Кодирование числовой информации

Определение понятие информации, ее виды и свойства

Информация –это осознанные сведения об окружающем мире, кот. являются О. хранения, преобразования, пе­редачи и использования. Сведения – это знания, выраженные в сигналах, сообщениях, известиях, уведомлениях и т.д. Каждого человека в мире окружает море информации различ­ных видов. Мозг чело­века хранит множество информации, и использует для хранения ее свои способы, основа которых –

двоичный код, как и у компьютеров. Человек всегда стремился иметь возможность поделиться своей ин­формацией с другими людьми и найти надежные средства для ее пе­редачи и долговременного хранения. Основные виды информациипо ее форме представления, спо­собам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это: графическаяилиизобразительная – первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков;

– звуковая– мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретением звукозаписывающих устройств в 1877 г.;

– текстовая – способ кодирования речи человека специальными символами – буквами,

– числовая – количественная мера объектов и их свойств в окру­жающем мире;

– видеоинформация– способ сохранения движущихся картин окру­жающего мира, появившийся с изобретением кино.

Хранение информации при использовании компьютеров осуще­ствляется на магнитных дисках или лентах, на лазерных дисках (CD и DVD), специальных устройствах энергонезависимой памяти (флэш-память и пр.).

Хранение информации при использовании компьютеров осуще­ствляется на магнитных дисках или лентах, на лазерных дисках (CD и DVD), специальных устройствах энергонезависимой памяти (флэш-память и пр.). Эти методы постоянно совершенствуются, изобрета­ются новые устройства и носители информации. Обработку информа­ции (воспроизведение, преобразование, передача, запись на внешние носители) выполняет процессор компьютера. С помощью компьютера возможно создание и хранение новой информации любых видов, для чего служат специальные программы, используемые на компьютерах, и устройства ввода информации.

Особым видом информации в настоящее время можно считать информацию, представленную в глобальной сети Интернет. Здесь ис­пользуются особые приемы хранения, обработки, поиска и передачи распределенной информации больших объемов и особые способы ра­боты с различными видами информации.

Кодирование информации

Вся информация, которую хранит, обрабатывает и передает по сетям компьютер, представлена в виде двоичных чисел. Существуют международные стандарты и методы кодирования текстовой, числовой, изобразительной, звуковой и видеоинформации.

Для кодирования букв и других символов, используемых в пе­чатных документах, необходимо закрепить за каждым символом чи­словой номер – код.

Первой 7-разрядной кодовой таблицей была ASCII (American Standard Code for Information Interchange), опубликованная как стандарт в 1963 г. американской организацией по стандартизации American Standards Association (ASA), которая позднее стала имено­ваться ANSI. Таблица содержала 32 кода команд или управляющих символов (от 0 до 31), большая часть которых сегодня не используется, и 95 кодов (от 33 до 127) для различных знаков, достаточных для работы с английскими текстами. В последующем данная таблица ASCII была принята как стан­дарт ведущими международными организациями по стандартизации:

ISO/IEC 646:1991(ISO – http://www.iso.org/ – International Organization for Standardization. Для нашей страны и многих других стран необходимо было добавить в кодовую таблицу символы национальных алфавитов. Для этого было предложено использовать 8-битную кодовую таблицу, которая могла содержать дополнительно еще 128 символов (с 128 по 255).

В дальнейшем был принят стандарт на 8-битную таблицу ASCII – ISO/IEC 8859, в которой первые 128 символов оставались те же, что и в 7-битной таблице, а символы с 128 по 255 отводились для неанглийских символов.

Первые русские ЭВМ использовали 7-битную кодировку символов КОИ-7 ,в которой присутствовали прописные латинские буквы, а на месте строчных латинских были русские прописные буквы (кириллица).

В 1991 году в Калифорнии была создана некоммерческая организация Unicode Consortium, в которую входят представители многих компьютерных фирм (Borland, IBM, Lotus, Microsoft, Novell, Sun, WordPerfect и др.), и которая занимается развитием и внедрением стандарта «The Unicode Standard».

Стандарт кодирования символов Unicode становится доминирующим в интернациональных программных многоязычных средах. Microsoft Windows NT и его потомки Windows 2000, 2003, XP, Vista используют Unicode, точнее UTF-16, как внутреннее представление текста. UNIX-подобные операционные системы типа Linux, BSD и Mac OS X приняли Unicode (UTF-8), как основное представления многоязычного текста.

Unicode резервируют 1114112 (2²⁰+2¹⁶) символов кода, в настоящее время используются более 96000 символов. Первые 256 кодов символов точно соответствуют таковым ISO 8859-1, наиболее популярной 8-разрядной таблицы символов «западного мира»; в результате, первые 128 символов также идентичны таблице ASCII.

Кодирование числовой информации

Числовая информация, как и любая другая, хранится и обрабатывается в компьютерах в двоичной системе счисления – числа представляются в виде последовательностей нулей и единиц.

Существуют два вида чисел и два способа их представления: форма с фиксированной точкой и форма с плавающей точкой. Форма с фиксированной точкой применяется для целых чисел, форма с плавающей точкой – для вещественных (действительных) чисел. Это рациональные и иррациональные числа, у которых может быть как целая, так и дробная часть, записываемая справа от разделителя целой и дробной части.

Целые числа в компьютере хранятся в памяти в формате с фиксированной запятой. В этом случае каждому разряду разрядной сетки соответствует всегда один и тот же разряд числа.

Целые числа без знака(положительные) – для их хранения может отводиться последовательность из 8, 16 или 32-х бит памяти. Например, максимальное 8-битное число A₂ = 11111111₂ будет храниться следующим образом (прямой код):

Целые числа со знаком(могут быть положительные и отрицательные) – при их хранении используется последовательность из 8, 16 или 32-х бит памяти, причем старший бит (первый слева) обозначает знак числа – 0 - положительное, 1 – отрицательное. При записи чисел используется не прямой, а дополнительный код двоичного числа равный 2^N – A, где N – разрядность числа, A – прямой код двоичного числа.

Для того чтобы представить действительное числоX в виде набора целых чисел (двоичных – для представления в компьютерной памяти), его необходимо привести к нормализованной форме:

X = ± M · N^P;

где M – мантисса (дробная часть), N – основание системы счисления, а P – порядок числа.

Для десятичной системы счисления нормальная форма X = ± M · 10^P,для двоичной X = ± M · 2^P.

Например, число 22.22₁₀ в таком виде будет выглядеть, как +0,2222·10² (при записи чисел в памяти ЭВМ ноль и запятая отсутствуют).

Таким образом, действительные число на компьютерах хранится в двоичной системе счисления в виде:

где S – признак знака числа. Поскольку размер памяти, отводимый под мантиссу и порядок, ограничен, то действительные числа представляются с некоторой погрешностью, определяемой количеством разрядов в мантиссе числа, и имеют определенный диапазон изменения,

определяемый количеством разрядов в порядке числа.

Кодирование изображений

Изображение – некоторая двумерную область, свойства каждой точки (pixel, пиксель) которой могут быть описаны (координаты, цвет, прозрачность…).

Множество точек называется растром, а изображение, которое формируется на основе растра, называются растровым. На экране монитора всегда формируется растровое изображение, однако, для хранения может использоваться и векторное представление информация, где изображение представлено в виде набора графических объектов с их координатами и свойствами (линия, овал, прямоугольник, текст и т. п.).

На мониторе и в растровых изображениях число пикселей по горизонтали и по вертикали называют разрешением (resolution). Наиболее часто используются 1024×768 или 1280×800, 1280×1024 (для 15, 1719), 720×576 (качество обычных DVD-фильмов), 1920×1080 и 1920×720.

Для представления цвета используются цветовые модели. Цветовая модель (color model) – это правило, по которому может быть определен цвет. Самая простая двухцветная модель – битовая. В ней для описания цвета каждого пикселя (чёрного или белого) используется всего один бит. Для представления полноцветных изображений используются несколько более сложных моделей. Известно, что любой цвет может быть представлен как сумма трёх основных цветов: красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого цвета представить числом, то любой цвет будет выражаться через набор из трёх чисел. Так определяется наиболее известная цветовая RGB-модель (Red-Green-Blue).

Цветовая модель RGB была стандартизирована в 1931 г. и впервые использована в цветном телевидении. Модель RGB является аддитивной моделью, то есть цвет получается в результате сложения базовых цветов. Кроме растрового изображения на экране монитора существуют графические форматы файлов, сохраняющие растровую или векторную графическую информацию. С такой информацией работают специальные программы, которые преобразуют векторные изображения в растровые, отображаемые на мониторе.