Двоичное кодирование информации
В разговорной речи часто встречаются такие выражения, как передача информации, сжатие информации, обработка информации. В таких случаях всегда идет об определенном сообщении, которое закодировано и передано тем или иным способом.
В вычислительной технике наиболее часто применяется двоичная форма представления информации, основанной на представленные данных последовательностью двух знаков: 0 и 1
Эти знаки называются двоичными цифрами, по — английски — binary digit , или, сокращенно bit (бит).
Также используется восьмеричная форма представления информации (основана на представленные последовательности цифр 0, 1, …, 7) и шестнадцатеричная форма представления информации (основана на представленные последовательностью 0, 1, …, 9, A, B, C, …, F).
Информационным объемом сообщение называется количество битов в этом сообщении. Подсчет информационного объема сообщение является чисто техническим заданием, так как при таком подсчете содержание сообщения не играет никакой роли.
В современной вычислительной технике биты принято объединять в восьмерки, которые называются байтами : 1 байт = 8 бит. Наряду с битами и байтами используют и большие единицы измерения информации.
- 1 bit binary digit {0,1};
- 1 байт = 8 бит;
- 1 Кбайт = 2 10 байт = 1024 байт;
- 1 Мбайт = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайт = 2 20 байт;
- 1 Гбайт = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайт = 2 30 байт;
- 1 Тбайт = 2 10 Гбайт = 1024 Гбайт = 2 40 байт.
- 1 Пбайт = 2 10 Тбайт = 1024 Тбайт = 2 50 байт.
| десятичное число | двоичное число | байт |
| 1 | 1 | 0000 0001 |
| 2 | 10 | 0000 0010 |
| … | … | … |
| 255 | 1111 1111 | 1111 1111 |
С помощью двух бит кодируются четыре различных значения: 00, 01, 10, 11. Тремя битами можно закодировать 8 состояний:
000 001 010 011 100 101 110 111
Вообще с помощью n бит можно закодировать 2n состояний.
Скорость передачи информации измеряется количеством битов, передаваемых за одну секунду. Скорость передачи бит за одну секунду называется 1 Бодом. Производные единицы скорости передачи называются Кбод, Мбод и Гбод:
- 1 Кбод (один килобод) = 2 10 бод = 1024 бит / с;
- 1 Мбод (один мегабод) = 2 20 бод = 1024 Кбод;
- 1 Гбод (один гигабод) = 2 30 бод = 1024 Мбод.
Пример. Пусть модем передает информацию со скоростью 2400 бод. Для передачи одного символа текста нужно передать около 10 битов. Таким образом, модем способен за 1 секунду передать около 2400/10 = 240 символов.
На ЭВМ можно обрабатывать не только числа, но и тексты. При этом нужно закодировать около 200 различных символов. В двоичном коде для этого нужно не менее 8 разрядов ( 28 = 256 ). Этого достаточно для кодирования всех символов английского и русского алфавитов (строчные и прописные), знаков препинания, символов арифметических действий некоторых общепринятых спецсимволов.
В настоящее время существует несколько систем кодирования.
Наиболее распространенными являются следующие системы кодирования: ASCII, Windows-1251, KOИ8, ISO.
ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена)
В системе ASCII закреплены 2 таблицы кодирования: базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, расширенная от 128 до 255.
В первых 32 кодах (0-31) размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно коды не выводятся ни на экран, ни на устройстве печати.
Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита.
Символы национального алфавита размещены в кодах от 128 до 255.
Кодирования Windows-1251 стала стандартом в российском секторе Wold Wide Web .
KOИ8 (код обмена информацией) является стандартным кодированием в сообщениях электронной почты и телеконференций.
ISO ( International Standard Organization ) — международный стандарт. Это кодирования используется редко.
Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях. Основной инструмент информатики — компьютер.
Компьютер, получивший свое название от первоначального назначения — выполнения вычислений, имеет второе очень важное применение. Он стал незаменимым помощником человека в его интеллектуальной деятельности и основным техническим средством информационных технологий. А быстрое развитие в последние годы технических и программных возможностей персональных компьютеров, распространение новых видов информационных технологий создают реальные возможности их использования, открывая перед пользователем качественно новые пути дальнейшего развития и адаптации к потребностям общества
Бизнес и финансы
БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством
Почему владельцы магазинов в Сочи не отказались даже от полиэтиленовых штор на входе?
Перевод чисел в бинарный код
Числовой способ кодирования информации, т.е. переход информационных данных в бинарную последовательность чисел широко распространен в современной компьютерной технике. Любая числовую, символьную, графическую, аудио- и видеоинформацию можно закодировать двоичными числами. Рассмотрим подробнее кодирование числовой информации.
Привычная человеку система счисления (основанная на цифрах от 0 до 9), которой мы активно пользуемся, появилась несколько сотен тысяч лет назад. Работа всей вычислительной техники организована на бинарной системе счисления. Алфавитом у нее минимальный – 0 и 1. Кодировка чисел совершается путем перехода из десятичной в двоичную систему счисления и выполнении вычислений непосредственно с бинарными числами.
Кодирование и обработка числовой информации обусловлено желаемым результатом работы с цифрами. Так, если число вводится в рамках текстового файла, то оно будет иметь код символа, взятого из используемого стандарта. Для математических вычислений числовые данные преобразуются совершенно другим способом.
Принципы кодирования числовой информации, представленной в виде целых или дробных чисел (положительных, отрицательных или равных 0) отличаются по своей сути. Самый простой способ перевести целое число из десятичной в двоичную систему счисления заключается в следующем:
- число нужно разделить на 2;
- если частное больше 1, то необходимо продолжить деление до того момента, пока результат будет равен 0 или 1;
- записать результат последней операции и остатки от деления в обратной последовательности;
- полученное число и будет являться искомым кодовым значением.
Одна из важнейших частей компьютерной работы – кодирование символьной информации. Все многообразие цифр, русских и латинских букв, знаков препинания, математических знаков и отдельных специальных обозначений относятся к символам. Cимвольный способ кодирования состоит в присвоении определенному знаку установленного шифра.
Рассмотрим подробнее самые распространенные стандарты ASCII и Unicode – то, что применяется для кодирования символьной информации во всем мире.
Фрагмент таблицы ASCII
Первоначально было установлено, что для любого знака отводится в памяти компьютера 8 бит (1 бит – это либо «0», либо «1») бинарной последовательности. Первая таблица кодировки ASCII (переводится как «американский кодовый стандарт обмена сообщениями») содержала 256 символов. Ограниченная численность закодированных знаков, затрудняющая межнациональный обмен данными, привела к необходимости создания стандарта Unicode, основанного на ASCII. Эта международная система кодировки содержит 65536 символов. Закодировать огромное количество всевозможных обозначений стало возможным благодаря использованию 16-битного символьного кодирования.
Кодирование символьной и числовой информации принципиально отличается. Для ввода-вывода цифр на монитор или использовании их в текстовом файле происходит преобразование их согласно системе кодировки. В процессе арифметических действий число имеет совершенно другое бинарное значение, потому что оно переходит в двоичную систему счисления, где и совершаются все вычислительные действия.
Выбирать способ кодирования информации – графический, числовой или символьный необходимо отталкиваясь от цели кодировки. Например, число «21» можно ввести в компьютерную память цифрами или буквами «двадцать один», слово «ЗИМА» можно передать русскими буквами «зима» или латинскими «ZIMA», штрих-код товара передается изображением и цифрами.
Свойства информации
-
Достоверность. Человек принимает решение на основании некой информации. Если она достоверна (соответствует действительности), решение, скорее всего, будет правильным. Если ложна, то — ошибочным.
Недостоверная информация возникает в результате преднамеренного искажения действительности — дезинформации.
Пример дезинформации содержится в известном анекдоте.
Мать пишет сыну в тюрьму: «Тебя посадили, некому даже огород вскопать. А у меня совсем нет сил». Сын отвечает: «Мама, ничего не трогай! Раскопаешь такое, что мне срок добавят». Следующее письмо от матери: «Приезжали полицейские, все перерыли. Ничего не нашли, уехали очень злые». Сын пишет: «Дорогая мама, чем мог — помог. Картошку сажай сама».
Другая причина недостоверности — случайное искажение. Многие в детстве играли в испорченный телефон: Вася сказал Пете, Петя — Сереже, Сережа — Мише. В итоге изначальное сообщение изменилось на прямо противоположное.
-
- Полнота. Информация считается полной, когда ее объема хватает для принятия верного решения. Если судья на уголовном процессе заслушает только сторону обвинения, то рискует вынести ошибочный приговор.
- Актуальность. У информации есть свой срок годности — она может устаревать. Если предупредить людей о землетрясении уже после его начала, такое сообщение будет бесполезно.
- Объективность. Информация должна отражать реалии окружающего мира и не зависеть от чьего-то мнения или способа ее фиксации. Вот нам говорят, что на улице тепло. «Тепло» — это как?Для жителя Крайнего Севера температура -10 градусов — очень даже жарко. А для студента из Африки — страшный мороз. В таком сообщении содержится субъективная оценка. А вот извещение «ночью будет 15 градусов тепла» — объективно.
- Точность. Чем ближе информация к реальности, тем она точнее. Возьмем два утверждения: «зарплата будет в течение этой недели» и «деньги получите завтра до 17:00». Второе существенно точнее первого.
- Ценность или полезность. Этот параметр зависит от нужд и интересов получателя информации. Когда мы загрузим программный код в компьютер, он выполнит эту программу. Если же распечатаем его на листочке и будем читать ребенку перед сном вместо сказки, ничего хорошего не выйдет.
Машинные команды
В вычислительных машинах, включая компьютеры, предусмотрена программа для управления их работой. Все команды кодируются в определённой последовательности с помощью нулей и единиц. Подобные действия называются машинными командами (МК).
Машинная команда представляет собой закодированное по определенным правилам указание микропроцессору на выполнение некоторой операции или действия. Каждая команда содержит элементы, определяющие:
- указание на то, какие действия должен сделать микропроцессор (ответ па этот вопрос дает часть команды, которая называется кодом операции (КОП));
- указание на объекты, над которыми надо провести какие-то действия (эти элементы машинной команды называются операндами);
- указание на способ действия (эти элементы называются типами операндов).
Структура машинной команды состоит из операционной и адресной части. В операционной части содержится код операции. Чем длиннее операционная часть, тем большее количество операций можно в ней закодировать.
В адресной части машинной команды содержится информация об адресах операндов. Это либо значения адресов ячеек памяти, в которых размещаются сами операнды (абсолютная адресация), либо информация, по которой процессор определяет значения их адресов в памяти (относительная адресация). Абсолютная адресация использовалась только в машинах 1 и 2-го поколений. Начиная с машин 3-го поколения, наряду с абсолютной используется относительная адресация.
Подробнее о поколениях компьютеров смотрите в статье История развития компьютеров
Числовая информация
Числовая информация – это количественное отображение свойств объектов окружающего мира. Все характеристики объекта, которые можно представить в виде чисел: масса, высота, скорость передвижения – это числовая информация. Существуют различные системы цифр, с помощью которых выражаются количественные характеристики: арабские, римские, клинопись – система знаков в виде клиньев. В памяти компьютера данные также представляются в числовом формате – в виде двоичного кода, который представляет собой набор нулей и единиц. Большое значение числовая форма представления информации приобрела с возникновением товарно-денежных отношений.
Любой текст можно закодировать цифрами, используя специальные системы кодирования, когда каждой букве соответствует определенный набор чисел. Такой способ шифрования называется шифром простой подстановки. Здесь каждой букве ставится в соответствие ее порядковый номер в алфавите языка. Например, А – первая буква алфавита имеет номер 1, Б – 2.
Рис. 2. Двоичный код.
Обработка графических изображений
Кодирование текстовой, звуковой и графической информации осуществляется в целях ее качественного обмена, редактирования и хранения. Кодировка информационных сообщений различного типа обладает своими отличительными чертами, но, в целом, она сводится к преобразованию их в двоичном виде.
Рисунки, иллюстрации в книгах, схемы, чертежи и т.п. – примеры графических сообщений. Современные люди для работы с графическими данными все чаще применяют компьютерные технологии.
Суть кодирования графической и звуковой информации заключается в преобразовании ее из аналогового вида в цифровой.
Кодирование графической информации – это процедура присвоения каждому компоненту изображения определенного кодового значения.
Способы кодирования графической информации подчиняются методам представления изображений (растрового или векторного):
- Принцип кодирования графической информации растровым способом заключается в присвоении бинарного шифра пикселям (точкам), формирующим изображение. Код содержит сведения о цветовых оттенках каждой точки. Примером служат снимки, сделанные на цифровом фотоаппарате.
- Векторная кодировка осуществляется благодаря использованию математических функций. Компонентам векторных изображений (точкам, прямым и другим геометрическим фигурам) присваивается двоичная последовательность, определяющая разнообразные параметры. Такая графика зачастую применяется в типографии.
Многим станет интересно: «В чем суть кодирования графической информации, представленной в виде 3D-изображений?» Дело в том, что работа с трехмерными данными сочетает способы растровой и векторной кодировки.
Кодирование и обработка графической информации различного формата имеет как свои преимущества, так и недостатки.
Описание
Текстовый файл содержит последовательность символов (в основном печатных знаков, принадлежащих тому или иному набору символов). Эти символы обычно сгруппированы в строки (англ. lines, rows). В современных системах строки разделяются разделителями строк, в прошлом же применялось хранение строк в виде записей постоянной или переменной длины (см.: Перфокарта). Иногда конец текстового файла (особенно если в файловой системе не хранится информация о размере файла) также отмечается одним или более специальными знаками, известными как маркеры конца файла.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- Универсальность — текстовый файл может быть прочитан (так или иначе) на любой системе или ОС, особенно если речь идёт об однобайтных кодировках вроде ASCII, которые не подвержены проблеме, характерной для других форматов файлов — для них не важна разница в порядке байтов или длине машинного слова на разных платформах.
- Устойчивость — каждое слово и символ в таком файле самодостаточны и, если случится повреждение байтов в таком файле, то обычно можно восстановить данные или продолжить обработку остального содержимого, в то время как у сжатых или двоичных файлов повреждение нескольких байтов может сделать файл совершенно невосстановимым. Многие системы управления версиями рассчитаны на текстовые файлы и с двоичными файлами могут работать только как с единым целым.
- Формат текстового файла крайне прост и его можно изменять текстовым редактором — программой, входящей в комплект практически любой ОС.
Недостатки:
- У больших несжатых текстовых файлов низкая информационная энтропия — эти файлы занимают больше места, нежели минимально необходимо. Хотя эта избыточность и определяет повышенную устойчивость к сбоям в каналах передачи данных и при получении данных с носителей, например, с магнитной ленты.
- Некоторые операции с текстовыми файлами неэффективны. Например, если в файле встретится число, вычислительная система до начала операций с ним должна будет перевести его в свой внутренний формат, применив сравнительно сложную процедуру конвертации числа; чтобы перейти на 1000-ю строку, требуется считать 999 строк, идущих до неё; сложно заменить одну строку другой и т. д. Поэтому при работе с большими объёмами данных текстовые файлы применяют только как промежуточный формат, обеспечивающий интероперабельность.
Форматы, основанные на текстовых файлах
В силу своей простоты текстовые файлы нередко используются для хранения служебной информации (например, логов): так как операция добавления в конец текстового файла новых данных не требует сколь-нибудь значительных вычислительных ресурсов независимо от уже имеющегося объёма файла и вида добавляемых текстовых данных, ведение текстовых лог-файлов обычно происходит эффективно и незаметно для пользователя и для других приложений (вплоть до исчерпания дискового пространства).
Текстовый формат служит основой для многих более специализированных форматов (например, .ini, SGML, HTML, XML, TeX, исходных текстов языков программирования). В некоторых из таких форматов определённые сочетания символов могут использоваться как средства разметки текста. В таком случае файл может хранить форматированный текст, в котором для символов дополнительно может быть задан шрифт, начертание, размер и т. п. (например, Rich Text Format, HTML).
Расширения имён файлов
В DOS,Mac os и Windows для файлов с неформатированным текстом обычно используется расширение .txt. Тем не менее, текстовыми могут являться файлы с любым другим расширением или без оного. Например, исходные коды программ обычно хранятся в файлах с расширениями, соответствующими языку программирования, на котором написаны программы (.java, .bas, .pas, .c).
Форматированный текст (текст с разметкой) обычно хранится в файлах с расширением, соответствующим формату или языку разметки — .rtf, .htm, .html.
Что это за профессия — таможенное дело
Графическая информация
Компьютеры могут
работать с графической информацией.
Это могут быть рисунки или фотографии.
Для того чтобы картинка могла храниться
и обрабатываться в компьютере, ей
превращают в сигналы. Такое превращение
называют оцифровкой (Рис. 1.1 .2).
Для оцифровки графической
информации служат специальные цифровые
фотокамеры или специальные устройства
– сканеры.
Рис.1.1.2 Пример оцифровки
рисунка
Цифровая камера
работает, как обычный фотоаппарат,
только изображение не попадает на
фотопленку, а «запоминается» в электронной
памяти такого «фотоаппарата». Потом
такой аппарат подключают к компьютеру
и по проводу передают сигналы, которыми
зашифровано изображение.
Если картинка сделана
на бумаге, то для того, чтобы превратить
её в сигналы, используют сканеры. Картинку
кладут в сканер. Сканер просматривает
каждую точку этой картинки и передает
в компьютер числа (байты), которыми
зашифрован цвет каждой точки. Например:
Черная точка: 0, 0, 0;
Белая точка: 255, 255, 255;
Коричневая точка:153,
102, 51;
Светло-серая точка:
160, 160, 160;
Темно-серая точка: 80,
80, 80.
У каждого цвета свой
шифр (его называют цветовым кодом).
Если каждый цвет
передавать тремя байтами, то можно
зашифровать более 16 миллионов цветов.
Это гораздо больше, чем может различить
человеческий глаз, но для компьютера
это не предел.
Способы кодировки
Проанализируем разнообразные виды информации и особенности ее кодирования.
По принципу представления все информационные сведения можно классифицировать на следующие группы:
- графическая;
- аудиоинформация (звуковая);
- символьная (текстовая);
- числовая;
- видеоинформация.
Способы кодирования информации обусловлены поставленными целями, а также имеющимися возможностями,методами ее дальнейшей обработки и сохранения. Одинаковые сообщения могут отображаться в виде картинок и условных знаков (графический способ), чисел (числовой способ) или символов (символьный способ).
Способы кодировки.
Соответственно происходит и классификация информации по способу кодирования:
- символьные сообщения включают знаки дорожного движения, сигналы светофора и т.д.;
- текстовые данные – это книги, нотные записи, различные документы;
- всевозможные изображения (фотографии, схемы, рисунки) представляют все многообразие графической информации.
Чтобы расшифровать сообщение, отображаемое в выбранной системе кодирования информации, необходимо осуществить декодирование – процесс восстановления до исходного материала. Для успешного осуществления расшифровки необходимо знать вид кода и методы шифрования.
Самыми распространенными видами кодировок информации являются следующие:
- преобразование текста;
- графическая кодировка;
- кодирование числовых данных;
- перевод звука в бинарную последовательность чисел;
- видеокодирование.
Различают такие методы кодирования информации как:
- метод замены (подстановки) – знаки первоначального сообщения заменяются на соответствующие символы выбранного кодового алгоритма;
- метод перестановки – символы оригинального текста меняются местами по определенной схеме;
- метод гаммирования – к исходным обозначениям добавляется случайная последовательность других знаков.
Разница между Texting и Messaging
1. Сеть
Обе системы являются схожими и многофункциональными, что делает текстовые сообщения и обмен сообщениями похожими друг на друга во многих аспектах. Однако основное различие между ними заключается в том, что для текстовой обработки требуется, чтобы сотовая сеть отправляла и получала информацию, тогда как обмен мгновенными сообщениями требует, чтобы обе стороны оставались онлайн через Интернет.
2. Платформа
Любой, у кого есть мобильный телефон, может обмениваться текстовыми сообщениями с кем-либо еще с помощью мобильного телефона, независимо от платформы. С другой стороны, обмен мгновенными сообщениями зависит от платформы, что означает, что обе стороны должны использовать одну и ту же службу обмена сообщениями или приложение для связи друг с другом. Например, пользователь Facebook не может отправлять сообщения пользователю Snapchat и наоборот.
3. Подключение к Интернету
В обмене мгновенными сообщениями пользователи должны подключаться к сети и подключаться друг к другу через общую службу обмена сообщениями для обмена сообщениями. С другой стороны, Texting имеет гораздо более широкий охват, поскольку он полагается на сотовую сеть, что делает ее, пожалуй, одним из наиболее эффективных методов цифровой коммуникации.
4. Надежность приложений
Не требуется приложение для использования службы текстовых сообщений, что делает его более удобным и безопасным, чем мгновенный обмен сообщениями, который, с другой стороны, требует, чтобы среда — приложение — подключала отправителя к получателю. Обе стороны должны установить одно и то же приложение обмена сообщениями на своих устройствах для обмена сообщениями.
5. Безопасность
Поскольку текстовое взаимодействие не зависит от платформы и требует только номер телефона, любой, кто имеет доступ к вашему телефону, может отправлять и получать текстовые сообщения, поэтому регистрация не требуется. С другой стороны, для обмена мгновенными сообщениями требуются ваши учетные данные (имя пользователя и пароль) для входа в систему, что делает его более безопасным и конфиденциальным.Однако обе службы в равной степени уязвимы для фишинговых атак и других вредоносных атак.
Модель передачи информации
Чтобы информация приносила пользу, она должна передаваться и приниматься. Это происходит по следующей схеме:
Рассмотрим на примере: нужно позвонить приятелю и пригласить его на день рождения. Источник информации (это вы) — объект, который создает передаваемое сообщение. Вы говорите: «Вася, приходи ко мне на день рождения!». Микрофон в трубке телефона улавливает звуковые колебания и преобразует их в электрические сигналы.
Эти сигналы направляются к Васе по каналу связи. А там информационное сообщение подвергается внешним воздействиям — шумам и помехам, что может приводить к искажениям. Вася не понимает: «Куда, куда мне идти? Повтори, не слышу, все шипит».
Чем выше уровень помех, тем сложнее передать сигнал. Для защиты информационного сигнала от внешних воздействий используют различные меры:
- экранируют линии связи;
- повышают чувствительность и избирательность приемного устройства;
- обеспечивают избыточность – лишний код, который можно использовать «на запчасти» при повреждении либо искажении основного.
На стороне другого абонента происходит обратный процесс – полученные электрические сигналы преобразуются в звуковые волны. Они вылетают из динамика телефона и попадают прямо в Васино ухо.
Заключение
Итак, кодирование информации — процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки (Цифровое кодирование, аналоговое кодирование, таблично-символьное кодирование, числовое кодирование). Процесс преобразования сообщения в комбинацию символов в соответствии с кодом называется кодированием, процесс восстановления сообщения из комбинации символов называется декодированием.
Кодирование информации — процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.
Информацию необходимо представлять в какой — либо форме, т.е. кодировать. Для представления дискретной информации используется некоторый алфавит. Однако однозначное соответствие между информацией и алфавитом отсутствует. Другими словами, одна и та же информация может быть представлена посредством различных алфавитов. В связи с такой возможностью возникает проблема перехода от одного алфавита к другому, причём, такое преобразование не должно приводить к потере информации.
