Учебный элемент по кодированию данных

УЧЕБНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Н

Информация. Свойства информации, информационные объекты различных видов.

аименование:

Профессия : техник-строитель

Отрасль (подотрасль): строительство

03 - 01

Учебный элемент разработала преподаватель «Информатики» Терехова С.Ю.

Учебный элемент

Стр.

1Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Цели:

Студент должен знать:

• Свойства информации

• Виды информации и принципы ее кодирования.

• Единицы измерения информации.

• Системы кодирования данных.

Сопутствующие учебные элементы и пособия.

1. Е.В. Михеева «Информатика»

2. Угринович Н. «Информатика и информационные технологии»

3. Симонович С., Евсеев Г., «Общая информатика»

Учебный элемент

Стр.

2Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Понятие информации.

Ключевым понятием информатики явля­ется понятие информации, с которым мы сталкиваемся ежеднев­но, однако единого ее определения до сих пор не существует. По­этому вместо определения обычно используют понятие об ин­формации.

Первоначально под информацией (от лат. informatio - разъяс­нение, изложение, сообщение, осведомление) понимались све­дения, передаваемые людьми различными способами: устно, с помощью сигналов или технических средств.

Федеральный закон от 27.07.2006 № 149-ФЗ «Об информации, информатизации, информационных технологиях и о защите ин­формации» определяет информацию следующим образом.

Информация - сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления.

Информатизация - организационный социально-экономиче­ский и научно-технический процесс создания оптимальных усло­вий для удовлетворения информационных потребностей и реали­зации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объеди­нений на основе формирования и использования информацион­ных ресурсов.

Основные понятия, определения и термины информатики также определяются ГОСТ 15971-90 «Системы обработки информации. Термины и определения», согласно которому, информация - это сведения о фактах, концепциях, объектах, событиях и идеях, ко­торые в данном контексте имеют вполне определенное значение.

Отметим, что информация - это не просто сведения, а сведения нужные, имеющие значение для лица, обладающего ими. В этих определениях информации отражены основные важные свойства понятия информации.

Во-первых, информация не является материальным объектом, ее передают от одного человека к другому, при этом первый ее не утрачивает. В результате передачи оба эти человека будут владеть переданной информацией. Информация - единственный ресурс,

который при передаче не уменьшается, а только увеличивается.

Во-вторых, для передачи информация должна быть представ­лена на каком-нибудь материальном носителе.

В-третьих, содержание информации должно быть неизменным при ее переносе с одного носителя информации на другой.

Учебный элемент

Стр.

3Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Информационное сообщение.

С практической точки зрения ин­формация всегда представляется в виде сообщения. Информаци­онное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщений и каналом связи (рис. 1).

Сообщение от источника к приемнику передается в матери­ально-энергетической форме (электрический, световой, в виде звуковых сигналов и т.д.). В зависимости от вида сигнала, опреде­ляемого свойствами передающего устройства, различают непре­рывную (аналоговую) и дискретную (цифровую) информацию.

Источником аналоговой информации обычно являются раз­личные природные объекты (например, температура, давление и влажность воздуха), объекты технологических производственных процессов (например, нейтронный поток в активной зоне, дав­ление и температура теплоносителя в контурах ядерного реакто­ра) и др.

Информационные сообщения, используемые человеком, име­ют характер дискретных сообщений, например сигналы тревоги, передаваемые посредством световых сообщений, телеграфные сигналы, языковые сообщения, передаваемые в письменном виде или с помощью звуковых сигналов и др.

Человек воспринимает сообщения при помощи органов чувств, и, как правило, в основном это непрерывная информация, а вот логическое мышление человека имеет, скорее, дискретный ха­рактер.

Приемники аналоговой информации обычно воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистриру­ющей аппаратуры. Приемники цифровой информации, например компьютеры, воспринимают сообщения в виде чисел и обраба­тывают информацию с помощью электрических сигналов.

Учебный элемент

Стр.

4Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Свойства и носители информации.

Свойства информации.

При работе с информацией и разработ­ке информационных систем и технологий важно оценить свой­ства поступающей, хранимой и передаваемой информации.

Сформулируем следующие определения свойств информации.

Адекватность - свойство информации однозначно соответство­вать отображаемому объекту или явлению.

Достоверность - свойство информации не иметь скрытых оши­бок.

Полнота - свойство информации исчерпывающе характери­зовать отображаемый объект или процесс.

Доступность - свойство информации, характеризующее воз­можность ее получения данным пользователем.

Релевантность - способность информации соответствовать за­просам пользователя.

Качество информации - обобщенная положительная характеристика информации, отражающая степень ее полезности.

Актуальность информации - степень соответствия информа­ции текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации.

Существуют еще и другие, менее существенные свойства ин­формации.

Краткость и четкость информации - отсутствие в информа­ции ненужных сведений.

Ценность - степень важности информации для решения задачи.

Понятность - выражение информации на языке, понятном тем, кому она предназначена.

Своевременность - актуальность информации и наличие в ней сведений, необходимых в данный момент для понимания и при­нятия решения.

В каждом конкретном случае нужно учитывать только те свой­ства информации, которые действительно оказывают влияние на рассматриваемую систему или технологию.

Учебный элемент

Стр.

5Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Информационные процессы растянуты во времени, поэтому достоверная и адекватная, но устаревшая информация может при­вести к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разра­ботки) адекватного метода для работы с данными может привес­ти к такой задержке получения информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны мно­гие современные системы шифрования данных с открытым клю­чом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, естественно, связанную с ней практическую ценность. Одним из способов пре­вращения информации в сообщение является запись ее на мате­риальном носителе. Если мы применяем материальные носители, предназначенные для использования в компьютерной технике, то мы имеем дело с данными.

Данные - это информация, представленная в виде, пригодном для обработки ее автоматическими средствами при возможном участии человека.

Операции с данными.

В ходе информационного процесса дан­ные преобразуются из одного вида в другой. Обработка данных включает в себя следующие операции.

Сбор данных - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений.

Формализация данных - приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме для того, чтобы сделать их сопоставимыми между собой.

Сортировка данных - упорядочивание данных по заданному признаку с целью удобства их использования; сортировка данных повышает доступность информации.

Фильтрация данных - отсеивание лишних данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом достовер­ность и адекватность данных должны возрастать.

Архивация данных - организация хранения данных в компакт­ной сжатой форме; архивация данных повышает общую надеж­ность информационного процесса и используется для снижения затрат по хранению данных.

Защита данных - комплекс мер, направленных на предотвра­щение утраты, воспроизведения и изменения данных.

Учебный элемент

Стр.

6Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Преобразование данных - перевод данных из одной формы в другую; преобразование данных часто связано с изменением типа носителя.

Прием и передача данных - процессы, осуществляемые между участниками информационного процесса; при этом источник дан­ных в информатике принято называть сервером, а потребителя ­клиентом.

Носители данных.

Самым распространенным носителем дан­ных, хотя и не самым экономичным, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характерис­тик ее

поверхности. Для хранения компьютерных данных исполь­зуются специальные носители, на которых сохраняется кодиро­ванная информация.

В компьютере для хранения информации предназначена па­мять, которая подразделяется на основную (энергозависимую), участвующую только в процессе обработки информации, и вне­шнюю (энергонезависимую).

Внешняя память в зависимости от характера носителя подраз­деляется на несколько типов:

• память на магнитных носителях - гибкие и жесткие магнит­ные диски (винчестеры), ziv-диски и магнитные ленты;

•память на оптических носителях -- компакт-диски с одно­кратной и многократной записью;

• энергонезависимая электронная память - флеш-память. Внешняя память выполняет функции хранения исходных, про­межуточных и окончательных данных в процессе обработки ин­формации, архивного хранения данных и переноса информации с одного компьютера на другой. В каждом из этих случаев приме­няются свои виды внешней памяти.

Фактически единственным типом внешней памяти, использу­емым в процессе обработки информации, являются накопители на жестких магнитных дисках. Их основной характеристикой яв­ляется объем вмещаемой информации.

Это интересно.

Первый жесткий диск был выпущен компанией IBМ в 1956 г. Он назы­вался RАМАС, имел объем памяти 5 Мбайт и был сконструирован из пяти­десяти 24-дюймовых пластин. Ни о каком персональном применении тогда не было и речи.

Учебный элемент

Стр.

7Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Для архивного хранения данных долго использовались магнит­ные ленты и гибкие магнитные диски (дискеты). В последние

годы дискеты постепенно утрачивают функцию архивного хранения, так как имеют небольшую емкость (1,44 Мбайт), но ими еще пользуются из-за низкой стоимости носителя. Оптические диски, стоимость которых сейчас резко снизилась, все больше использу­ются для архивного хранения.

Средства переноса данных отличаются большим разнообрази­ем. Дискеты по-прежнему сохраняют свое значение в качестве наи­более удобного средства переноса небольших объемов информа­ции. Это связано с тем, что их можно использовать на любом компьютере, в отличие от других носителей, требующих наличия на компьютере дополнительных аппаратных или программных возможностей.

Удобным и дешевым средством переноса информации являются записываемые и перезаписываемые оптические диски, но они требуют наличия пишущего оптического дисковода и соответству­ющего программного обеспечения. Еще более удобным средством переноса информации являются устройства флэш-памяти с USB­интерфейсом (USВ-брелки) и карты флэш-памяти с USВ-пере­ходником, Для переноса больших объемов информации, измеряемых десятками гигабайтов, используются внешние накопители на жестких маг­нитных дисках (портативные винчестеры и ziv-диски), оборудо­ванные средствами для подключения к компьютеру через внешние

разъемы.

От свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Задача преобра­зования данных с целью смены носителя является одной из ос­новных задач информатики.

Перерабатываемая информация связана с различными мате­риальными носителями, однако главную роль в информационных технологиях играет не сам носитель, а связанная с ним информация.

Учебный элемент

Стр.

8Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Виды информации и ее кодирование.

Виды информации.

Обычно для классификации объектов одной природы используется то или иное свойство либо набор свойств объектов. Нас интересует классификация информации в плане автоматизации основных информационных процессов.

Первоначально вычислительные машины применялись только для обработки числовой информации, однако довольно быстро выяснилось, что их возможности не ограничиваются только работой с числами.

15

Далеко не вся информация окружающего нас мира может быть обработана компьютером, ведь пока не придумали такого компьютера, который мог бы чувствовать или наслаждаться произведе­ниями искусства. Поэтому, говоря об информации, необходимо выделить те ее виды, которые компьютер воспримет и позволит человеку использовать свои ресурсы для обработки, хранения и передачи такой информации.

Компьютер может работать с текстовой, числовой, табличной, графической информацией, а также со звуковой, анимационной и видеоинформацией. Также компьютер воспринимает специаль­ную двоичную информацию.

В настоящее время практически все компьютерные технологии ограничиваются обработкой перечисленных видов информации. С развитием компьютерной техники увеличиваются объемы пере­рабатываемой информации. И хотя современные компьютеры мо­гут делать очень много, все же их возможности не безграничны. Наибольший эффект от применения компьютера будет там, где оправдано его применение.

Понятие кодирования.

Кодирование информации - это преобра­зование одной последовательности сигналов в другую.

Под коди­рованием данных понимается выражение данных одного типа че­рез данные другого типа. Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления, поэтому обычно используется прием кодирования.

Учебный элемент

Стр.

9Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Человеческие язык - это система кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.

Азбука - это система коди­рования компонентов языка с помощью графических символов.

Своя система существует и в вычислительной технике. Она на­зывается двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух цифр: О и 1.

Для представления дискретной информации в компьютере при­меняется алфавитный способ, основанный на использовании фиксированного конечного набора символов (алфавита). Примерами алфавитов могут служить алфавиты естественных человече­ских языков, совокупность десятичных цифр, любая другая упо­рядоченность знаков, предназначенная для образования и пере­дачи сообщений. Символы из набора алфавита называются буква­ми, а любая конечная последовательность букв - словом в этом алфавите. При этом не требуется, чтобы слово обязательно имело языковое смысловое значение.

Процесс преобразования информации часто требует представ­лять буквы одного алфавита средствами (буквами, словами) дру­гого алфавита. Такое представление и называется кодированием. Процесс обратного преобразования информации относительно ранее выполненного кодирования называется декодированием.

Предыстория кодирования информации.

Люди общаются в ос­новном с помощью сказанных или написанных слов. Эта система нормально работает, когда все участники находятся поблизости друг от друга (в пределах слышимости или видимости). А если мы хотим связаться с удаленным собеседником? С древних времен до XIX в. для этой цели использовались курьеры с устными или пись­менными сообщениями. Такая связь работала неплохо, хотя часто слишком медленно; к тому же сообщение или курьер до адресата порой не доходили.

Шло время, развивались технологии, и люди изобретали различные коммуникационные приспособления. В доиндустриальную эпоху для передачи сообщений на большие расстояния использо­вали устройства наподобие маяков. Индейцы Северной Америки применяли дымовые сигналы, в армиях для передачи сообщений использовали флаги и зеркала. Создавались и хитроумные меха­низмы для передачи сообщений на все увеличивающиеся расстояния.

Учебный элемент

Стр.

10Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Техническая революция сопровождалась распространением электричества и телеграфа, позволявшего мгновенно передавать сообщения на очень большие расстояния по одному проводу. Те­перь уже не нужно было видеть человека на другом конце провода или посылать к нему посредника-почтальона. Телеграф и дымо­вые сигналы имеют одно общее свойство - им требуется некото­рый код, чтобы перевести человеческий язык в форму, которую мог бы передать механизм или телеграфный аппарат. На принима­ющем конце этот код необходимо перевести обратно на челове­ческий язык. Уже в ранних коммуникационных устройствах сфор­мировались две идеи, которые легли в основу современных компьютеров:

1) цифровой (digital), т. е. дискретный, код, основанный на двух

состояниях (включено-выключено, или О и 1;

2) специализированный машинный язык (обычно цифровой),

используемый машиной для обработки данных.

Телеграф и первые радиостанции применяли для передачи со­общений специальный код - азбуку Морзе, названную по имени ее создателя Сэмюэла Ф. Б. Морзе. В ней с каждой буквой алфави­та сопоставлена комбинация точек (коротких импульсов) и тире (длинных импульсов). Импульсы передаются по проводам в опре­деленной последовательности, которую оператор на принима­ющем устройстве переводит обратно в буквы и слова. Как прави­ло, оператор использует справочник по кодам, но опытные опе­раторы знают код настолько хорошо, что могут расшифровывать каждый символ по памяти.

Современные компьютеры похожи на ранний телеграф, ведь они передают информацию по проводам в цифровой форме, ис­пользуя специальный код. Но если основная задача телеграфа передавать информацию на далекие расстояния, то компьютер передает данные внутри себя. При этом компьютер использует другой кодовый язык и несколько проводов, а не один, как телеграф.

Учебный элемент

Стр.

11Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Кодирование данных двоичным кодом.

На современном языке телеграф можно назвать устройством для цифровой последова­тельной связи. Связь является цифровой, потому что в ней ис­пользуется дискретный (включено-выключено) код; последова­тельной, потому что элементы языка (точки и тире) отправляют­ся последовательно один за другим.

Если мы разработаем код, в котором каждая буква алфавита будет представлена комбинацией из восьми элементов (О или 1), и будем отправлять их один за другим, то мы создадим цифровое последовательное устройство. При наличии единственного провода такой способ связи работа­ет прекрасно, но медленно (ведь нам приходится посылать по очереди восемь единиц информации, чтобы передать одну бук­ву). А если вместо одного у нас было бы восемь проводов? Тогда мы могли бы передать все восемь элементов сразу, или параллель­но. Именно так данные передаются в компьютере.

Кодирование может производиться без потери и с потерями информации. Так, преобразование принципиально различных ви­дов информации - непрерывной в дискретную (аналого-цифро­вое преобразование (АЦП)). и дискретной в непрерывную (циф­роаналоговое преобразование (ЦАП)) - возможно только с по­терей информации.

К кодированию можно отнести и сжатие (архивацию) инфор­мации. Сжатие - это устранение избыточности информации, например за счет упрощения кодов путем исключения из них по­стоянных битов.

Другой разновидностью кодирования является введение избы­точной информации, что широко применяется в криптографии. Примерами такого кодирования могут служить электронный сер­тификат, цифровая подпись и шифрование.

Учебный элемент

Стр.

12Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Измерение информации

Системы счисления.

Для записи чисел люди используют раз­личные системы счисления. Система счисления показывает, по каким правилам записываются числа и как выполняются арифме­тические действия над ними.

Обычно мы используем десятичную систему записи чисел, при которой число записывается с помощью 10 цифр (О, 1, ... ,9). Для счета времени в часах используется двенадцатеричная система счис­ления, в минутах и секундах - шестидесятеричная.

И десятичная, и двоичная системы счисления относятся к по­зиционным, т. е. значение цифры зависит от ее расположения в записи числа. Место цифры в записи числа называется разрядом, а количество цифр в числе -

разрядностью числа. Разряды нумеру­ются справа налево; каждому разряду соответствует степень осно­вания системы счисления.

В компьютере для записи чисел используется двоичная система счисления, т.е. любое число записывается в виде сочетания двух цифр: О и 1, которые называются двоичными цифрами (binагу digit, или сокращенно bit).

Единицы информации.

Бит (bit) - это наименьшая единица информации, распознаваемая компьютером. Это нечто вроде лам­пы, которая может быть либо включена, либо выключена. Биты используются при передаче информации по однопроводной теле­графной системе.

Это интересно

В 1946 г. математик из Принстонского университета Джон Таки впер­вые использовал в одной из своих статей термин «bit» (бит).

Одним битом могут быть выражены два понятия: О или 1 (да или нет, истина или ложь, черное или белое и т.д.). Если количе­ство битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре раз­личных понятия. Тремя битами можно закодировать восемь раз­личных значений.

Байтом (byte) называется группа из восьми битов, необходи­мая для представления одного символа информации. Нажатие од­ной клавиши на клавиатуре эквивалентно отправке одного байта информации центральному процессору компьютера.

Байт - это стандартная единица измерения памяти в компьютере. Обычно ее объем выражается в килобайтах (Кбайт) или мегабайтах

Учебный элемент

Стр.

13Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

(Мбайт).

Единицы компьютерной памяти и их значения:

• бит - наименьшая единица информации, сокращение для binагу digit (двоичной цифры);

• тетрада - 4 бит (половина байта);

• байт - 8 бит (один символ равен 8 бит);

• слово - 16 бит (на больших компьютерах длина слова достигает 64 бит);

• килобайт (Кбайт) - 1024 байт.

Более крупные единицы обозначаются добавлением префик­сов мега (М), гига (Г), тера (Т).

1 Мбайт = 1048576 байт (приблизительно миллион байтов, или 1024 Кбайт, или 2¹⁰ Кбайт);

1 Гбайт = 1073741 824 байт (приблизительно миллиард байтов, или 1024 Мбайт, или 2¹⁰ Мбайт);

1 Тбайт = 1 024 Гбайт (или 2¹⁰ Гбайт).

Двоичный код.

Как уже отмечалось ранее, бит существует в двух состояниях: «включено» или «выключено». Для наглядного представления байтов используются цифры: 1 - включено; О ­- выключено.

Далее представлен один байт информации, в котором все во­семь битов имеют нулевые значения. В двоичной системе счисле­ния это соответствует нулю.

О О О О О О О О

Двоичная система счисления похожа на десятичную (decimal), которую мы используем в повседневной жизни. Приставка «dec» означает 10, т. е. эта система счисления основана на числе 10. Дво­ичная (binary) система основывается на 2 «bi» означает 2, как в слове «бинокль»).

Первая цифра справа в представлении байта - это столбец единиц; значения в этом столбце равны 1 или О. Второй столбец представляет двойки и принимает значение 1 или О. Следующие столбцы соответствуют 4, 8, 16 и Т.д. Значение каждого столбца равно удвоенному значению столбца справа; 2 - это основа дво­ичной системы.

Максимальное число, которое можно представить одним бай­том, - 256.

Учебный элемент

Стр.

14Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Компьютеры - это машины, и для связи им требуется соб­ственный машинный язык. Компьютерный язык называется дво­ичным (binary); структурные элементы, на которых он основан, могут находиться в двух состояниях: «включено» или «выключе­но».

Компьютеры должны работать с разнообразной информацией, поэтому им нужен код, преобразующий человеческий язык в ма­шинный. Таким кодом является код ASCIl (American Standard Code fог Information Interchange - стандартный код информационного обмена США).

Системы кодирования данных

Кодирование целых и действительных чисел. Целые числа коди­рyютcя двоичным кодом достаточно просто: необходимо взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность

остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образу­ет двоичный аналог десятичного числа.

Для кодирования целых чисел от О до 255 достаточно иметь восемь

разрядов двоичного кода (8 бит). 16 бит позволяют закоди­ровать целые числа от О до 65535, а 24 бит - более 16,5 млн. различных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разряд­ное кодирование. При этом число предварительно преобразовы­вают в нормализованную форму:

5,12345678 = 0,512345678·10¹;

500 000 = 0,5· 10⁶.

Первая часть числа называется мантиссой, а вторая - харак­теристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения ман­тиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количе­ство разрядов отводят для хранения характеристики.

Универсальная система кодирования (код ASCII).

С помощью двоичного кода можно кодировать текстовую информацию, если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое чис­ло. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватает, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков как строчные, так и прописные, а также знаки препина­ния, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.

Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые дан­ные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий

Учебный элемент

Стр.

15Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

между символами национальных алфавитов.

Институт стандартизации США ввел в действие систему коди­рования ASCII, в которой закреплены две таблицы кодирования: базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения ко­дов от О до 127, а расширенная таблица относится к символам с номерами от 128 до 255.

Базовая таблица системы ASCII содержит 128 кодов.

Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производите­лям аппаратных средств. В этой области размещаются управля­ющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков.

С 32-го по 127-й код размещены коды символов английского ал­фавита, знаков препинания, арифметических действий и некото­рых

вспомогательных символов.

Кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена компанией Мiсrosоft. Учитывая ши­poкoe распространение операционных систем и других продуктов

этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла ши­рокое распространение. Кодировка символов русского языка за­креплена в расширенной таблице кодирования системы ASCII с 192-го по 255-й код.

Большинство систем распознают 256 кодов: 128 стандартных и 128 дополнительных из расширенного набора символов.

Поскольку одному байту соответствует один символ, для пред­ставления строки из четырех символов необходимо 4 байт. Вот как выглядит, например, группа символов А12В, состоящая из букв и цифр, в кодировке ASCII:

В компьютерном тексте, в отличие от текста, напечатанного на пишущей машинке, «пробел» - это значащий символ и, как любой другой символ, он имеет соответствующее двоичное представле­ние. При автоматизированной обработке информации отсутствие или наличие пробела играет важную роль, иногда приводя к пу­танице и сбивая с толку пользователей-новичков.

Буквам верхнего и нижнего регистров соответствуют разные коды ASCII. Например, прописной букве D соответствует код 68, а строчной d - 100.

Для кодирования букв русского алфавита чаще всего на прак­тике используется кодировка Windows-1251, однако существуют и другие

Учебный элемент

Стр.

16Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

системы кодировки. Распространенной является коди­ровка КОИ-8 (код обмена информацией восьмизначный). Ее про­исхождение относится к временам действия Совета экономиче­ской взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня ко­дировка КОИ-8 широко распространена в компьютерных сетях на территории России.

Международный стандарт, в котором предусмотрена кодиров­ка символов русского языка, называется ISO (Intеrпаtional Standard Organization - Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко.

Следует всегда помнить, что компьютеры - это только маши­ны, они не понимают единиц и нулей, зато они способны интер­претировать электрическое напряжение, воспринимая его нали­чие как 1, а отсутствие -

как 0 . Эта технология и позволяет ком­пьютерам обрабатывать информацию.

Кодирование графических данных.

Напечатанное на бумаге чер­но-белое графическое изображение состоит из мельчайших то­чек - пикселов (picture element - элемент изображения), образу­ющих характерный узор, называемый растром.

Растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных, поскольку линейные ко­ординаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел. Общепринятым на се­годняшний день считается представление черно-белых иллюстра­ций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета. Сле­довательно, для кодирования яркости любой точки обычно дос­таточно 8-разрядного двоичного числа.

21

Учебный элемент

Стр.

17Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Цветные изображения формируются в соответствии с двоич­ным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цвет­ные изображения могут иметь различную глубину цвета, задавае­мую количеством бит для кодирования цвета точки. Так, для глу­бины цвета 8 количество отображаемых цветов составляет 2⁸ = 256.

Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными чис­лами называется режимом High Color.

Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Для кодирования цветных графических изображений применя­ется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. Считается, что любой цвет, видимый человече­ским глазом, можно получить путем механического смешивания этих трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Вlиe). Такая система кодирования получила название RGB (по первым буквам основных цветов).

RGВ-модель представления цвета приведена в таблице. 1. Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, т.е. цвет, дополняющий основной цвет до белого. Как следует из таблицы 1, для любого из основных цве­тов дополнительным будет цвет, образованный

суммой пары ос­тальных основных цветов. Соответственно дополнительными цве­тами являются голубой (Суаn), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow).

Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляю­щие

компоненты можно применять не только для основных цве­тов, но и для дополнительных, т.е. любой цвет можно предста­вить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющих.

Интенсивность

Цвет

Красный

Зеленый

Синий

Черный

00000000

00000000

00000000

Красный

11111111

00000000

00000000

Зеленый

00000000

11111111

00000000

Синий

00000000

00000000

11111111

Голубой

00000000

11111111

11111111

Пурпурный

11111111

00000000

11111111

Желтый

11111111

11111111

00000000

Белый

11111111

11111111

11111111

Учебный элемент

Стр.

18Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в поли­графии используется еще и четвертый цвет - черный (Вlack). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя бук­вами СМYК (черный цвет обозначается по последней букве в на­звании цвета - буквой К, потому что буква В уже обозначает синий цвет). Для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим также называется полноцветным.

Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокра­щается.

Качество изображения определяется разрешающей способнос­тью монитора, т. е. количеством точек в строке и строк растра. Обычно в мониторах используют разрешающую способность эк­рана 800х600, 1024х768 или 1280х960. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, напри­мер разрешением 1024х768 и качеством цветопередачи 32 бит на точку. Необходимый объем видеопамяти составит:

32х 1024х768 = 25 165824 бит = 3 145728 байт = 3072 Кбайт = = 3 Мбайт.

Кодирование звуковой информации.

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику позже других. В отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписи не было такой длительной и проверенной истории кодирования. Поэтому методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Боль­шое количество компаний разработали свои корпоративные стан­дарты, но среди них можно выделить два основных направления: метод разложения на гармонические сигналы (частотной модуля­ции) и метод таблично-волнового синтеза.

Учебный элемент

Стр.

19Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Метод частотной модуляции (FM -Frequency Modulation) ос­нован на том, что теоретически любой сложный звук можно раз­ложить на последовательность простейших гармонических сигна­лов разных частот, каждый из которых представляет собой пра­вильную синусоиду, а следовательно, может быть описан число­выми параметрами, т. е. кодом.

В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т. е. являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства - аналогово-цифровые преобразователи. Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодиро­ванного числовым кодом, выполняют цифроаналоговые преобра­зователи.

При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозапи­си обычно получается не вполне удовлетворительным и соответ­ствует качеству звучания простейших электромузыкальных инст­рументов. Данный метод кодирования обеспечивает компактный код, поэтому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично-волнового синтеза (Wave-Тablе) лучше соот­ветствует современному уровню развития техники. В заранее под­готовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсив­ность звука, динамику его изменения, некоторые параметры сре­ды, в которой происходит звучание, и другие параметры, харак­теризующие особенности звучания.

К

ачество звука при использовании этого метода получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных му­зыкальных инструментов.

Учебный элемент

Стр.

20Наименование : Информация

Профессия : техник-строитель

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое Информация и Информатизация?

2. В какой форме передается информация от источника к приемнику?

3. Какие свойства Информации вы знаете? Перечислите и дайте им характеристику.

4. Что собой представляют Данные?

5. Какие операции включает в себя обработка данных?

6. Какие виды носителей данных вы знаете?

7. Какие виды информации вы знаете?

8. Что понимают под кодированием данных?

9. Какие единицы измерения информации вы знаете?

10. В чем разница между кодированием целых и действительных чисел?

11. Что собой представляет система кодирования ASCII?

12. Как кодируется графическое изображение? В чем разница между моделями RGB и CMYK?

13. Что собой представляет метод частотной модуляции при кодировании звука? В чем его недостаток?

14. Что собой представляет метод таблично-волнового синтеза при кодировании звука? В чем его преимущества?