Кодирование информации

в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
в виде световых или звуковых сигналов;
в виде радиоволн;
в виде электрических и нервных импульсов;
в виде магнитных записей;
в виде жестов и мимики;
в виде запахов и вкусовых ощущений;
в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.
Формы существования информации

Подходы к измерению информации
Подход I. Неизмеримость информации в быту
(информация как новизна) Подход II. Технический, или объемный
(информация как сообщения в форме знаков или
сигналов, хранимые с помощью технических устройств)
Подход III. Вероятностный
(информация как снятая неопределенность (используется
в теории информации))

Формы представления информации о погоде
В городе Пушкин 12.02.09
ожидается переменная облачность
Табличная
Графическая
Символьная

Формы представления информации
Знаковая письменная (состоящая из различных знаков)
Символьная (в виде текста, чисел, специальных символов)
Графическая
Табличная
Устная словесная
Жесты или сигналы

Понятия кодирования информации
Представление информации с помощью какого-либо языка называют кодированием.
Код – набор символов для представления информации.
Кодирование – процесс представления информации в виде кода.

Выводы 1. Измерение и кодирование информации
Подходы к измерению информации:
Неизмеримость информации в быту
Технический, или объемный
Вероятностный
Формы представления информации
1. Знаковая письменная:
Символьная
Графическая
Табличная
2. Устная словесная
3. Жесты или сигналы
Код – набор символов для представления информации.
Кодирование – процесс представления информации в виде кода.
Формы существования информации:
в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
в виде световых или звуковых сигналов;
в виде радиоволн;
в виде электрических и нервных импульсов;
в виде магнитных записей;
в виде жестов и мимики;
в виде запахов и вкусовых ощущений;
в виде хромосом, посредством которых передаются
по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

Алфавит. Мощность алфавита
Алфавит – это конечный набор знаков (символов) любой природы, из которых конструируются сообщения на данном языке
Мощность алфавита – это полное число символов алфавита
Обозначение мощности: N
33 буквы
10 цифр
11 знаков препинания
скобки
пробел
Мощность русского
алфавита N=54:

Самое наименьшее число символов в алфавите: 2 (0 и 1)- двоичный алфавит
Информационный вес символа двоичного алфавита принят за единицу информации и называется 1 БИТ
Более крупная единица 1 БАЙТ = 8 БИТ
Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера
Двоичный алфавит

Соотношение единиц
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,
1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт,
1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт

Задача
Сколько битов и байтов
в следующей фразе?
Идет дождь.
Ответ: 11 байт, 88 бит

Байты и килобайты
ИНФОРМАТИКА
11 байтов
Примерно 400 Кбайт

Мегабайты
1,38 МБ
256 МБ, 512 МБ, 1024 МБ, …
700 МБ
Дискета
Оперативная память
Лазерный диск

Гигабайты
160 ГБ, 200 ГБ, …
1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ , …
Жесткий диск
Flash-память

Скорость информационного обмена
Количество информации, передаваемое за единицу времени, называется скоростью передачи информации или скоростью информационного потока
Обозначается: υ
Выражается в единицах:
бит в секунду (бит/с)
байт в секунду (байт/с)
Кбайт в секунду (Кбайт/с) и т.д.

Таблица кодировки
Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера (коды), называется таблицей кодировки
Для разных типов ЭВМ используются различные кодировки. С распространением IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standart Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена

Стандартная
кодировка
ASCII

Таблица расширенного кода ASCII

Выводы 2. Единицы измерения информации
Другие единицы измерению информации:
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,
1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт,
1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт
Двоичный алфавит: N=2 (0 и 1)
1 БИТ – единица измерения информации
Более крупная единица 1 БАЙТ = 8 БИТ
Именно восемь битов требуется для того,
чтобы закодировать любой из 256 символов
алфавита клавиатуры компьютера
Алфавит – это конечный набор знаков любой природы,
из которых конструируются сообщения на данном языке
Мощность алфавита (N)– число символов алфавита
Мощность русского алфавита N = 54:
33 буквы
10 цифр
11 знаков препинания
скобки
пробел
Скорость информационного обмена (U)-
количество информации, передаваемое за
единицу времени
Единицы измерения:
бит в секунду (бит/с)
байт в секунду (байт/с)
Кбайт в секунду (Кбайт/с) и т.д.
ASCII- Американский стандартный код для информационного обмена-
таблица кодировки, в которой всем символам компьютерного алфавита
поставлены в соответствие порядковые номера (коды).

Позиционные и непозиционные системы счисления
Системы счисления
Вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее позиции в последовательности цифр, изображающих число:
0,7 7 70
Количественное значение цифры числа не зависит от того, в каком месте (позиции или разряде) записана та или иная цифра:
XIX
ПОЗИЦИОННЫЕ
НЕПОЗИЦИОННЫЕ
Числа записываются с использованием особых знаковых систем, которые называют системами счисления.
Система счисления – совокупность приемов и правил записи чисел с помощью определенного набора символов

Римская непозиционная система счисления
Самой распространенной из непозиционных систем счисления является римская. В качестве цифр используются:
I(1), V(5), X(10), L(50), C(100), D(500), M(1000).
Величина числа определяется как сумма или разность цифр в числе.
MCMXCVIII = 1000+(1000-100)+(100-10)+5+1+1+1 = 1998

Позиционные системы счисления
Первая позиционная система счисления была придумана еще в Древнем Вавилоне, нумерация была шестидесятеричная, т.е. в ней использовалось шестьдесят цифр!
В XIX веке довольно широкое распространение получила двенадцатеричная система счисления.
В настоящее время наиболее распространены десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Основание системы счисления
Количество различных символов, используемых для изображения числа в позиционных системах счисления, называется основанием системы счисления.

Наиболее употребимые системы счисления

Почему компьютеры используют двоичную систему?
для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями;
представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;
возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;
двоичная арифметика намного проще десятичной.
Недостаток двоичной системы - быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.

Выводы 3
Основание системы счисления –
количество различных символов,
используемых для изображения числа
в позиционных системах счисления.
Системы счисления:
Не позиционные (римская)
Позиционные:
десятичная (основание -10)
двоичная (основание -2)
восьмиричная (основание -8)
16-ричная (основание 16)
Почему компьютеры используют двоичную систему счисления:
для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями;
представление информации посредством двух состояний надежно и помехоустойчиво;
возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических
преобразований информации;
4. двоичная арифметика намного проще десятичной.
Недостаток двоичной системы - быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.
Система счисления – совокупность
приемов и правил записи чисел с помощью
определенного набора символов

Применение восьмеричной и 16-ричной систем
Для профессионального использования компьютера следует научиться понимать «машинное слово». Для этого и разработаны 8-ричная и 16-ричная системы. Представление в компьютере этих чисел требует меньше разрядов, чем двоичные.
Перевод 8-ричных и 16-ричных чисел в двоичные прост:

Применение восьмеричной и 16-ричной систем
Перевод двоичных чисел в 8-ричные и 16-ричные тоже прост:

Перевод чисел из десятичной системы счисления в другие позиционные системы
При переводе десятичного числа в систему с основанием q
его надо делить на q до получения остатка.
ПРИМЕР: перевести число 75 из десятичной системы в другие.
ОТВЕТ: 7510 = 1 001 0112 = 1138 = 4В16

Самостоятельно
РЕШАЕМ

Перевод чисел в десятичную систему
Основан на представлении любого числа в виде многочлена
Например, число 757,7 означает сокращенную запись выражения:
700 + 50 + 7 + 0,7 = 7*102 + 5·101 + 7·100 + 7·10-1 = 757,7.

При переводе числа из двоичной (восьмеричной, шестнадцатеричной) системы в десятичную надо это число представить в виде суммы степеней основания его системы счисления
Перевод чисел в десятичную систему

Самостоятельно
10100110=
=1•27+0•26+1•25+0•24+0•23+1•22+1•21+0•20=128+0+32+0+0+4+2+0=166
ОТВЕТ: 166
Перевести число из двоичной системы в десятичную:
РЕШАЕМ

Машинное представление целых чисел в компьютере
Машинное слово
– 16 разрядов.
Машинное слово-
структурная единица
информации ЭВМ

Арифметические основы работы ЭВМ
К началу выполнения арифметического действия операнды операции помещаются в соответствующие регистры АЛУ.

Выводы 4. Перевод чисел
8-ричная и 16-ричная системы разработаны для возможности представления этих чисел в памяти компьютере вместо двоичных, т.к. требуют меньше разрядов памяти.
Переводы чисел из одной системы в другие:
Машинное представление целых чисел
Машинное слово-структурная единица информации Машинное слово – 16 разрядов.

Кодирование графической информации
Работа с графикой на компьютере требует решения следующих проблем:
Как закодировать информацию графического вида в двоичном коде?
Как передать средствами компьютера цвет в изображении?
Какие средства позволяют передать объёмность изображения на плоском экране?
Как обеспечить эффект движения при создании анимационных роликов?

Кодирование графической информации
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования

Кодирование графической информации

Кодирование растровых изображений
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов – 3 бита.
Для 16 цветов - 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Представление в памяти ПК черно- белой графики

Кодирование цветовой информации
Человеческий глаз — не самый совершенный инструмент, но и он может различать десятки миллионов цветовых оттенков.
Если для кодирования цвета одной точки использовать два байта, то можно закодировать 256x256 = 65536 различных цветов.
Если 3 байта (24 бита), то количество возможных цветов увеличится еще в 256 раз и достигнет 16,5 миллионов
4 байта (32 бита)- 4 294 967 296 цветов (True Color)

Цветовая модель RGB
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего: модель RGB.
Для получения богатой палитры базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности.

Выводы 5. Кодирование графической информации
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов – 3 бита.
Для 16 цветов - 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых
цветов: красного, зеленого,
синего: модель RGB.
Для получения богатой
палитры базовым цветам
могут быть заданы
различные интенсивности.

Двоичное кодирование звука
Звук — это колебания воздуха
Звук- непрерывный сигнал
Звук – это волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой

Двоичное кодирование звука
Чем больше амплитуда,
тем громче звук
Чем больше частота,
тем больше тон
Человеческое ухо
воспринимает звук с частотой
от 20 колебаний в секунду
(низкий звук)
до 20 000 колебаний в секунду
(высокий звук).

Для измерения
громкости
звука применяется
специальная
единица - децибел
Двоичное кодирование звука

Двоичное кодирование звука
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук,
непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации

Двоичное кодирование звука
Схема дискретизации непрерывного сигнала
Устройство, выполняющее процесс дискретизации и оцифровки аналоговых сигналов, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Двоичное кодирование звука

Двоичное кодирование звука
Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно").
Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Двоичное кодирование звука
Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его.
Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3

Выводы 6. Двоичное кодирование звука
Звук – это волна с непрерывно
меняющейся амплитудой и частотой.
Децибел- единица измерения звука.
Схема дискретизации непрерывного сигнала в цифровой.
Устройство, выполняющее процесс дискретизации и оцифровки аналоговых сигналов, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП)
Характеристика цифрового звука:
1. Частота
2. Глубина
Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его.
Оцифрованный звук можно сохранять формате WAV или в формате со сжатием МР3