Details

Современный мир переживает эпоху стремительной цифровой трансформации, в которой информация занимает ключевую роль, становясь неотъемлемым элементом всех сфер жизни – от науки и техники до повседневных коммуникаций. Парадигма информации как ресурса, подобного энергии или материи, выдвигает на первый план необходимость глубокого понимания её природы и способов взаимодействия с физическими процессами. В условиях цифровизации исследование физики информации приобретает всё более прикладное значение, выходя за рамки теоретических построений и находя отражение в разработке технологий обработки, хранения и передачи данных. Данная монография посвящена изучению фундаментальных основ физики информации с учётом реалий цифровой эры. Особое внимание уделено концепциям, описывающим информацию как физическую величину, её преобразования и характеристики в системах связи, а также квантовым аспектам информационных процессов. В книге рассматриваются ключевые понятия, такие как энтропия, устойчивость информации к внешним воздействиям, пропускная способность каналов связи и модели сигналов в контексте современных научных представлений. Теоретические исследования дополняются анализом прикладных аспектов цифровых технологий, включая процессы дискретизации, кодирования и защиты информации. Рассматриваются особенности аналоговых и цифровых сигналов, их сравнительные характеристики и ограничения, возникающие в условиях физических помех и шумов. Монография адресована научным сотрудникам, преподавателям и студентам, а также разработчикам, работающим в области физики, информационных технологий и теории систем связи. Она способствует формированию целостного представления о роли информации в цифровой среде и открывает новые перспективы для исследований на стыке фундаментальной науки и инженерных приложений. Работы выполнены в рамках реализации проекта «Разработка методологии формирования инструментальной базы анализа и моделирования пространственного социально-экономического развития систем в условиях цифровизации с опорой на внутренние резервы» (FSEG‑2023–0008).

• Содержание
• ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИИ
• ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ И ЕЁ СВОЙСТВА
• 1.1. История и философия понятия "информация"
• 1.2. Основные свойства информации (энтропия, избыточность, устойчивость)
• 1.3. Типы и виды информации (данные, сигналы, сообщения)
• 1.4. Информация как физическая величина
• ГЛАВА 2. СИГНАЛЫ КАК НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ
• 2.1. Определение сигнала в теории информации
• 2.2. Виды сигналов: аналоговые и цифровые
• 2.3. Примеры реальных сигналов: звуковые, световые, электрические
• 2.4. Модели сигнальных процессов: шум, помехи, фильтрация
• 2.5. Определение цифрового сигнала: дискретизация и квантование
• 2.6. Основные параметры цифрового сигнала: битовая глубина, частота дискретизации
• 2.7. Понятие полосы пропускания и пропускной способности канала передачи
• 2.8. Понятие кодирования и декодирования сигнала
• 2.9. Сравнение аналогового и цифрового сигналов
• 2.10. Физические процессы при дискретизации сигнала
• 2.11. Принципы работы аналого-цифрового преобразователя
• 2.12. Виды аналого-цифровых преобразователей (АЦП): параллельные, последовательные, сигма-дельта
• 2.13. Обратное преобразование: цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)
• ЧАСТЬ II. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
• ГЛАВА 3. ДАТЧИКИ И СЕНСОРЫ: СБОР ИНФОРМАЦИИ О ФИЗИЧЕСКОМ МИРЕ
• 3.1. Принципы работы датчиков
• 3.2. Характеристики датчиков: чувствительность, разрешающая способность
• 3.3 Примеры современных датчиков
• 3.4. Интерфейсы передачи данных от датчиков к микроконтроллерам
• ГЛАВА 4. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И ПРОЦЕССОРЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
• 4.1. Структура микроконтроллера
• 4.2. Основные параметры микроконтроллеров
• 4.3. Обзор популярных микроконтроллеров
• 4.4. Особенности систем реального времени
• ЧАСТЬ III. ПРОГРАММНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
• ГЛАВА 5. АЛГОРИТМЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ (ЦОС)
• 5.1. Основы обработки сигналов: сглаживание, фильтрация, преобразование Фурье
• 5.2. Цифровая фильтрация: низкочастотные, высокочастотные и полосовые фильтры
• 5.3. Быстрое преобразование Фурье (БПФ): теория и примеры реализации
• 5.4. Реализация алгоритмов ЦОС в микроконтроллерах и компьютерах
• 5.5. Примеры программного кода для обработки данных
• ГЛАВА 6. СБОР И ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ
• 6.1. Принципы организации баз данных для хранения сигналов
• 6.2. Форматы хранения информации: бинарные и текстовые файлы
• 6.3. Структура реляционных и нереляционных баз данных
• 6.4. Практические примеры баз данных для систем сбора данных
• ЧАСТЬ IV. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
• ГЛАВА 7. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
• 7.1. Машинное обучение на основе сигналов
• 7.2. Роль сигналов в компьютерном зрении и системах распознавания речи
• 7.3. Алгоритмы предсказания сигналов и аномалий
• Заключение
• Список источников: