Представление и кодирование информации в компьютере

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Всероссийский  заочный финансово-экономический  институт»

Филиал в  г.Барнауле

Кафедра

Математики и информатики

 

                                                                       Курсовая работа

 

по дисциплине «Теоретические основы информатики»

на тему

«Представление  и кодирование информации в компьютере»

 

 

                                                               

Студентка	Гладких Марина Константиновна
Направление	Бизнес-информатика
Образование № личного дела	Первое высшее 11УЛБ0249
Группа	1ББИп
Преподаватель	Свердлов Михаил Юрьевич  –  к.ф.-м.н., доцент

 

 

                                                       Барнаул  2012

                                         Содержание

1. Введение………………………………………………….....3
2. Кодирование информации…………………………………4
3. Представление чисел в компьютере………………………5
4. Двоичное кодирование текстовой информации……........7
5. Аналоговый и дискретный способы представления

изображений и звука………………………………………9

6. Двоичное кодирование графической информации……..10
7. Двоичное кодирование звуковой информации…………12
8. Практическая часть………………………………………...13
9. Заключение………………………………………………….25
10. Список использованной литературы……………………..26
11. Приложения…………………………………………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Введение

Для обмена информацией с  другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков. В основе языка лежит алфавит, то есть набор символов (знаков), которые человек различает по их начертанию. В основе русского языка лежит кириллица, содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует алфавит из десятков тысяч знаков (иероглифов).   

         Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки.  Например, системы счисления можно рассматривать как формальные языки, имеющие алфавит (цифры) и позволяющие не только именовать и записывать объекты (числа), но и выполнять над ними арифметические операции по строго определенным правилам.

       Актуальность  темы объясняется тем, что основное назначение компьютера – обработка и хранение различных видов информации, компьютер – это электронное устройство, способное различать сигналы электрического тока: есть ток, нет тока. Поэтому он воспринимает информацию по-другому, нежели человек. Для высококвалифицированной работы человеку с компьютером, необходимо знать, как представляются различные виды информации в компьютере. 

      Цель работы: изучение способов представления и кодирования текстовой, графической, звуковой, числовой информации в компьютере. Объект изучения: виды информации по форме представления.

     Задача, стоящая передо мной в практической части – заполнить и сформировать таблицу с данными, после чего результаты расчетов представить в графическом виде. Задание выполняется с помощью программы Microsoft Office Excel 2007.

                             1.   Кодирование информации

     Представление информации происходит в различных формах в процессе восприятия окружающей среды живыми организмами и человеком, в процессах обмена информацией между человеком и человеком, человеком и компьютером, компьютером и компьютером и так далее. Преобразование информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую называется кодированием. Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками и группами знаков двух различных знаковых систем. Примером является такая таблица, которая устанавливает соответствие между графическими изображениями знаков алфавита и их компьютерными кодами. (Таблица 1)

          В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, то есть преобразование его в компьютерный код. При выводе знака на экран монитор или принтер происходит обратный процесс – декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в его графическое изображение.

 

 

 

 

                   

 

                  2.    Представление чисел в компьютере.

      2.1   Представление чисел в формате с фиксированной запятой.

Целые числа в компьютере хранятся в памяти в формате с фиксированной запятой. В этом случае каждому разряду ячейки памяти соответствует всегда один и тот же разряд числа, а «запятая» находится справа после младшего разряда, то есть вне разрядной сетки.

       Для хранения целых неотрицательных чисел отводится одна ячейка памяти (8 битов).

      Для хранения целых чисел со знаком отводится две ячейки памяти (16 битов), причем старший (левый) разряд отводится под знак числа (если число положительное, то в знаковый разряд записывается 0, если число отрицательное – 1).

      Представление в компьютере положительных чисел с использованием формата «знак-величина» называется прямым кодом числа.

       Для представления отрицательных чисел используется дополнительный код. Дополнительный код позволяет заменить арифметическую операцию вычитания операцией сложения, что существенно упрощает работу процессора и увеличивает его быстродействие.

       Достоинствами представления чисел в формате с фиксированной запятой является простота и наглядность представления чисел, а также простота алгоритмов реализации арифметических операции.

  Недостатком представления  чисел в формате с фиксированной запятой является небольшой диапазон представления величин, недостаточный для решения математических, физических, экономических и других задач, в которых используются как очень малые, так и очень большие числа.

          2.2    Представление чисел в формате с плавающей запятой.

Вещественные числа хранятся и обрабатываются в компьютере в  формате с плавающей запятой. В этом случае положение запятой в записи числа может измениться.

        Формат числа с плавающей запятой базируется на экспоненциальной форме записи, в которой может быть представлено любое число.

      Число в формате с плавающей запятой занимает в памяти компьютера 4 (число обычной точности) или 8 байтов (число двойной точности). При записи числа с плавающей запятой выделяются разряды для хранения знака мантиссы, знака порядка, порядка и мантиссы.

  Диапазон изменения  чисел определяется количеством  разрядов, отведенных для хранения  порядка числа, а точность (количество значащих цифр) определяется количеством разрядов, отведенных для хранения мантиссы.

                  

 

 

 

 

 

           

 

                3.   Двоичное кодирование текстовой информации.

    Начиная с конца  60-х годов, компьютеры все больше  стали использоваться для обработки  текстовой информации и в настоящее  время большая часть персональных  компьютеров в мире занято  обработкой именно текстовой  информации.

      Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту, то есть I = 1 байт = 8 битов.

      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 начертаниям, а компьютер по их кодам.

      При вводе в компьютер текстовой информации происходит ее двоичное кодирование, изображение символа преобразуется в его двоичный код. Пользователь нажимает на клавиатуре клавишу с символом, и в компьютер поступает определенная последовательность из восьми электрических импульсов (двоичный код символа). Код символа хранится в оперативной памяти компьютера, где занимает 1 байт.

     В процессе вывода символа на экран компьютера производится обратный процесс – декодирование, то есть преобразование кода символа в его изображение.

     Важно, что присвоение символу конкретного кода –это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. Первые 33 кода (с 0 по 32) соответствуют не символам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и так далее).

    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, то есть в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы. К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодовых таблиц для русских букв (КОИ8, СР1251, СР866, Мас, ISO), поэтому тексты, созданные в одной кодировке, не будут правильно отображаться в другой. 

    В настоящее  время широкое распространение  получил новый международный  стандарт Unicode, который отводит на каждый символ не один байт, а два, поэтому с его помощью можно закодировать не 256 символов, а N = 2¹⁶ = 65536 различных символов. Эту кодировку поддерживают последние версии платформы Microsoft Windows&Office (начиная с 1997 года) .

  Каждая кодировка задается своей собственной кодовой таблицей, в которой одному и тому же двоичному коду в различных кодировках поставлены в соответствие различные символы.

   Например, последовательность  числовых кодов 221, 194, 204 в кодировке  СР1251 образует слово «ЭВМ», тогда  как в других кодировках это  будет бессмысленный набор символов.

   К счастью, в  большинстве случаев пользователь  не должен заботиться о перекодировках  текстовых документов, так как  это делают специальные программы-конверторы, встроенные в приложения.

 

 4.  Аналоговый и дискретный способы представления изображений   и звука.

   Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые – зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее.

     Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой и дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значение, причем ее величина изменяется скачкообразно.

     Примером аналогового представления графической информации может служить, например, 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 являются виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного – аудиокомпакт - диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

      Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

        5.  Двоичное кодирование графической информации.

                    5.1    Пространственная дискретизация.

     В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).