Що таке кодування у комп'ютері. Кодування інформації – навчальна та наукова діяльність анісімова володимира вікторовича. Державний освітній заклад

Загальні поняття

Визначення 1

Кодування- це перетворення інформації з однієї її форми подання в іншу, найбільш зручну для її зберігання, передачі чи обробки.

Визначення 2

Кодомназивають правило відображення одного набору знаків у іншому.

Визначення 3

Двійковий код– це спосіб подання інформації за допомогою двох символів - $0$ та $1$.

Визначення 4

Довжина коду– кількість знаків, що використовуються для подання інформації, що кодується.

Визначення 5

Біт- це одна двійкова цифра $0$ або $1$. Одним бітом можна закодувати два значення: $1$ або $0$. Двома бітами можна закодувати вже чотири значення: $00$, $01$, $10$, $11$. Три біти кодуються $8$ різних значень. Додавання одного біта подвоює кількість значень, які можна закодувати.

Малюнок 1.

Види кодування інформації

Розрізняють кодування інформації наступних видів:

• кодування кольору;
• кодування числової інформації;
• кодування звукової інформації;
• кодування відео.

Кодування текстової інформації

Будь-який текст складається із послідовності символів. Символами можуть бути букви, цифри, розділові знаки, знаки математичних дій, круглі та квадратні дужкиі т.д.

Текстова інформація, як і будь-яка інша, зберігається у пам'яті комп'ютера у двійковому вигляді. Для цього кожному ставиться відповідно деяке невід'ємне число, що називається кодом символу, і це число записується на згадку про ЕОМ в двійковому вигляді. Конкретне співвідношення між символами та їх кодами називається системою кодування. У персональних комп'ютерах зазвичай використовують систему кодування ASCII (American Standard Code for Informational Interchange – Американський стандартний код для інформаційного обміну).

Зауваження 1

Розробники програмного забезпеченнястворили власні $8$-бітні стандарти кодування тексту. За рахунок додаткового біта діапазон кодування в них було розширено до $256 символів. Щоб не було плутанини, перші $128$ символів у таких кодуваннях, як правило, відповідають стандарту ASCII. $128$, що залишилися - реалізують регіональні мовні особливості.

Зауваження 2

Восьмибітними кодуваннями, поширеними в нашій країні, є KOI8, UTF8, Windows-1251 та деякі інші.

Кодування кольору

Щоб зберегти в двійковому коді фотографію, її спочатку віртуально поділяють на безліч дрібних кольорових точок, які називаються пікселями(щось на кшталт мозаїки). Після розбивки на точки колір кожного пікселя кодується в бінарний код і записується на пристрої, що запам'ятовує.

Приклад 1

Якщо кажуть, що розмір зображення становить, наприклад, $512 х 512$ точок, це означає, що воно є матрицею, сформованою з $262144$ пікселів (кількість пікселів по вертикалі, помножена на кількість пікселів по горизонталі).

Приклад 2

Приладом, що "розбиває" зображення на пікселі, є будь-яка сучасна фотокамера (у тому числі веб-камера, камера телефону) або сканер. І якщо в характеристиках камери значиться, наприклад, "$10$ Mega Pixels", то кількість пікселів, на які ця камера розбиває зображення для запису в двійковому коді, - 10 мільйонів. Чим на більшу кількість пікселів розділено зображення, тим реалістичніше виглядає фотографія в декодованому вигляді (на моніторі або після друку).

Однак якість кодування фотографій у бінарний код залежить не тільки від кількості пікселів, але також і від їх різного кольору. Алгоритмів запису кольору в двійковому кодіІснує кілька. Найпоширенішим із них є RGB. Ця абревіатура – ​​перші літери назв трьох основних кольорів: червоного – англ.Red, зеленого – англ. Green, синього – англ. Blue. Змішуючи ці три кольори у різних пропорціях, можна отримати будь-який інший колір або відтінок.

На цьому і побудовано алгоритм RGB. Кожен піксель записується у двійковому коді шляхом вказівки кількості червоного, зеленого та синього кольору, що бере участь у його формуванні.

Чим більше бітів виділяється для кодування пікселя, тим більше варіантів змішування цих трьох каналів можна використовувати і тим значнішою буде насиченість кольору зображення.

Визначення 6

Колірна різноманітність пікселів, з яких складається зображення, називається глибиною кольору.

Кодування графічної інформації

Описана вище техніка формування зображень із дрібних точок є найбільш поширеною та називається растровий . Але окрім растрової графіки, у комп'ютерах використовується ще й так звана векторна графіка .

Векторні зображення створюються лише за допомогою комп'ютера і формуються не з пікселів, а з графічних примітивів (ліній, багатокутників, кіл та ін.).

Векторна графіка – це креслярська графіка. Вона дуже зручна для комп'ютерного малювання і широко використовується дизайнерами при графічному оформленні друкованої продукції, у тому числі створенні величезних рекламних плакатів, а також в інших подібних ситуаціях. Векторне зображення в двійковому коді записується як сукупність примітивів із зазначенням їх розмірів, кольору заливки, розташування на полотні та деяких інших властивостей.

Приклад 3

Щоб записати на пристрої, що запам'ятовує векторне зображеннякола, комп'ютеру достатньо в двійковий код закодувати тип об'єкта (коло), координати його центру на полотні, довжину радіусу, товщину та колір лінії, колір заливки.

У растровій системі довелося б кодувати колір кожного пікселя. І якщо розмір зображення великий, для його зберігання знадобилося б значно більше місця на пристрої.

Проте векторний спосіб кодування не дозволяє записувати в двійковому коді реалістичні фото. Тому всі фотокамери працюють лише за принципом растрової графіки. Рядовому користувачеві мати справу з векторною графікоюу повсякденному житті доводиться не часто.

Кодування числової інформації

При кодуванні чисел враховується мета, з якою цифру було введено у систему: для арифметичних обчислень чи навіть для виведення. Всі дані, що кодуються в двійковій системі, шифруються за допомогою одиниць та нулів. Ці символи ще називають бітами. Цей метод кодування є найпопулярнішим, адже його найлегше організувати в технологічному плані: присутність сигналу – $1$, відсутність – $0$. Двійкове шифрування має лише один недолік – це довжина комбінацій із символів. Але з технічного погляду легше орудувати купою простих, однотипних компонентів, ніж малим складніших.

Примітка 3

Цілі числа кодуються просто переведенням чисел з однієї системи числення до іншої. Для кодування дійсних чисел використовують $80$-розрядне кодування. У цьому число перетворять на стандартний вид.

Кодування звукової інформації

Визначення 7

Будь-який звук, який чує людина, є коливанням повітря, яке характеризується двома основними показниками: частотою та амплітудою. Амплітуда коливань- Це ступінь відхилення стану повітря від початкового при кожному коливанні. Вона сприймається нами як гучність звуку. Частота коливань - кількість відхилень станів повітря від початкового за одиницю часу. Вона сприймається як висота звуку.

Приклад 4

Так, тихий комаряний писк - це звук з високою частотоюале з невеликою амплітудою. Звук грози, навпаки, має велику амплітуду, але низьку частоту.

Схему роботи комп'ютера зі звуком загалом можна описати так. Мікрофон перетворює коливання повітря на аналогічні за характеристиками електричних коливань. Звукова карта комп'ютера перетворює електричні коливання на двійковий код, який записується на пристрої, що запам'ятовує. При відтворенні такого запису відбувається зворотний процес (декодування) - двійковий код перетворюється на електричні коливання, які надходять в аудіосистему або навушники. Динаміки акустичної системи чи навушників мають протилежну мікрофону дію. Вони перетворюють електричні коливання на коливання повітря.

Принцип поділу звукової хвилі на дрібні ділянки є основою двійкового кодування звуку. Аудіокарт комп'ютера поділяє звук на дуже дрібні часові ділянки і кодує ступінь інтенсивності кожного з них у двійковий код. Таке дроблення звуку частини називається дискретизацією. Чим вище частота дискретизації, тим точніше фіксується геометрія звукової хвилі і тим якіснішим виходить запис.

Визначення 8

Якість запису залежить також від кількості бітів, що використовуються комп'ютером для кодування кожної ділянки звуку, отриманого в результаті дискретизації. Кількість бітів, що використовуються для кодування кожної ділянки звуку, отриманої при дискретизації, називається глибиною звуку.

Кодування відеозапису

Відеозапис складається з двох компонентів: звукового і графічного .

Кодування звукової доріжки відеофайлу в двійковий код здійснюється за тими самими алгоритмами, що й кодування звичайних звукових даних. Принципи кодування відеозображення схожі на кодування растрової графіки (розглянуто вище), хоча і мають деякі особливості. Як відомо, відеозапис - це послідовність статичних зображень (кадрів), що швидко змінюються. Одна секунда відео може складатися з $25$ та більше картинок. При цьому кожен наступний кадр лише незначно відрізняється від попереднього.

З огляду на цю особливість алгоритми кодування відео, як правило, передбачають запис лише першого (базового) кадру. Кожен наступний кадр формуються шляхом запису його відмінностей від попереднього.

Кодування інформації у комп'ютері

Вся інформація, яку обробляє комп'ютер, має бути подана двійковим кодомза допомогою двох цифр - 0 та 1. Ці два символи прийнято називати двійковими цифрами, або бітами. За допомогою двох цифр 1 та 0 можна закодувати будь-яке повідомлення. Це стало причиною того, що в комп'ютері обов'язково має бути організовано два важливі процеси:

кодування, яке забезпечується пристроями введення при перетворенні вхідної інформації у форму, що сприймається комп'ютером, тобто в двійковий код; декодування, яке забезпечується пристроями виведення під час перетворення даних із двійкового коду у форму, зрозумілу людині.

З погляду технічної реалізації використання двійкової системи числення для кодування інформації виявилося набагато
Простішим, ніж застосування інших способів. Справді, зручно кодувати інформацію у вигляді послідовності нулів та одиниць, якщо уявити ці значення як два можливі стійкі стани електронного елемента:

0 - відсутність електричного сигналу чи сигнал має низький рівень; 1 – наявність сигналу або сигнал має високий рівень.

Ці стани легко розрізняти. Недолік двійкового кодування – довгі коди. Але в техніці легше мати справу з великою кількістю простих елементів, ніж із невеликою кількістю складних.

Вам і в побуті щодня доводиться стикатися з пристроєм, який може перебувати лише у двох стійких станах: увімкнено/вимкнено. Звичайно, це добре знайомий усім вимикач. А ось вигадати вимикач, який міг би стійко і швидко перемикатися в будь-який з 10 станів, виявилося неможливим. У результаті після низки невдалих спроб розробники дійшли висновку про неможливість побудови комп'ютера з урахуванням десяткової системи числення. І в основу представлення чисел у комп'ютері було покладено саме двійкова системаобчислення.

В даний час існують різні способидвійкового кодування та декодування інформації в комп'ютері. Насамперед це залежить від виду інформації, а саме, що має кодуватися: текст, числа, графічні зображення чи звук. Крім того, при кодуванні чисел важливу роль відіграє те, як вони будуть використовуватися: у тексті, розрахунках або в процесі введення-виводу. Накладаються також особливості технічної реалізації.

Кодування графічної інформації

Створювати та зберігати графічні об'єкти в комп'ютері можна двома способами - як растрове або векторне зображення. Для кожного типу зображення використовується свій спосіб кодування.

Растрове зображення є сукупністю точок, що використовуються для його відображення на екрані монітора. Об'єм растрового зображення визначається як добуток кількості точок та інформаційного обсягу однієї точки, який залежить від кількості можливих кольорів. Для чорно-білого зображення інформаційний обсяг однієї точки дорівнює 1 біту, оскільки точка може бути або чорною, або білою, що можна закодувати двома цифрами - 0 або 1.

Для кодування 8 кольорів необхідно 3 біти; для 16 кольорів – 4 біти; для 6 кольорів – 8 бітів (1 байт) тощо.

Кодування звукової інформації

Звук являє собою звукову хвилю з амплітудою і частотою, що безперервно змінюється. Чим більше амплітуда сигналу, тим голосніше для людини, що більше частота сигналу, то вище тон. Для того, щоб комп'ютер міг обробляти звук, безперервний звуковий сигналповинен бути перетворений на послідовність електричних імпульсів (двійкових нулів та одиниць).

У процесі кодування безперервного звукового сигналу виконується його часова дискретизація. Безперервна звукова хвиля розбивається на окремі дрібні ділянки, причому для кожної такої ділянки встановлюється певна величина амплітуди. Таким чином, безперервна залежність амплітуди сигналу іноді замінюється на дискретну послідовність рівнів гучності.

Сучасні звукові картизабезпечують 16-бітну глибину кодування звуку. У такому разі кількість рівнів сигналу дорівнюватиме 65536.

При двійковому кодуванні безперервного звукового сигналу він замінюється послідовністю дискретних рівнів сигналу. Якість кодування залежить кількості вимірювань рівня сигналу в одиницю часу, т. е. від частоти дискретизації. Чим більша кількість вимірювань проводиться за 1 секунду (що більша частота дискретизації), тим точніше процедура двійкового кодування.

Кількість вимірювань за секунду може лежати в діапазоні від 8000 до 48000, тобто частота дискретизації аналогового звукового сигналу може набувати значень від 8 до 48 кГц - якість звучання аудіо-CD. Слід також враховувати, що можливі як моно-, і стерео-режими.

Подання відеоінформації

Останнім часом комп'ютер все частіше використовується для роботи із відеоінформацією. Найпростішою такою роботою є перегляд фільмів та відеокліпів. Слід чітко уявляти, що обробка відеоінформації вимагає дуже високої швидкодії комп'ютерної системи.

Що таке фільм з погляду інформатики? Насамперед, це поєднання звукової та графічної інформації. Крім того, для створення на екрані ефекту руху використовується дискретна технологія швидкої зміни статичних картинок. Дослідження показали, що якщо за одну секунду змінюється понад 10-12 кадрів, то людське око сприймає зміни на них як безперервні.

Здавалося б, якщо проблеми кодування статистичної графіки і звуку вирішені, зберегти відеозображення вже не складе труднощів. Але це лише на перший погляд, оскільки, як показує розібраний вище приклад, при використанні традиційних методів збереження інформації електронна версія фільму вийде надто великою. Досить очевидне удосконалення у тому, перший кадр запам'ятати цілком (у літературі його прийнято називати ключовим), а наступних зберігати лише відмінності від початкового кадру (різнисні кадри).

Існує безліч різних форматів представлення відео.

У середовищі WindowsНаприклад, вже більше 10 років (починаючи з версії 3.1) застосовується формат Video for Windows, що базується на універсальних файлах з розширенням AVI (Audi o Video Interleave - чергування аудіо та відео).

Велике поширення набула технологія під назвою DivX (походить від скорочення слова Digital Video Express). Завдяки DivX вдалося досягти ступеня стиснення, що дозволило вмістити якісний запис повнометражного фільму на один компакт-диск - стиснути 4,7 Гб DVD-фільма до 650 Мб.

Одна й та інформація може представлятися у кількох формах. Основні способи кодування дозволяють це зробити в сучасному світі. Після появи комп'ютерних технологійвиникла необхідність кодування будь-якого типу інформації, із якими працює людина. Але вирішувати завдання такого типу почали ще до появи комп'ютерів.

Навігатор за способами

1 спосіб. Двійкове кодування.

Одним із найпопулярніших і найпоширеніших методів подання інформації вважається саме двійкове кодування. У роботі з обчислювальними машинами, роботами та верстатами з числовим програмним управліннямнайчастіше кодують інформацію у формі слів двійкового алфавіту.

Цікаво: 10 способів очистити диск

2 спосіб. Стенографія.

Цей спосіб відносять до методів кодування текстової інформації за допомогою спеціальних знаків. Цей спосіб найшвидший при записі мовлення. Навички стенографії мають лише деякі спеціально навчені люди, яким і дали назву стенографісти. Такі люди встигають записати текст синхронно з промовою людини, яка виступає.

3 спосіб. Синхронізація.

У процесі роботи з цифровою інформацієюособливе значення набуває синхронізація. У момент зчитування чи запису інформації важливим залишається точне визначення часу кожної зміни знака. Якщо синхронізації немає, період зміни знака може визначатися неправильно. У результаті неминучою буде втрата чи спотворення даних.

4 спосіб. Run Length Limited – RLL.

На сьогоднішній день одним із найпопулярніших методів є кодування інформації з обмеженням довжини поля запису. Завдяки цьому способу на диску можна розмістити в півтора рази більше даних, ніж під час запису за методом MFM. Використовуючи цей метод відбувається кодування окремого біту, а цілої групи.

Цікаво: 10 способів захисту файлів від крадіжки

5 спосіб. Таблиці перекодування.

Таблицею перекодування вважається та, яка містить перелік символів, що кодуються, упорядкований спеціальним чином. Відповідно до цього відбувається перетворення символу в його двійковий код і назад.

6 спосіб. Матричний метод.

Матричний принцип кодування графічних зображеньполягає в тому, що картинка розбивається на задану кількість стовпців та рядків. Після цього кожен елемент отриманої сітки кодується за вибраним правилом.

А тепер напиши коментар!

Кодування інформації. У процесі перетворення інформації з однієї форми подання (знакової системи) на іншу здійснюється кодування. Засобом кодування є таблиця відповідності, яка встановлює взаємно однозначну відповідність між знаками або групами знаків двох різних знакових систем.

У процесі обміну інформацією часто доводиться здійснювати операції кодування та декодування інформації. При введенні символу алфавіту в комп'ютер шляхом натискання відповідної клавіші на клавіатурі виконується його кодування, тобто перетворення на комп'ютерний код. При виведенні знака на екран монітора або принтера відбувається зворотний процес - декодування, коли з комп'ютерного коду знак перетворюється на графічне зображення.

Кодування зображень та звуку. Інформація, у тому числі графічна та звукова, може бути представлена ​​в аналоговій чи дискретній формі. При аналоговому поданні фізична величинаприймає безліч значень, причому її значення змінюються безперервно. При дискретному поданні фізична величина набуває кінцевої множини значень, причому її величина змінюється стрибкоподібно.

Прикладом аналогового представлення графічної інформації може бути, скажімо, живописне полотно, колір якого змінюється безперервно, а дискретного - зображення, надруковане з допомогою струминного принтераі що складається з окремих точок різного кольору.

Прикладом аналогового зберігання звукової інформації є вінілова пластинка (звукова доріжка змінює свою форму безперервно), а дискретного - аудіокомпакт-диск (звукова доріжка якого містить ділянки з різною здатністю, що відбиває).

Графічна та звукова інформація з аналогової форми в дискретну перетворюється шляхом дискретизації, тобто розбиття безперервного графічного зображення та безперервного (аналогового) звукового сигналу на окремі елементи. У процесі дискретизації виробляється кодування, т. е. присвоєння кожному елементу конкретного значення формі коду.

Дискретизація - це перетворення безперервних зображень та звуку на набір дискретних значень, кожному з яких надається значення його коду.

Кодування інформації у живих організмах. Генетична інформація визначає будову та розвиток живих організмів і передається у спадок. Зберігається генетична інформація у клітинах організмів у структурі молекул ДНК (дезоксирибонукле-інової кислоти). Молекули ДНК складаються із чотирьох різних складових (нуклеотидів), які утворюють генетичний алфавіт.

Молекула ДНК людини включає близько трьох мільярдів пар нуклеотидів, і в ній закодована вся інформація про організм людини: його зовнішність, здоров'я або схильність до хвороб, здібності і т. д.

6. Основні поняття теми «Інформація та управління»: числове та символьне кодування інформації

Кодування числової інформації.

Подібність у кодуванні числової та текстової інформації полягає в наступному: щоб можна було порівнювати дані цього типу, у різних чисел (як і у різних символів) має бути різний код. Основна відмінність числових даних від символьних полягає в тому, що над числами крім операції порівняння виробляються різноманітні математичні операції: додавання, множення, вилучення кореня, обчислення логарифму та ін.

Основною системою числення для представлення чисел комп'ютера є двійкова позиційна система числення.

Кодування текстової інформації

В даний час, більшість користувачів, за допомогою комп'ютера обробляє текстову інформацію, яка складається з символів: букв, цифр, розділових знаків та ін. Підрахуємо, скільки всього символів і скільки біт нам потрібно.

10 цифр, 12 розділових знаків, 15 розділових знаків арифметичних дій, літери російського та латинського алфавіту, ВСЬОГО: 155 символів, що відповідає 8 біт інформації.

Одиниці виміру інформації.

1 байт = 8 біт

1 Кбайт = 1024 байтам

1 Мбайт = 1024 Кбайтам

1 Гбайт = 1024 Мбайт

1 Тбайт = 1024 Гбайтам

Суть кодування полягає в тому, що кожному символу ставлять у відповідність двійковий код від 00000000 до 11111111 або відповідний десятковий код від 0 до 255.

Необхідно пам'ятати, що в даний час для кодування російських букв використовують п'ять різних кодових таблиць (КОІ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причому тексти, закодовані за допомогою однієї таблиці, не будуть правильно відображатися в іншій.

Основним відображенням кодування символів є код ASCII - American Standard Code for Information Interchange-американський стандартний код обміну інформацією, який представляє собою таблицю 16 на 16, де символи закодовані в шістнадцятковій системі числення.

одування символьної (текстової) інформації.

Основна операція над окремими символами тексту - порівняння символів.

При порівнянні символів найбільш важливими аспектами є унікальність коду для кожного символу та довжина цього коду, а сам вибір принципу кодування практично не має значення.

Для кодування текстів використовуються різні таблиці перекодування. Важливо, щоб при кодуванні та декодуванні одного й того ж тексту використовувалася та сама таблиця.

Таблиця перекодування - таблиця, що містить упорядкований певним чином перелік символів, що кодуються, відповідно до якої відбувається перетворення символу в його двійковий код і назад.

Найбільш популярні таблиці перекодування: ДКОІ-8, ASCII, CP1251, Unicode.

Історично склалося, що як довжина коду для кодування символів було обрано 8 біт або 1 байт. Тому найчастіше одному символу тексту, що зберігається на комп'ютері, відповідає один байт пам'яті.

Різних комбінацій із 0 і 1 при довжині коду 8 біт може бути 28 = 256, тому за допомогою однієї таблиці перекодування можна закодувати не більше 256 символів. При довжині коду 2 байти (16 біт) можна закодувати 65536 символів.

7.Основні поняття теми «Інформація та управління»: графічне кодування інформації.

Кодування графічної інформації.

Важливим етапом кодування графічного зображення є розбиття його на дискретні елементи (дискретизація).

Основними способами представлення графіки для її зберігання та обробки за допомогою комп'ютера є растрові та векторні зображення

Векторне зображення є графічним об'єктом, що складається з елементарних геометричних фігур (найчастіше відрізків і дуг). Положення цих елементарних відрізків визначається координатами точок та величиною радіусу. Для кожної лінії вказується двійкові коди типу лінії (суцільна, пунктирна, штрихпунктирна), товщини та кольору.

Растрове зображення є сукупністю точок (пікселів), отриманих в результаті дискретизації зображення відповідно до матричного принципу.

Матричний принцип кодування графічних зображень полягає в тому, що зображення розбивається на задану кількість рядків та стовпців. Потім кожен елемент отриманої сітки кодується за вибраним правилом.

Pixel (picture element - елемент малюнка) - мінімальна одиниця зображення, колір і яскравість якої можна задати незалежно від зображення.

Відповідно до матричного принципу будуються зображення, що виводяться на принтер, що відображаються на екрані дисплея, одержувані за допомогою сканера.

Якість зображення буде тим вищою, чим «щільніше» розташовані пікселі, тобто чим більша здатність пристрою, і чим точніше закодований колір кожного з них.

Для чорно-білого зображення код кольору кожного пікселя визначається одним бітом.

Якщо малюнок кольоровий, то кожної точки задається двійковий код її кольору.

Оскільки і кольори кодуються в двійковому коді, то якщо, наприклад, ви хочете використовувати 16-колірний малюнок, то для кодування кожного пікселя вам знадобиться 4 біти (16=24), а якщо є можливість використовувати 16 біт (2 байти) для кодування кольору одного пікселя, то ви можете передати тоді 216 = 65536 різних кольорів. Використання трьох байтів (24 біти) для кодування кольору однієї точки дозволяє відобразити 16777216 (або близько 17 мільйонів) різних відтінків кольору - так званий режим "істинного кольору" (True Color). Зауважимо, що це використовувані нині, але не граничні можливості сучасних комп'ютерів.

8 Основні поняття теми «Інформація та управління»: алфавіт, код

Алфавіт - впорядкований набір символів, який використовується для кодування повідомлень деякою мовою.

Потужність алфавіту – кількість символів алфавіту.
Двійковий алфавіт містить 2 символи, його потужність дорівнює двом.
Повідомлення, записані за допомогою символів ASCII, використовують алфавіт із 256 символів. Повідомлення, записані системою UNICODE, використовують алфавіт із 65 536 символів.

З позицій computer science носіями інформації є будь-які послідовності символів, які зберігаються, передаються та обробляються за допомогою комп'ютера. Відповідно до Колмогорову, інформативність послідовності символів залежить від змісту повідомлення, алфавітний підхід є об'єктивним, тобто. він залежить від суб'єкта, який сприймає повідомлення.

9 Основні поняття виміру інформації: біт, байт, кілобайт, мегабайт

Біт, Байт, Кілобайт, Мегабайт, Гігабайт- Це і є одиниці виміру інформації.

Правда, в комп'ютерних обчисленнях в 1 кілобайті не 1000 байт, а 1024. Чому стільки? Інформація в комп'ютері представлена ​​в двійковому вигляді і прийнято вважати, що кілобайт - це 2 десятого ступеня байта або 1024 байт.
Нижче представлені загальноприйняті одиниці.

10 Кількісний та якісний вимір інформації.

11 Алфавітний та змістовний підходи до вимірювання інформації

Ми познайомилися із системами числення – способами кодування чисел. Числа дають інформацію про кількість предметів. Ця інформація має бути закодована, представлена ​​в якійсь системі числення. Який із відомих способів вибрати, залежить від розв'язуваної задачі.
Донедавна на комп'ютерах переважно оброблялася числова та текстова інформація. Але більшу частину інформації про зовнішній світ людина отримує у вигляді зображення та звуку. При цьому найважливішим виявляється зображення. Пам'ятайте прислів'я: “Краще один раз побачити, ніж сто разів почути”. Тому сьогодні комп'ютери починають все активніше працювати із зображенням та звуком. Способи кодування такої інформації обов'язково будуть розглянуті нами.

Двійкове кодування числової та текстової інформації.

Будь-яка інформація кодується в ЕОМ з допомогою послідовностей двох цифр - 0 і 1. ЕОМ зберігає та обробляє інформацію як комбінації електричних сигналів: напруга 0.4В-0.6В відповідає логічному нулю, а напруга 2.4В-2.7В - логічної одиниці. Послідовності з 0 та 1 називаються двійковими кодами , а цифри 0 та 1 - бітами (Двійковими розрядами). Таке кодування інформації на комп'ютері називається двійковим кодуванням . Таким чином, двійкове кодування - це кодування з мінімально можливою кількістю елементарних символів, кодування найпростішими засобами. Тим воно й чудове з теоретичної точки зору.
Інженерів двійкове кодування інформації приваблює тим, що легко реалізується технічно. Електронні схемидля обробки двійкових кодів повинні перебувати лише в одному з двох станів: є сигнал/немає сигналу або висока напруга/низька напруга .
ЕОМ у своїй роботі оперують дійсними та цілими числами, представленими у вигляді двох, чотирьох, восьми і навіть десяти байт. Для представлення знака числа під час рахунку використовується додатковий знаковий розряд , що зазвичай розташовується перед числовими розрядами. Для позитивних чисел значення знакового розряду дорівнює 0, а негативних чисел - 1. Для запису внутрішнього уявлення цілого негативного числа (-N) необхідно:
1) отримати додатковий код числа N заміною 0 на 1 та 1 на 0;
2) до отриманого числа додати 1.

Так як одного байта для подання цього числа недостатньо, воно представлено у вигляді 2 байт або 16 біт, його додатковий код: 1111101111000101, отже, -1082 = 1111101111000110.
Якби ПК міг працювати лише з одиночними байтами, користі від нього було б небагато. Реально ПК працює з числами, які записуються двома, чотирма, вісьмома і навіть десятьма байтами.
Починаючи з кінця 1960-х років комп'ютери дедалі більше почали використовуватиме обробки текстової інформації. Для представлення текстової інформації зазвичай використовується 256 різних символів, наприклад великі та малі літери латинського алфавіту, цифри, розділові знаки і т.д. У більшості сучасних ЕОМ кожному символу відповідає послідовність із восьми нулів та одиниць, звана байтом .
Байт – це восьмирозрядна комбінація нулів та одиниць.
При кодуванні інформації у цих електронно-обчислювальних машинах використовують 256 різних послідовностей із 8 нулів та одиниць, що дозволяє закодувати 256 символів. Наприклад, велика російська буква «М» має код 11101101, буква «І» - код 11101001, буква «Р» - код 11110010. Таким чином, слово «СВІТ» кодується послідовністю з 24 біт або 3 байт: 111011011110101
Кількість біт у повідомленні називається інформаційним обсягом повідомлення. Це цікаво!

Спочатку в ЕОМ використовувався лише латинський алфавіт. У ньому 26 літер. Отже, для позначення кожної вистачило б п'яти імпульсів (бітів). Але в тексті є розділові знаки, десяткові цифри та ін. Тому в перших англомовних комп'ютерах байт - машинний склад - включав шість бітів. Потім сім - не лише щоб відрізняти великі буквивід малих, але й збільшення числа кодів управління принтерами, сигнальними лампочками та іншим устаткуванням. У 1964 році з'явилися потужні IBM-360, в яких остаточно байт став рівним восьми бітам. Останній восьмий біт був необхідний символів псевдографіки.
Надання символу конкретного двійкового коду - це питання угоди, яка фіксується в кодовій таблиці. На жаль, існує п'ять різних кодувань російських літер, тому тексти, створені в одному кодуванні, не будуть правильно відображатися в іншому.
Хронологічно однією з перших стандартів кодування російських букв на комп'ютерах був КОИ8 («Код обміну, 8 битный»). Найбільш поширене кодування - це стандартне кириличне кодування Microsoft Windows, що позначається скороченням СР1251 ("СР" означає "Code Page" або "кодова сторінка"). Фірма Apple розробила для комп'ютерів Macintosh власне кодування російських букв (Мас). Міжнародна організація зі стандартизації (International Standards Organization, ISO) затвердила як стандарт для російської мови кодування ISO 8859-5. Зрештою, з'явився новий міжнародний стандарт Unicode, який відводить на кожен символ не один байт, а два, і тому з його допомогою можна закодувати не 256 символів, а цілих 65536.
Всі ці кодування продовжують кодову таблицю стандарту ASCII (Американський стандартний код інформаційного обміну), що кодує 128 символів.
Таблиця символів ASCII:

Двійкове кодування тексту відбувається так: при натисканні на клавішу в комп'ютер передається певна послідовність електричних імпульсів, причому кожному символу відповідає своя послідовність електричних імпульсів (нулів та одиниць машинною мовою). Програма драйвер клавіатури та екрана за кодовою таблицею визначає символ і створює зображення на екрані. Таким чином, тексти та числа зберігаються в пам'яті комп'ютера в двійковому коді і програмним способом перетворюються на зображення на екрані.

З 80-х бурхливо розвивається технологія обробки на комп'ютері графічної інформації. Комп'ютерна графікашироко використовується в комп'ютерному моделюванні в наукових дослідженнях, комп'ютерні тренажери, комп'ютерної анімації, Ділова графіка, ігри і т.д.
Графічна інформаціяна екрані дисплея подається у вигляді зображення, яке формується з точок (пікселів). Придивіться в газетну фотографію, і ви побачите, що вона теж складається з найдрібніших точок. Якщо це лише чорні та білі крапки, то кожну з них можна закодувати 1 бітом. Але якщо на фотографії відтінки, то два біти дозволяє закодувати 4 відтінки точок: 00 – білий колір, 01 – світло-сірий, 10 – темно-сірий, 11 – чорний. Три біти дозволяють закодувати 8 відтінків і т.д.
Кількість біт, необхідне кодування одного відтінку кольору, називається глибиною кольору.

У сучасних комп'ютерах Роздільна здатність (кількість точок на екрані), а також кількість кольорів залежить від відеоадаптера і може змінюватись програмно.
Кольорові зображення можуть мати різні режими: 16 кольорів, 256 кольорів, 65536 кольорів ( high color), 16777216 кольорів ( true color). На одну точку для режиму high colorнеобхідно 16 біт або 2 байти.
Найбільш поширеною роздільною здатністю екрану є роздільна здатність 800 на 600 пікселів, тобто. 480000 пікселів. Розрахуємо необхідний режиму high color обсяг відеопам'яті: 2 байт *480000=960000 байт.
Для вимірювання обсягу інформації використовуються і більші одиниці:

Отже, 960000 байт приблизно дорівнює 937,5 Кбайт. Якщо людина розмовляє по вісім годин на день без перерви, то за 70 років життя вона наговорить близько 10 гігабайт інформації (це 5 мільйонів сторінок – стос паперу заввишки 500 метрів).
Швидкість передачі - це кількість бітів, що передаються в 1 секунду. Швидкість передачі 1 біт за 1 секунду називається 1 бод.

У відеопам'яті комп'ютера зберігається бітова карта, що є двійковим кодом зображення, звідки вона зчитується процесором (не менше 50 разів на секунду) і відображається на екрані.

Двійкове кодування звукової інформації.

З початку 90-х років персональні комп'ютериотримали можливість працювати зі звуковою інформацією. Кожен комп'ютер, що має звукову плату, може зберігати як файли ( файл - це певна кількість інформації, що зберігається на диску та має ім'я ) та відтворювати звукову інформацію. За допомогою спеціальних програмних засобів (редакторів аудіо файлів) відкриваються широкі можливості створення, редагування та прослуховування звукових файлів. Створюються програми розпізнавання мовлення, і з'являється можливість керування голосом комп'ютером.
Саме звукова плата(Карта) перетворює аналоговий сигналу дискретну фонограму і навпаки, "оцифрований" звук - в аналоговий (безперервний) сигнал, який надходить на вхід динаміка.

При бінарному кодуванні аналогового звукового сигналу безперервний сигнал дискретизується, тобто. замінюється серією його окремих вибірок – відліків. Якість двійкового кодування залежить від двох параметрів: кількості дискретних рівнів сигналу та кількості вибірок за секунду. Кількість вибірок або частота дискретизації в аудіоадаптерах буває різною: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц та ін. Якщо кількість рівнів дорівнює 65536, то один звуковий сигнал розраховано 16 біт (216). 16-розрядний аудіоадаптер точніше кодує та відтворює звук, ніж 8-розрядний.
Кількість біт, необхідне кодування одного рівня звуку, називається глибиною звуку.
Об'єм моноаудіофайлу (у байтах) визначається за формулою:

При стереофонічному звучанні об'єм аудіофайлу подвоюється, при квадрофонічному звучанні – вчетверо.
У міру ускладнення програм та збільшення їх функцій, а також появи мультимедіа-додатків, зростає функціональний обсяг програм та даних. Якщо в середині 80-х звичайний обсяг програм і даних становив десятки і лише іноді сотні кілобайт, то в середині 90-х він став становити десятки мегабайт. Відповідно зростає обсяг оперативної пам'яті.