Кодирование информации. В процессе преобразования информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую осуществляется кодирование. Средством кодирования служит таблица соответствия, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.
В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре выполняется его кодирование, т. е. преобразование в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс — декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в графическое изображение.
Кодирование изображений и звука. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.
Примером аналогового представления графической информации может служить, скажем, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.
Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).
Графическая и звуковая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. е. разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, т. е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.
Дискретизация — это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода.
Кодирование информации в живых организмах. Генетическая информация определяет строение и развитие живых организмов и передается по наследству. Хранится генетическая информация в клетках организмов в структуре молекул ДНК (дезоксирибонукле-иновой кислоты). Молекулы ДНК состоят из четырех различных составляющих (нуклеотидов), которые образуют генетический алфавит.
Молекула ДНК человека включает в себя около трех миллиардов пар нуклеотидов, и в ней закодирована вся информация об организме человека: его внешность, здоровье или предрасположенность к болезням, способности и т. д.
6. Основные понятия темы «Информация и управление»: числовое и символьное кодирование информации
Кодирование числовой информации.
Сходство в кодировании числовой и текстовой информации состоит в следующем: чтобы можно было сравнивать данные этого типа, у разных чисел (как и у разных символов) должен быть различный код. Основное отличие числовых данных от символьных заключается в том, что над числами кроме операции сравнения производятся разнообразные математические операции: сложение, умножение, извлечение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполнения этих операций в математике подробно разработаны для чисел, представленных в позиционной системе счисления.
Основной системой счисления для представления чисел в компьютере является двоичная позиционная система счисления.
Кодирование текстовой информации
В настоящее время, большая часть пользователей, при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др. Подсчитаем, сколько всего символов и какое количество бит нам нужно.
10 цифр, 12 знаков препинания, 15 знаков арифметических действий, буквы русского и латинского алфавита, ВСЕГО: 155 символов, что соответствует 8 бит информации.
Единицы измерения информации.
1 байт = 8 бит
1 Кбайт = 1024 байтам
1 Мбайт = 1024 Кбайтам
1 Гбайт = 1024 Мбайтам
1 Тбайт = 1024 Гбайтам
Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.
Необходимо помнить, что в настоящее время для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ — 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной таблицы не будут правильно отображаться в другой
Основным отображением кодирования символов является код ASCII — American Standard Code for Information Interchange- американский стандартный код обмена информацией, который представляет из себя таблицу 16 на 16, где символы закодированы в шестнадцатеричной системе счисления.
одирование символьной (текстовой) информации.
Основная операция, производимая над отдельными символами текста — сравнение символов.
При сравнении символов наиболее важными аспектами являются уникальность кода для каждого символа и длина этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически не имеет значения.
Для кодирования текстов используются различные таблицы перекодировки. Важно, чтобы при кодировании и декодировании одного и того же текста использовалась одна и та же таблица.
Таблица перекодировки — таблица, содержащая упорядоченный некоторым образом перечень кодируемых символов, в соответствии с которой происходит преобразование символа в его двоичный код и обратно.
Наиболее популярные таблицы перекодировки: ДКОИ-8, ASCII, CP1251, Unicode.
Исторически сложилось, что в качестве длины кода для кодирования символов было выбрано 8 бит или 1 байт. Поэтому чаще всего одному символу текста, хранимому в компьютере, соответствует один байт памяти.
Различных комбинаций из 0 и 1 при длине кода 8 бит может быть 28 = 256, поэтому с помощью одной таблицы перекодировки можно закодировать не более 256 символов. При длине кода в 2 байта (16 бит) можно закодировать 65536 символов.
7.Основные понятия темы «Информация и управление»: графическое кодирование информации.
Кодирование графической информации.
Важным этапом кодирования графического изображения является разбиение его на дискретные элементы (дискретизация).
Основными способами представления графики для ее хранения и обработки с помощью компьютера являются растровые и векторные изображения
Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных геометрических фигур (чаще всего отрезков и дуг). Положение этих элементарных отрезков определяется координатами точек и величиной радиуса. Для каждой линии указывается двоичные коды типа линии (сплошная, пунктирная, штрихпунктирная), толщины и цвета.
Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей), полученных в результате дискретизации изображения в соответствии с матричным принципом.
Матричный принцип кодирования графических изображений заключается в том, что изображение разбивается на заданное количество строк и столбцов. Затем каждый элемент полученной сетки кодируется по выбранному правилу.
Pixel (picture element — элемент рисунка) — минимальная единица изображения, цвет и яркость которой можно задать независимо от остального изображения.
В соответствии с матричным принципом строятся изображения, выводимые на принтер, отображаемые на экране дисплея, получаемые с помощью сканера.
Качество изображения будет тем выше, чем «плотнее» расположены пиксели, то есть чем больше разрешающая способность устройства, и чем точнее закодирован цвет каждого из них.
Для черно-белого изображения код цвета каждого пикселя задается одним битом.
Если рисунок цветной, то для каждой точки задается двоичный код ее цвета.
Поскольку и цвета кодируются в двоичном коде, то если, например, вы хотите использовать 16-цветный рисунок, то для кодирования каждого пикселя вам потребуется 4 бита (16=24), а если есть возможность использовать 16 бит (2 байта) для кодирования цвета одного пикселя, то вы можете передать тогда 216 = 65536 различных цветов. Использование трех байтов (24 битов) для кодирования цвета одной точки позволяет отразить 16777216 (или около 17 миллионов) различных оттенков цвета — так называемый режим “истинного цвета” (True Color). Заметим, что это используемые в настоящее время, но далеко не предельные возможности современных компьютеров.
8 Основные понятия темы «Информация и управление»: алфавит, код
Алфавит — упорядоченный набор символов, используемый для кодирования сообщений на некотором языке.
Мощность алфавита — количество символов алфавита. Двоичный алфавит содержит 2 символа, его мощность равна двум. Сообщения, записанные с помощью символов ASCII, используют алфавит из 256 символов. Сообщения, записанные по системе UNICODE, используют алфавит из 65 536 символов.
С позиций computer science носителями информации являются любые последовательности символов, которые хранятся, передаются и обрабатываются с помощью компьютера. Согласно Колмогорову, информативность последовательности символов не зависит от содержания сообщения, алфавитный подход является объективным, т.е. он не зависит от субъекта, воспринимающего сообщение.
9 Основные понятия измерения информации: бит, байт, килобайт, мегабайт
Бит, Байт, Килобайт, Мегабайт, Гигабайт – это и есть единицы измерения информации.
Правда, в компьютерных исчислениях в 1 килобайте не 1000 байт, а 1024. Почему столько? Информация в компьютере представлена в двоичном виде и принято считать, что килобайт — это 2 в десятой степени байта или 1024 байт. Ниже представлены общепринятые единицы.
| Единица | Аббревиатура | Значение |
| Бит | б | |
| Байт | Б | 8 бит |
| килобит | кбит (кб) | 1000 бит |
| Килобайт | КБайт (КБ) | 1024 байта |
| Мегабит | мбит (мб) | 1000 килобит |
| Мегабайт | МБайт (МБ) | 1024 килобайта |
| Гигабит | гбит (гб) | 1000 мегабит |
| Гигабайт | ГБайт (ГБ) | 1024 мегабайт |
| Терабит | тбит (тб) | 1000 гигабит |
| Терабайт | ТБайт (ТБ) | 1024 гигабайт |
10 Количественное и качественное измерение информации.
11 Алфавитный и содержательный подходы к измерению информации
www.ronl.ru
Поговорим о том, как физически представлена информация в компьютере. Что значит «физически»? Вот на листе учебника буквы физически представлены типографской краской, в человеческом мозге информация физически представлена электрическими импульсами, которые передаются из одной нервной клетки мозга в другую. В компьютере принят тот же способ представления, что и в мозге — из одного устройства компьютера в другое и внутри устройств информация передается электрическими импульсами. Посмотрим поподробнее, как электрические импульсы несут информацию в компьютере.
Прежде всего заметим, что информация в компьютере — это или программы или данные, с которыми эти программы работают.
Из чего состоит программа? Программа на языке программирования состоит из команд, записанных при помощи букв, цифр, знаков математических действий, знаков препинания и других символов[§]. Будем понимать под символом любой знак (букву, цифру, знак математического действия, знак препинания и др.), который понимает компьютер. Многие символы вы можете видеть на клавиатуре.
Из чего состоят данные? Если это числовые или текстовые данные, то они тоже состоят из символов[**]. О графических данных (изображениях) и звуке поговорим чуть ниже.
Таким образом, значительная часть информации в компьютере состоит из символов. Посмотрим, как в компьютере представлены символы. Для этого вспомним, как кодируются символы в азбуке Морзе, активно использовавшейся не так давно для передачи сообщений на расстояние. Каждый символ (буква, цифра) представлен в ней цепочкой точек и тире. Например, буква А представлена, как . -, буква Ч — как — — — .. В компьютере каждый символ тоже кодируется, но по-другому – цепочкой из восьми единиц и ноликов. Например, буква А представлена, как 10000000, буква Ч — как 10010111, а цифра 7, как 00110111.
Кстати, вот полезная задачка для будущего программиста: Сколько всего символов можно закодировать цепочкой из восьми единиц и ноликов? Подумайте на досуге.
Пока мы с вами говорили о символах и их кодировании безотносительно к тому, какими физическими процессами они представлены в компьютере. Мы были на так называемом «логическом» уровне. Теперь перейдем на физический уровень. Пусть память передает на принтер букву Ч. В этом случае она посылает по шине в течение, скажем, восьми микросекунд, серию из восьми электрических импульсов и промежутков между импульсами:
Первая микросекунда — импульс
Вторая микросекунда — промежуток
Третья микросекунда — промежуток
Четвертая микросекунда — импульс
Пятая микросекунда — промежуток
Шестая микросекунда — импульс
Седьмая микросекунда — импульс
Восьмая микросекунда — импульс
Как видите, последовательность импульсов и промежутков в серии соответствует последовательности единиц и ноликов в коде буквы Ч. Величина импульса не играет никакой роли, все импульсы в микросхемах компьютера имеют обычно одну и ту же величину, скажем 2 вольта.
Таким же примерно образом обмениваются группами из 8 импульсов все устройства компьютера. В памяти эти группы живут в «замороженном» виде. В каждом байте оперативной памяти или памяти на диске умещается ровно одна такая группа, поэтому говорят, что устройства обмениваются байтами информации.
В оперативной памяти единичка представляется наличием электрического потенциала в определенной точке электронной микросхемы, а нолик — его отсутствием. А поскольку таких точек в памяти многие миллионы, то столько же там и единиц с ноликами. В памяти на магнитных дисках единичка представляется наличием намагниченности в определенной точке диска, а нолик — его отсутствием или намагниченностью в другом направлении. В компакт-дисках единичка — это бороздка или бугорок в определенной точке диска, а нолик — его отсутствие, то есть участочек с зеркальной поверхностью.
Перейдем снова на логический уровень. Когда кодируется изображение, то кодируется информация о каждом пикселе изображения (в виде группы единиц и ноликов). Например,
Код 111 — пиксел горит белым цветом
Код 100 — пиксел горит синим цветом
Код 010 — пиксел горит красным цветом
Код 001 — пиксел горит зеленым цветом
................... .
Код 000 — пиксел не горит (черный)
Если программа предназначена для распечатки изображения с экрана монитора на цветном принтере, то она просто посылает на принтер по очереди коды информации о каждом пикселе изображения.
При кодировании звука используются разные способы, но факт то, что результатом кодировки являются все те же группы единиц и ноликов.
В заключение отмечу две неточности в моем изложении материала этого пункта. Я говорил, что единички в разных устройствах компьютера представляются наличием потенциала или намагниченности или бороздок и т.д., а вот нолики — их отсутствием. На самом деле в отдельных устройствах может быть и наоборот — единички это отсутствие, а нолики — наличие. Это не принципиально.
Второе: коды чисел в компьютере часто не являются совокупностью кодов цифр, эти числа образующих. Так, число 88 часто не представляется цепочкой 00111000 00111000, а для кодирования чисел используется другой, более экономный способ.
Вывод – любая информация в компьютере закодирована в виде цепочек, состоящих из единиц и нулей, и в таком закодированном виде передается внутри устройств и между устройствами компьютера. Обычно длина цепочки равна 8 и тогда такая цепочка называется байтом, а каждый из восьми ноликов или единичек называется битом. Таким образом, 1 байт = 8 битов.
________ _ _________
Мне кажется, тех сведений, которые вы получили в этой части, достаточно для того, чтобы приступить к сознательному программированию на Visual Basic.
www.ronl.ru
Оглавление
Кодирование информации. 3
Кодирование текстовой информации. 5
Кодирование графической информации. 7
Кодирование звуковой информации. 10
Использованная литература:13
Кодирование информации
Составляя информационную модель объекта или явления, мы должны договориться о том, как понимать те или иные обозначения. То есть договориться о виде представления информации.
Информационная модель – целенаправленно отобранная информация об объекте или процессе.
Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Они являются алфавитным представлением информации.
Основу любого языка составляет алфавит — конечный набор различных знаков (символов) любой природы, из которых складывается сообщение на данном языке.
Но вот беда, одна и та же запись может нести разную смысловую нагрузку.
Например, набор цифр 271009 может обозначать:
Чтобы избежать путаницы, следует договориться о правилах представления информации. Такое правило часто называют кодом.
Код — набор условных обозначений для представления информации.
Кодирование — процесс представления информации в виде кода (представление символов одного алфавита символами другого; переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки).
Обратное преобразование называется декодированием.
Для общения друг с другом мы используем код — русский язык.
При разговоре этот код передается звуками, при письме — буквами.
Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар.
Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги в виде сигналов светофора.
Таким образом, кодирование сводиться к использованию совокупности символов по строго определенным правилам.
Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется:
Существуют три основных способа кодирования текста:
Наиболее значимым для развития техники оказался способ представления информации с помощью кода, состоящего всего из двух символов: 0 и 1.
Для удобства использования такого алфавита договорились называть любой из его знаков «бит» (от английского «bi nary digit » -двоичный знак).
Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.п.).
Двоичные числа очень удобно хранить и передавать с помощью электронных устройств.
Например, 1 и 0 могут соответствовать намагниченным и ненамагниченным участкам диска; нулевому и ненулевому напряжению; наличию и отсутствию тока в цепи и т.п.
Поэтому данные в компьютере на физическом уровне хранятся, обрабатываются и передаются именно в двоичном коде.
Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию.
Такой метод представления информации называется двоичным кодированием .
Таким образом, двоичный код является универсальным средством кодирования информации.
Кодирование текстовой информации
Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит.
Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможных сочетаний в байте равно
Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов.
Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и т.д.
Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111.
Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер — по их коду.
Важно, что присвоение символу конкретного кода — это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице.
Кодирование текстовой информации с помощью байтов опирается на несколько различных стандартов, но первоосновой для всех стал стандарт ASCII (American Standart Code for Information Interchange), разработанный в США в Национальном институте ANSI (American National Standarts Institute).
В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная.
Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.
Первые 33 кода (с 0 до 32) соответствуют не символам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и т. д.).
Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания.
Коды с 128 по 255 являются национальными, т.е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.
Например, ASCII коды букв латинского алфавита:
Таблица 1
Тогда слово COMPUTER с помощью ASCII таблицы кодируется следующим образом:
| C | O | M | P | U | T | E | R |
| 67 | 79 | 77 | 80 | 85 | 84 | 69 | 82 |
| 01000011 | 01001111 | 01001101 | 01010000 | 01010101 | 01010100 | 01000101 | 01010010 |
С распространением современных информационных технологий в мире возникла необходимость кодировать символы алфавитов других языков: японского, корейского, арабского, хинди, а также других специальных символов.
На смену старой системе пришла новая универсальная – UNICODE, в которой один символ кодируется не одним, а двумя байтами.
В настоящее время существует много различных кодовых таблиц (DOS, ISO, WINDOWS, KOI8-R, KOI8-U, UNICODE и др.), поэтому тексты, созданные в одной кодировке, могут не правильно отображаться в другой.
Кодирование графической информации
Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек.
Рисунок 2
Давайте посмотрим на экран компьютера через увелечительное стекло.
В зависимости от марки и модели техники мы увидим либо множество разноцветных прямоугольничков, либо множество разноцветных кружочков.
И те, и другие группируются по три штуки, причем одного цвета, но разных оттенков.
Они называются ПИКСЕЛЯМИ[1] (от английского PICture's ELement).
Пиксели бывают только трех цветов — зеленого, синего и красного.
Другие цвета образовываются при помощи смешения цветов.
Рассмотрим самый простой случай — каждый кусочек пикселя может либо гореть (1), либо не гореть (0).
Тогда мы получаем следующий набор цветов:
Таблица 2
Из трех цветов можно получить восемь комбинаций.
Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности, тогда количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.
Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно.
Число цветов, воспроизводимых на экране монитора (N), и число бит, отводимых в видеопамяти на каждый пиксель (I), связаны формулой:
Величину I называют битовой глубиной или глубиной цвета.
Чем больше битов используется, тем больше оттенков цветов можно получить.
Таблица 3
Итак, любое графическое изображение на экране можно закодировать c помощью чисел, сообщив, сколько в каждом пикселе долей красного, сколько — зеленого, а сколько — синего цветов.
Также графическая информация может быть представлена в виде векторного изображения.
Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг.
Положение этих элементарных объектов определяется координатами точек и длиной радиуса.
Для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет.
Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых оно складывается.
Чем больше разрешающая способность, т.е. чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображение.
Кодирование звуковой информации
С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией.
Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.
Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.
Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме.
Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:
Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти компьютера:
Аудиоадаптер (звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.
В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины.
Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера.
Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.
Частота дискретизации – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду.
Частота измеряется в герцах (Гц).
Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц).
Разрядность регистра – число бит в регистре аудиоадаптера.
Разрядность определяет точность измерения входного сигнала.
Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно.
Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входного сигнала может быть получено
| различных значений. |
Очевидно, 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.
Звуковой файл — файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме.
| Модель складской техники Atlet | Грузоподъёмность (тонн) | Цена в евро |
| PLL 180 | 1,5 | 5.980 |
| AJN 160 | 2,0 | 19.560 |
| UHS 200 | 5,0 | 40.830 |
| PSH 160 | 7,0 | 8.920 |
Таблица 4
Использованная литература:
Информатика. Задачник-практикум в 2 т. / Под ред. И. Г. Семакина, Е. К. Хеннера: Том 1. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000. – 304 с.: ил.
Информатика. 6 – 7 класс / Под ред. Н. В. Макаровой. – СПб.: Издательство «Питер», 2000. – 256 с.: ил.
[1] это единица измерения экрана монитора.
www.ronl.ru
