Представление данных в компьютере. Двоичное кодирование
Информация может быть представлена в аналоговой или цифровой (дискретной) форме. При аналоговом представлении физическая величина может принимать бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.
При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. С помощью органов чувств человек воспринимает информацию в аналоговом виде. Зрение воспринимает объекты непрерывно. То же можно сказать и про звуки, вкусовые и осязательные ощущения и т. п. Если же разным цветам дать номера, а музыку записать нотами, то аналоговую информацию можно преобразовать в дискретную и представить в цифровой форме. Вся информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1, которые принято называть двоичными цифровыми или битами.
Кодирование — преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т. е. двоичный код.
Декодирование — преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.
Способы кодирования и декодирования информации в компьютере зависят от вида информации: числа, текст, графика или звук. Кодирование текстовой информации При разработке первых компьютеров фирмы IBM для представления символов в компьютере был использован Американский стандартный код для обмена информацией (ASCII — American Standard Code for Information Interchange). В коде ASCII для кодирования одного символа требуется 1 байт информации (1 байт = 8 бит). Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 28 = 256 различных символов. Первые 32 кода используются для управляющих сигналов. Коды 32–127 служат для букв латинского алфавита, цифр, знаков препинания, знаков арифметических действий, скобок и т. д.
Оставшуюся вторую половину кодов (коды 128–255) используют для представления символов псевдографики, математических знаков и некоторых символов из языков, отличных от английского (греческих букв, немецких умляутов, диакритических знаков и т. п.). Было введено в употребление несколько кодовых таблиц, в которых часть кодов из второй половины кодовой таблицы используется для представления символов национальных алфавитов. Появилось несколько разных таблиц с символами кириллицы: KOI8–R, CP–1251 и др.
Но даже наличие множества различных национальных таблиц кодировки не может решить всех проблем с кодированием текстов. Для таких языков, как китайский или японский, 256 символов недостаточно. Поэтому была разработана универсальная кодовая таблица UNICODE, содержащая символы, применяемые в языках мнгих народов мира, а также различные служебные и вспомогательные символы (знаки препинания, математические и технические символы, стрелки, диакритические знаки и т. д.). Поскольку для кодирования такого большого количества символов одного байта недостаточно, в UNICODE используются 16-битовые (двухбайтовые) коды.
Кодирование графической информации
Растровое изображение состоит из точек. Для черно-белого изображения каждая точка может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать одной из двух цифр — 0 или 1. Поэтому для кодирования этой информации нужен 1 бит. Количество битов, используемых для кодирования цвета одного пикселя, называют глубиной цвета. Глубина цвета для 2-цветного изображения равна 1 биту; для 4-цветного изображения — 2 битам; для 8-цветного изображения — 3 битам; для 16-цветного — 4 битам; для 256-цветного — 8 битам
(1 байт). Информационный объем растрового изображения определяется как произведение количества точек на глубину цвета. Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов. В векторном способе кодирования изображение состоит из простых объектов (геометрических фигур, кривых и прямых линий), которые хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических абстракций, таких как круг, квадрат, эллипс и подобных фигур.
Кодирование звука
Если преобразовать звуковую волну в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), то получим плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой — аналоговый — сигнал нужно преобразовать в последовательность двоичных чисел. Делается это, например, так: измеряется напряжение через равные промежутки времени и полученные значения записываются в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его, — аналого-цифровым преобразователем (АЦП).
Задание 1. Вставьте пропущенные слова.
Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, — это пример ...(аналогового, дискретного) представления графической информации.
Изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета, — это пример ... (аналогового, дискретного) представления графической информации.
Задание 2. Определите, какой объем в памяти компьютера занимают сообщения.
1 сентября — День знаний.
(Ответ: байт.)
Здравствуй, школа!
(Ответ: бит.)
Задание 3. С помощью кодовой таблицы закодируйте фразы.
Береги честь смолоду.
Труден лишь первый шаг.
Чалавек без працы, што птушка без крылаў.
Men learn while they teach.
Задание 4. Используя кодовую таблицу, декодируйте фразы.
196 240 243 231 252 255 32 239 238 231 237 224 254 242 241 255 32 226 32 225 229 228 229 46
211 32 224 228 237 238 32 226 243 245 224 32 162 226 224 233 248 235 238 32 150 32 243 32 228 240 243 227 238 229 32 226 251 233 248 235 224 46
76 105 118 101 32 97 110 100 32 108 101 97 114 110 46
Задание 4. Двухцветное (черно-белое) растровое изображение имеет размер 10 × 10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
Задание 5. Рассчитайте информационный объем 256-цветного изображения размером 10 × 10 точек.
Задание 6. Скорость передачи данных по локальной сети — 16 млн бит в секунду. Ученик перекачал игру за 5 мин. Какой объем скачанной информации?
При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. С помощью органов чувств человек воспринимает информацию в аналоговом виде. Зрение воспринимает объекты непрерывно. То же можно сказать и про звуки, вкусовые и осязательные ощущения и т. п. Если же разным цветам дать номера, а музыку записать нотами, то аналоговую информацию можно преобразовать в дискретную и представить в цифровой форме. Вся информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1, которые принято называть двоичными цифровыми или битами.
Кодирование — преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т. е. двоичный код.
Декодирование — преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.
Способы кодирования и декодирования информации в компьютере зависят от вида информации: числа, текст, графика или звук. Кодирование текстовой информации При разработке первых компьютеров фирмы IBM для представления символов в компьютере был использован Американский стандартный код для обмена информацией (ASCII — American Standard Code for Information Interchange). В коде ASCII для кодирования одного символа требуется 1 байт информации (1 байт = 8 бит). Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 28 = 256 различных символов. Первые 32 кода используются для управляющих сигналов. Коды 32–127 служат для букв латинского алфавита, цифр, знаков препинания, знаков арифметических действий, скобок и т. д.
Оставшуюся вторую половину кодов (коды 128–255) используют для представления символов псевдографики, математических знаков и некоторых символов из языков, отличных от английского (греческих букв, немецких умляутов, диакритических знаков и т. п.). Было введено в употребление несколько кодовых таблиц, в которых часть кодов из второй половины кодовой таблицы используется для представления символов национальных алфавитов. Появилось несколько разных таблиц с символами кириллицы: KOI8–R, CP–1251 и др.
Кодирование графической информации
Растровое изображение состоит из точек. Для черно-белого изображения каждая точка может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать одной из двух цифр — 0 или 1. Поэтому для кодирования этой информации нужен 1 бит. Количество битов, используемых для кодирования цвета одного пикселя, называют глубиной цвета. Глубина цвета для 2-цветного изображения равна 1 биту; для 4-цветного изображения — 2 битам; для 8-цветного изображения — 3 битам; для 16-цветного — 4 битам; для 256-цветного — 8 битам
(1 байт). Информационный объем растрового изображения определяется как произведение количества точек на глубину цвета. Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов. В векторном способе кодирования изображение состоит из простых объектов (геометрических фигур, кривых и прямых линий), которые хранятся в памяти компьютера в виде математических формул и геометрических абстракций, таких как круг, квадрат, эллипс и подобных фигур.
Кодирование звука
Если преобразовать звуковую волну в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), то получим плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой — аналоговый — сигнал нужно преобразовать в последовательность двоичных чисел. Делается это, например, так: измеряется напряжение через равные промежутки времени и полученные значения записываются в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его, — аналого-цифровым преобразователем (АЦП).
Чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно сделать обратное преобразование (для этого служит цифро-аналоговый преобразователь — ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.
Задание 1. Вставьте пропущенные слова.
Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, — это пример ...(аналогового, дискретного) представления графической информации.
Изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета, — это пример ... (аналогового, дискретного) представления графической информации.
Задание 2. Определите, какой объем в памяти компьютера занимают сообщения.
1 сентября — День знаний.
(Ответ: байт.)
Здравствуй, школа!
(Ответ: бит.)
Задание 3. С помощью кодовой таблицы закодируйте фразы.
Береги честь смолоду.
Труден лишь первый шаг.
Чалавек без працы, што птушка без крылаў.
Men learn while they teach.
Задание 4. Используя кодовую таблицу, декодируйте фразы.
196 240 243 231 252 255 32 239 238 231 237 224 254 242 241 255 32 226 32 225 229 228 229 46
211 32 224 228 237 238 32 226 243 245 224 32 162 226 224 233 248 235 238 32 150 32 243 32 228 240 243 227 238 229 32 226 251 233 248 235 224 46
76 105 118 101 32 97 110 100 32 108 101 97 114 110 46
Задание 4. Двухцветное (черно-белое) растровое изображение имеет размер 10 × 10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
Задание 5. Рассчитайте информационный объем 256-цветного изображения размером 10 × 10 точек.
Задание 6. Скорость передачи данных по локальной сети — 16 млн бит в секунду. Ученик перекачал игру за 5 мин. Какой объем скачанной информации?
Комментарии
Отправить комментарий