный» разведчиком) человек воспринимает эти цветы как сигнал опасности. Другой пример: информация, содержащаяся в книге или газете, напечатанной по-английски, недоступна для человека, не умеющего читать на этом языке.
Распознавание знаков (сигналов) состоит в их отождествлении с объектами и отношениями этих объектов в реальном мире. Такое отождествление осуществляется при сопоставлении сигналов (знаков). Правило, по которому производится сопоставление, называется кодом (от латинского codex — свод законов), а процесс сопоставления — кодированием. Процесс, обратный кодированию, называется декодированием. Если при передаче сообщений возникает необходимость перейти от одного алфавита к другому, осуществляют перекодирование (пример: перевод текста с одного языка на другой).
Наиболее простым, очевидно, является алфавит, состоящий всего из двух символов. Примерами «двоичных» алфавитов могут служить точка и тире в телеграфном коде азбуки Морзе, цифры 0 и 1 — в двоичной позиционной системе счисления. В символах такого алфавита можно закодировать и передать любую информацию.