Меню

Физические величины измерения информации



Тема 2. Физические величины, средства и методы их измерения

Физические величины. Единицы величин

Физическая величина — это свойство, общее в качественном отно­шении для многих физических объектов, но в количественном отноше­нии индивидуальное для каждого из них.

Значение физической величины — это количественная оценка размера физической величи­ны, представленная в виде некоторого числа принятых для нее еди­ниц (например, значение сопротивления проводника 5 Ом).

Различают истинное значение физической величины, идеально от­ражающее свойство объекта, и действительное, найденное эксперимен­тально, достаточно близкое к истинному значению, которое можно ис­пользовать вместо него, и измеренное значение, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Совокупность величин, связанных между собой зависимостями, об­разуют систему физических величин, в которой имеются основные и производные величины.

Основная физическая величина — это вели­чина, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная физическая величина — это величина, входящая в систему и определяемая через основные ве­личины этой системы.

Важной характеристикой физической величины является ее размер­ность (dim). Размерность — это выражение в форме степенного одно­члена, составленного из произведений символов основных физических величин и отражающее связь данной физической величины с физиче­скими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

Единица физической вели­чины — это конкретная физическая величина, определенная и принятая по соглашению, с которой сравниваются другие величины того же рода.

В установленном порядке допускаются к применению единицы величин Международной системы единиц (СИ), принятой Генеральной конференцией по мерам и весам, рекомендованные Международной ор­ганизацией законодательной метрологии.

Различают основные, производные, кратные, дольные, когерент­ные, системные и внесистемные единицы.

Основная единица системы единиц — единица основной физической величины, выбранная при построении системы единиц.

Метр — длина пути, проходимая светом в вакууме за интервал вре­мени 1/299792458 доли секунды.

Килограмм — единица массы, равная массе международного про­тотипа килограмма.

Секунда — время, равное 9192631770 периодам излучения, соот­ветствующим переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположен­ным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 ∙ 10 -7 Н.

Кельвин — единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 мас­сой 0,012 кг.

Кандела — сила света в заданном направлении источника, испус­кающего монохроматическое излучение частотой 540 ∙ 10 12 Гц, энергети­ческая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Предусмотрены также две дополнительные единицы.

Радиан — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан — телесный угол с вершиной в центре сферы, выреза­ющий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производная единица системы единиц — единица производной фи­зической величины системы единиц, образованная в соответствии с урав­нением, связывающим ее с основными единицами или же с основными и уже определенными производными. Например, единица мощности, выраженная через единицы СИ, 1Вт = м 2 ∙ кг ∙ с -3 .

Наряду с единицами СИ Закон «Об обеспечении единства из­мерений» допускает применение внесистемных единиц, т.е. единиц, не входящих ни в одну из существующих систем. Принято выделять не­сколько видов внесистемных единиц:

— единицы, допускаемые наравне с единицами СИ (минута, час, сутки, литр и др.);

— единицы, применяемые в специальных областях науки и техники
(световой год, парсек, диоптрия, электрон-вольт и др.);

— единицы, изъятые из употребления (миллиметр ртутного столба,
лошадиная сила и др.)

К числу внесистемных относят также кратные и дольные едини­цы измерения, имеющие иногда собственные наименования, например единица массы — тонна (т). В общем случае десятичные, кратные и дольные единицы образуются с помощью множителей и приставок.

Средства измерений

Под средством измерений (СИ) понимается устройство, предназна­ченное для измерений и имеющее нормированные метрологические ха­рактеристики.

По функциональному назначению СИ подразделяются на: меры, из­мерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведе­ния и хранения физической величины одного или нескольких раз­меров с необходимой точностью. Мера может быть представлена в виде тела или устройства.

Измерительный прибор (ИП) — средство измерения, предназначенное для извлечения измерительной информации и преобразования
ее в форму, доступную для непосредственного восприятия оператором. Измерительные приборы, как правило, имеют в своем составе
меру. По принципу действия различают ИП аналоговые и цифровые. По способу представления измерительной информации измеритель­ные приборы относятся либо к показывающим, либо к регистрирующим.

В зависимости от способа преобразования сигнала измерительной информации различают приборы прямого преобразования (прямого дей­ствия) и приборы уравновешивающего преобразования (сравнения). В приборах прямого преобразования сигнал измерительной информации преобразуется необходимое количество раз в одном направлении без применения обратной связи. В приборах уравновешивающего преобразо­вания, наряду с цепью прямого преобразования, имеется цепь обратного преобразования и измеряемая величина сравнивается с извест­ной величиной, однородной с измеряемой.

Читайте также:  Какие приборы служат для измерения силы тока

В зависимости от степени усреднения измеряемой величины выде­ляют приборы, дающие показания мгновенных значений измеряемой ве­личины, и приборы интегрирующие, показания которых определяются интегралом по времени от измеряемой величины.

Измерительный преобразователь — средство измерений, предназна­ченное для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, даль­нейших преобразований, индикации или передачи.

В зависимости от места в измерительной цепи различают преобразо­ватели первичные и промежуточные. Первичные преобразователи — это те, к которым подводится измеряемая величина. Если первичные пре­образователи размещаются непосредственно на объекте исследования, удаленном от места обработки, то они называются иногда датчиками.

В зависимости от вида входного сигнала преобразователи подразде­ляют на аналоговые, аналого-цифровые и цифроаналоговые. Широко распространены масштабные измерительные преобразова­тели, предназначенные для изменения размера величины в заданное число раз.

Измерительная установка — это совокупность функционально объ­единенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измери­тельных преобразователей) и вспомогательных устройств (сопряжения, питания и др.), предназначенных для одной или несколь­ких физических величин и расположенных в одном месте.

Измерительная система — совокупность функционально объеди­ненных мер, измерительных преобразователей, ЭВМ и других техни­ческих средств, размещенных в разных точках контролируемого объ­екта, с целью измерения одной или нескольких физических величин.

Виды и методы измерений

В метрологии измерение определяется как совокупность операций, выполняемых с помощью технического+- средства, хранящего единицу фи­зической величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение этой величины.

Классификация видов измерений по основным классификационным признакам представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Виды измерений

Признак Вид измерений
По виду измеряемой величины По способу нахождения измеряемой величины По способу выражения результата По характеру зависимости измеряемой величины от времени По точности измерения Измерения электрического сопротивления, напряжения, мощности и т.д. Прямые, косвенные, совместные, совокупные Абсолютные, относительные Статические, динамические Максимально возможной точности, технические

Прямое измерение — измерение, при котором исходное значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате вы­полнения измерения. Например, измерение амперметром силы тока.

Косвенное измерение — измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой ве­личиной и величинами, которые подвергаются прямым измерениям. На­пример, измерение сопротивления резистора с помощью амперметра и вольтметра с использованием зависимости, связывающей сопротивле­ние с напряжением и током.

Совместные измерения — это измерения двух или более неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Классическим примером совместных измерений является нахождение зависимости сопротивления резистора от температуры;

Совокупные измерения — это измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения ве­личин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях и различных сочетаниях этих величин.

Например, нахождение со­противлений двух резисторов по результатам измерений сопротивлений последовательного и параллельного соединений этих резисторов.

Абсолютные измерения — измерения, основанные на прямых изме­рениях одной или нескольких величин и использовании значений физи­ческих констант, например, измерения силы тока в амперах.

Относительные измерения — измерения отношения значения физи­ческой величины к одноименной величине или изменения значения ве­личины по отношению к одноименной величине, принятой за исходную.

К статическим измерениям относят измерение, при котором СИ работает в статическом режиме, т.е. когда его выходной сигнал (на­пример, отклонение указателя) остается неизменным в течение време­ни измерения.

К динамическим измерениям относят измерения, выполненные СИ в динамическом режиме, т.е. когда его показания зависят от динами­ческих свойств. Динамические свойства СИ проявляются в том, что уровень переменного воздействия на него в какой-либо момент времени обуславливает выходной сигнал СИ в последующий момент времени.

Измерения максимально возможной точности, достигаемой при су­ществующем уровне развития науки и техники. Такие измерения прово­дят при создании эталонов и измерениях физических констант. Харак­терными для таких измерений являются оценка погрешностей и анализ источников их возникновения.

Технические измерения — это измерения, проводимые в заданных условиях по определенной методике и проводимые во всех отраслях народного хозяйства, за исключением научных исследова­ний.

Совокупность приемов использования принципа и средств измерений называется ме­тодом измерения (рис.2.1).

Все без исключения методы измерений основаны на сравнении из­меряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой (однозначной или многозначной).

Метод непосредственной оценки характеризуется тем, что значе­ния измеряемой величины отсчитывают непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Шкала прибора заранее градуируется с помощью многозначной меры в единицах измеря­емой величины.

Методы сравнения с мерой предполагают сравнение измеряемой ве­личины и величины, воспроизводимой мерой. Наиболее распространены следующие мето­ды сравнения: дифференциальный, нулевой, замещения, совпадения.

Читайте также:  Ртутный барометр это прибор для измерения чего

Рисунок 2.1 – Классификация методов измерений

При нулевом методе измерения разность измеряемой величины и из­вестной величины сводится в процессе измерения к нулю, что фиксиру­ется высокочувствительным нуль-индикатором.

При дифференциальном методе по шкале измерительного прибора отсчитывают разность измеряемой величины и величины, воспроизводи­мой мерой. Неизвестную величину определяют по известной величине и измеренной разности.

Метод замещения предусматривает поочередное подключение на вход индикатора измеряемой и известной величин, т.е. измерения про­водят в два приема. Наименьшая погрешность измерения получается в том случае, когда в результате подбора известной величины индика­тор дает такой же отсчет, что и при неизвестной величине.

Метод совпадения основан на измерении разности между измеря­емой величиной и величиной, воспроизводимой мерой. При измере­нии используют совпадения отметок шкал или периодических сигна­лов. Метод применяется, например, при измерении частоты и времени по эталонным сигналам.

Измерения вы­полняют с однократным либо с многократными наблюдениями. Под наблюдением здесь понимается экспериментальная операция, выполня­емая в процессе измерения, в результате которой получают одно зна­чение величины, имеющее всегда случайный характер. При измерениях с многократными наблюдениями для получения результата измерения требуется статистическая обработка результатов наблюдений.

Источник

Единицы измерения информации

Единицы измерения информации служат для измерения объёма информации — величины, исчисляемой логарифмически. [1] Это означает, что когда несколько объектов рассматриваются как один, количество возможных состояний перемножается, а количество информации — складывается. Не важно, идёт речь о случайных величинах в математике, регистрах цифровой памяти в технике или в квантовых системах в физике.

Чаще всего измерение информации касается объёма компьютерной памяти и объёма данных, передаваемых по цифровым каналам связи.

Содержание

Первичные единицы

Объёмы информации можно представлять как логарифм [2] количества состояний.

Наименьшее целое число, логарифм которого положителен — 2. Соответствующая ему единица — бит — является основой исчисления информации в цифровой технике.

Единица, соответствующая числу 3 (трит) равна бита, числу 10 (хартли) — бита.

Такая единица как нат (nat, е-бит), соответствующая натуральному логарифму применяется в вычислительной технике в инженерных и научных расчётах. Основание натуральных логарифмов не является целым числом.

Единицы, производные от бита

Целые количества бит отвечают количеству состояний, равному степеням двойки.

Особое название имеет 4 бита — ниббл (полубайт, тетрада, четыре двоичных разряда), которые вмещают в себя количество информации, содержащейся в одной шестнадцатеричной цифре.

Измерения в байтах
Десятичная приставка Двоичная приставка
Название Символ Степень Название Символ Степень
МЭК ГОСТ
байт B 10 0 байт B байт 2 0
килобайт kB 10 3 кибибайт KiB Кбайт 2 10
мегабайт MB 10 6 мебибайт MiB Мбайт 2 20
гигабайт GB 10 9 гибибайт GiB Гбайт 2 30
терабайт TB 10 12 тебибайт TiB Тбайт 2 40
петабайт PB 10 15 пебибайт PiB Пбайт 2 50
эксабайт EB 10 18 эксбибайт EiB Эбайт 2 60
зеттабайт ZB 10 21 зебибайт ZiB Збайт 2 70
йоттабайт YB 10 24 йобибайт YiB Йбайт 2 80

Следующей по порядку популярной единицей информации является 8 бит, или байт (о терминологических тонкостях написано ниже). Именно к байту (а не к биту) непосредственно приводятся все большие объёмы информации, исчисляемые в компьютерных технологиях.

Такие величины как машинное слово и т. п., составляющие несколько байт, в качестве единиц измерения почти никогда не используются.

Килобайт

Для измерения больших количеств байтов служат единицы «килобайт» = 1000 байт и «Кбайт» [3] (кибибайт, kibibyte) = 1024 байт (о путанице десятичных и двоичных единиц и терминов см. ниже). Такой порядок величин имеют, например:

  • Сектор диска обычно равен 512 байтам то есть половине Кбайт, хотя для некоторых устройств может быть равен одному или двум Кбайт.
  • Классический размер «блока» в файловых системах
  • «Страница памяти» в процессорах Intel 80386) имеет размер 4096 байт, то есть 4 Кбайт.

Объём информации, получаемой при считывании дискеты «3,5″ высокой плотности» равен 1440 Кбайт (ровно); другие форматы также исчисляются целым числом Кбайт.

Мегабайт

Единицы «мегабайт» = 1000 килобайт = 1000000 байт и «Мбайт» [3] (мебибайт, mebibyte) = 1024 Кбайт = 1 048 576 байт применяются для измерения объёмов носителей информации.

Объём адресного пространства процессора Intel 8086 был равен 1 Мбайт.

Современные жёсткие диски имеют объёмы, выражаемые в этих единицах минимум шестизначными числами, поэтому для них применяются гигабайты.

Гигабайт

Единицы «гигабайт» = 1000 мегабайт = 1000000000 байт и «Гбайт» [3] (гибибайт, gibibyte) = 1024 Мбайт = 2 30 байт измеряют объём больших носителей информации, например жёстких дисков. Разница между двоичной и десятичной единицами уже превышает 7 %.

Размер 32-битного адресного пространства равен 4 Гбайт ≈ 4,295 гигабайт. Такой же порядок имеют размер DVD-ROM и современных носителей на флеш-памяти. Размеры жёстких дисков уже достигают сотен и тысяч гигабайт.

Для исчисления ещё больших объёмов информации имеются единицы терабайт—тебибайт ( 10 12 и 2 40 соответственно), петабайт—пебибайт ( 10 15 и 2 50 соответственно) и т. д.

Читайте также:  Как измерит сопротивление провода

Что такое «байт»?

В принципе, байт определяется для конкретного компьютера как минимальный шаг адресации памяти, который на старых машинах не обязательно был равен 8 битам (а память не обязательно состоит из битов — см., например: троичный компьютер). В современной традиции, байт часто считают равным восьми битам.

В таких обозначениях как Кбайт (русское) или KB (английское) под байт (B) подразумевается именно 8 бит, хотя сам термин «байт» не вполне корректен с точки зрения теории.

Во французском языке используются обозначения o, Ko, Mo и т. д. (от слова octet) дабы подчеркнуть, что речь идёт именно о 8 битах.

Чему равно «кило»?

Долгое время разнице между множителями 1000 и 1024 старались не придавать большого значения. Во избежание недоразумений следует чётко понимать различие между:

  • двоичными кратными единицами, обозначаемыми согласно ГОСТ 8.417-2002 как «Кбайт», «Мбайт», «Гбайт» и т. д. (два в степенях кратных десяти);
  • единицами килобайт, мегабайт, гигабайт и т. д., понимаемыми как научные термины (десять в степенях кратных трём).

Последние по определению равны соответственно байт.

В качестве терминов для «Кбайт», «Мбайт», «Гбайт» и т. д. МЭК предлагает «кибибайт», «мебибайт», «гибибайт» и т. д., однако эти термины критикуются за непроизносимость и не встречаются в устной речи.

В различных областях информатики предпочтения в употреблении десятичных и двоичных единиц тоже различны. Причём, хотя со времени стандартизации терминологии и обозначений прошло уже несколько лет, далеко не везде стремятся прояснить точное значение используемых единиц. В английском языке для «киби»=1024 иногда используют прописную букву K, дабы подчеркнуть отличие от обозначаемой строчной буквой приставки СИ кило. Однако, такое обозначение не опираются на авторитетный стандарт, в отличие от российского ГОСТа касательно «Кбайт».

Примечания

  1. С точки зрения физики, величина информации (как и близкая к ней по смыслу энтропия) безразмерна. На практике, как и при измерении безразмерных же углов, пользуются различными практически удобными единицами.
  2. «логарифм» на answers.com (англ.) Не важно, какой именно логарифм выбрать, поскольку численные величины логарифмов по разным основаниям пропорциональны. Таким образом, вопрос выбора единицы измерения информации фактически равнозначен выбору основания для логарифма количества состояний. Следует также заметить, что информация случайной величины точно равна логарифму количества состояний лишь при равномерном распределении. Во всех прочих случаях количество информации будет меньше.
  3. 123ГОСТ 8.417-2002 «Единицы величин»

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Единицы измерения информации» в других словарях:

Единицы количества информации — Единицы измерения информации служат для измерения объёма информации величины, исчисляемой логарифмически.[1] Это означает, что когда несколько объектов рассматриваются как один, количество возможных состояний перемножается, а количество… … Википедия

Единицы измерения ёмкости носителей и объёма информации — Единицы измерения информации служат для измерения различных характеристик связанных с информацией. Чаще всего измерение информации касается измерения ёмкости компьютерной памяти (запоминающих устройств) и измерения объёма данных, передаваемых по… … Википедия

Единицы измерения количества информации — Единицы измерения информации служат для измерения объёма информации величины, исчисляемой логарифмически.[1] Это означает, что когда несколько объектов рассматриваются как один, количество возможных состояний перемножается, а количество… … Википедия

Единицы измерения — В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин[1]) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Использование термина единица измерения противоречит рекомендациям метрологических… … Википедия

Единицы измерения объёма выполненного перевода — Объём письменного перевода может оцениваться либо по времени, затраченному на перевод, либо по объёму текста. В первом случае единицей измерения служит час (астрономический). Применяется относительно редко, в основном, когда переводятся изменения … Википедия

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМОВ ИНФОРМАЦИИ — В основе измерения больших объемов информации лежит байт. Более крупные единицы измерения: килобайт (1 Кбайт = 1024 байта), мегабайт (1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1048576 байт), гигабайт (1 Гбайт = 1024 Мбайт = 1073741824 байт). Например, на листе… … Словарь бизнес-терминов

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ АНАЛИЗА В КОНТЕНТ-АНАЛИЗЕ — элементы логич. модели предмета контент анлиза (см.). Содержание текста может быть измерено при помощи двух типов измерения (мер): единиц протяженности и единицы частоты. Единицы протяженности характеризуют содержание в целом, без учета его… … Российская социологическая энциклопедия

Нат (единица измерения информации) — Нат больше бита, но немного меньше трита. Жёлтая кривая график логарифма. Нат одна из единиц измерения информации. Определяется через натуральный логарифм, в отличие от других единиц, где основание логарифма является целым числом. Применяется в … Википедия

Нат (Единица измерения информации) — Нат больше бита, но немного меньше трита. Жёлтая кривая график логарифма. Нат одна из единиц измерения информации. Определяется через натуральный логарифм, в отличие от других единиц, где основание логарифма является целым числом. Применяется в … Википедия

Источник