Информация. Виды и кодирование в вычислительной технике

 

Содержание

 

1. Виды информации в вычислительной технике……………….3

• Кодирование информации………………………………………….3
• Виды информации…………………………………………………..3
• Двоичная система счисления: основные сведения………………..4
• Представление двоичных чисел и перевод их в десятичные……..4
2. Представление информации в вычислительной технике…...5
• Кодирование информации………………………………………….5
• Кодирование числовой информации………………………………6
• Кодирование текстовой информации……………………………...8
• Кодирование графической информации…………………………..9
• Кодирование звуковой информации……………………………...11

 

Представления и виды информации в вычислительной технике 
Кодирование информации

         Несмотря на то что человеку постоянно приходится иметь дело с информацией (он получает ее с помощью органов чувств), строгого научного определения, что же такое информация, не существует. В тех случаях, когда наука не может дать четкого определения какому-то предмету или явлению, люди пользуются понятиями.

Понятия отличаются от определений тем, что разные люди при разных обстоятельствах могут вкладывать в них разный смысл. В бытовом смысле под информацией обычно понимают те сведения, которые человек получает от окружающей природы и общества с помощью органов чувств. Наблюдая за природой, общаясь с другими людьми, читая книги и газеты, просматривая телевизионные передачи, мы получаем информацию.

Математик рассмотрит это понятие шире и включит в него те сведения, которые человек не получал, а создал сам с помощью умозаключений. Биолог же пойдет еще дальше и отнесет к информации и те данные, которые человек не получал с помощью органов чувств и не создавал в своем уме, а хранит в себе с момента рождения и до смерти. Это генетический код, благодаря которому дети так похожи на родителей.

Итак, в разных научных дисциплинах и в разных областях техники существуют разные понятия об информации. Нам же, приступая к изучению информатики, надо найти что-то общее, что объединяет различные подходы. И такая общая черта есть. Все отрасли науки и техники, имеющие дело с информацией, сходятся в том, что информация обладает четырьмя свойствами. Информацию можно: создавать, передавать (и, соответственно, принимать), хранить и обрабатывать.  

Виды информации

         Здесь необходимо ввести понятие видов информации, так как оно понадобится уже на первых этапах изучения аппаратного обеспечения компьютеров.

         Самое простое разделение информации на виды — по органам человека, которые ее воспринимают или воспроизводят. Общеизвестны такие виды информации как звуковая (речь, музыка, шум) и визуальная (текст, рисунки, кинофильмы).

         Несколько иначе информация подразделяется в современной вычислительной технике. Условно приняты следующие основные виды информации:

• числовая (вид информации, давший название собственно вычислительной технике и ЭВМ);

• текстовая (текст, состоящий из символов — букв, цифр, знаков);

• графическая (графика: изображения, рисунки);

• звуковая (звук).

Вся информация в современной вычислительной технике, вне зависимости от ее вида, хранится и передается в кодированном, так называемом «двоичном» виде.

 

Двоичная система счисления: основные сведения

         В двоичной системе счисления используются только два символа, что хорошо согласуется с техническими характеристиками цифровых схем. Действительно очень удобно представлять отдельные составляющие информации с помощью двух состояний: Отверстие есть или отсутствует (перфолента или перфокарта); Материал намагничен или размагничен (магнитные ленты, диски); Уровень сигнала большой или маленький.                            Существуют специальные термины, широко используемые в вычислительной технике: бит, байт и слово. Битом называют один двоичный разряд. Крайний слева бит числа называют старшим разрядом (он имеет наибольший вес), крайний справа - младшим разрядом (он имеет наименьший вес).Восьмибитовая единица носит название байта.Многие типы ЭВМ и дискретных систем управления перерабатывают информацию порциями (словами) по 8, 16 или 32 бита (1, 2 и 4 байта). Двоичное слово, состоящее из двух байт, показано на рисунке 1.

               Рис. 1 Бит, байт и слово

Представление двоичных чисел и перевод их в десятичные

         Совершенно очевидно, что двоичное число представляется последовательностью нулей и единиц - разрядов. Как и в любой позиционной системе, каждому разряду присвоен определенный вес - показатель степени основания системы. Веса первых 10 позиций представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Веса первых десяти позиций двоичной системы счисления

Позиция	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Вес	512	256	128	64	32	16	8	4	2	1
Образование

 

 

         В двоичной системе счисления даже сравнительно небольшие числа занимают много позиций.

         Как и в десятичной системе, в двоичной системе счисления для отделения дробной части используется точка (двоичная точка). Каждая позиция слева от этой точки также имеет свой вес - вес разряда дробной части числа. Значение веса в этом случае равно основанию системы счисления (т.е. двойке), возведенному в отрицательную степень.

Представление информации в вычислительной технике

Кодирование информации

         Код — это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или передачи) некоторых заранее определенных понятий.

         Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.  
Обычно каждый образ при кодировании (иногда говорят — шифровке) представлении отдельным знаком.

         Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

         В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. 

         Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например "наложить" друг на друга звуки от разных источников. 

         Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов. 

         Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме, а все необходимые преобразования выполняют программы, работающие на компьютере. 

 

Кодирование числовой информации

         Кодирование числовой информации сходно с кодированием текстовой: 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 информации: сложение, умножение, извлечение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполнения этих операций в математике подробно разработаны для чисел, представленных в позиционной системе счисления.

         Система счисления - совокупность приемов обозначения чисел, способ записи чисел.

         Все системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

         Непозиционными системами являются такие системы счисления, в которых каждый символ сохраняет свое значение независимо от места его положения в числе.

         Примером непозиционной системы счисления является римская система. К недостаткам таких систем относятся наличие большого количества  знаков и сложность выполнения арифметических операций.

         Система счисления называется позиционной, если одна и та же цифра имеет различное значение, определяющееся позицией цифры в последовательности цифр, изображающей число. Это значение меняется в однозначной зависимости от позиции, занимаемой цифрой, по некоторому закону.

         Количество  различных цифр, употребляемых в позиционной системе определяет название системы счисления и называется основанием системы счисления - "p ".

         В десятичной системе используются десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; эта система имеет основанием число десять.

         Любое число N в позиционной системе счисления  с основанием   может быть представлено в виде полинома от основания :

здесь N - число, a- коэффициенты (цифры числа),  p - основание системы  счисления (p >1)

         Принято представлять числа в виде последовательности цифр:

. 

         В этой последовательности точка отделяет целую часть числа от дробной (коэффициенты при положительных степенях, включая нуль, от коэффициентов при отрицательных степенях). Точка опускается, если нет отрицательных степеней (число целое).

         В ЭВМ применяют позиционные системы счисления с недесятичным основанием: двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную.

         В аппаратной основе ЭВМ лежат двухпозиционные элементы, которые  могут находиться только в двух состояниях; одно из них обозначается 0, а другое - 1. Поэтому основной системой счисления применяемой в  ЭВМ является двоичная система

Двоичная система счисления. Используется две цифры: 0 и 1.

         Двоичное кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.

         Восьмеричная система счисления. Используется восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Употребляется в ЭВМ как вспомогательная для записи информации в сокращенном виде. Для представления одной цифры восьмеричной системы используется три двоичных разряда (триада) (Таблица 1).

         Шестнадцатеричная система счисления. Для изображения чисел употребляются 16 цифр. Первые десять цифр этой системы обозначаются цифрами от 0 до 9, а старшие шесть цифр - латинскими буквами: 10-A, 11-B, 12-C, 13-D, 14-E, 15-F. Шестнадцатеричная система используется для записи информации в сокращенном виде. Для представления одной цифры шестнадцатеричной системы счисления используется четыре двоичных разряда (тетрада) .

Кодирование 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,  Unicode.

         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 может быть закодировано 8 битами  информации.