Как кодируется информация и в чем она измеряется

Введение

Для того чтобы сохранить информацию, ее надо закодировать. Любая информация всегда хранится в виде кодов.

Код - набор условных обозначений для представления информации.

Кодирование - процесс представления информации в виде кода.

Для общения друг с другом мы используем код - русский язык. При разговоре этот код передается звуками, при письме - буквами.

Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар. Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги в виде сигналов светофора.

Закодировать можно и звуковую информацию: для этого существует особый метод кодирования - нотная грамота.

Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры.

В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.

Таким образом, кодирование сводится к использованию совокупности символов по строго определенным правилам.

Кодировать информацию можно различными способами: устно; письменно; жестами или сигналами любой другой природы.

Единицы измерения информации

В качестве единицы информации условились принять один бит (английский bit - binary, digit - двоичная цифра).

Бит в теории информации - количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений.

В вычислительной технике битом называют наименьшую ;порцию; памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков ;0; и ;1;, используемых для внутри машинного представления данных и команд.

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и тому подобное).

Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 011 100 101 110 111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N=2^m

где N - количество независимых кодируемых значений; m - разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Бит - слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица - байт, равная восьми битам.

Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера:

258=2⁸

Широко используются также еще более крупные производные единицы информации:

В последнее время в связи с увеличением объемов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

Как кодируется текстовая информация

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию.

Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт=8 бит.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможных сочетаний в байте равно:

2⁸=256

Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и так далее

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 начертанию, а компьютер - по их коду.

Важно, что присвоение символу конкретного кода - это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице.

Кодирование текстовой информации с помощью байтов опирается на несколько различных стандартов, но первоосновой для всех стал стандарт ASCII (American Standart Code for Information Interchange), разработанный в США в Национальном институте ANSI (American National Standarts Institute).

В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования - базовая и расширенная.

Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

Первые 33 кода (с 0 до 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.

Как кодируется графическая информации

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (пикселей).

Каждому пикселю присвоен код, хранящий информацию о цвете пикселя.

Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: «белый» или «черный».

Тогда для его кодирования достаточно 1 бита: 1 - белый, 0 - черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому 1 бита на пиксель - недостаточно.

Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния.

Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:

00 - черный

10 - зеленый

01 - красный

11 - коричневый.

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего.

Из трех цветов можно получить восемь комбинаций:

• Черный - 0 0 0
• Синий - 0 0 1
• Зеленый - 0 1 0
• Голубой - 0 1 1
• Красный - 1 0 0
• Розовый - 1 0 1
• Коричневый - 1 1 0
• Белый - 1 1 1

Следовательно, для кодирования 8-цветного изображения требуется три бита памяти на один пиксель.

Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности, тогда количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно.

Также графическая информация может быть представлена в виде векторного изображения.

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг.

Положение этих элементарных объектов определяется координатами точек и длиной радиуса.

Для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет.

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, то есть количеством точек, из которых оно складывается.

Чем больше разрешающая способность, то есть чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображение.

Как кодируется звуковая информация

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.

Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме.

Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины.

Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера.

Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.