Представление и организация данных в ПК. Лекция 2-3

Двоичное кодирование
Кодирование чисел
Кодирование текста
Кодирование графики
Кодирование звука
Организация хранения данных

Код - это система условных знаков для представления информации.
Кодирование - это перевод информации в удобную для передачи, обработки или хранения форму с помощью некоторого кода.
Декодирование - это процесс восстановления содержания закодированной информации.

Информация для использования обязательно должна быть зашифрована в виде знаков, символов, кодов.
Для представления информации в ЭВМ нужно было найти способ представить любую ее форму (символьную, текстовую, графическую) в едином виде.

Двоичное кодирование
Их называют
двоичными цифрами или битами
(от англ. Binary digit двоичная цифра).
в такой форме можно закодировать все виды информации
нужны только устройства с двумя состояниями
практически нет ошибок при передаче
компьютеру легче обрабатывать данные
человеку сложно воспринимать двоичные коды
Двоичная форма представления информации заключается в записи любой информации в виде последовательности только двух символов 0 и 1.
числа
символы
рисунки
звук
101011011101110110101

Информационная ёмкость двоичных кодов
Длина кода: 1 цифра 2 цифры 3 цифры
Кол-во кодов: 2 4 8
0
1
00
01
10
11
000
001
010
011
100
101
110
111
Каждый последующий разряд последовательности двоичных цифр имеет уже вдвое больше различных значений, чем предыдущий

При хранении информации в памяти компьютера каждый бит хранится в одном разряде памяти.
Разряды объединяются в ячейки памяти фиксированного размера – 8, 16, 32 разряда и носят специальные названия байт, слово и двойное слово.
При двоичном кодировании в компьютере нельзя записать ничего, кроме двоичных чисел.

Системы счисления – это способ записи (изображения) чисел.
Непозиционные
Позиционные
Вклад каждой цифры в величину числа
зависит от ее положения (позиции),
в последовательности цифр его изображающей
0,7; 7; 70
Вклад каждой цифры в величину числа
не зависит от ее положения (позиции),
в последовательности цифр его изображающей
XIX

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

12310=
100+20+3 =
1*100+2*10+3*1 =
= 1*102+2*101+3*100
2 1 0
= 1*102+2*101+3*100
12310=
2 → 10
100112
4 3 2 1 0
разряды
= 1·24 + 0·23 + 0·22 + 1·21 + 1·20 =
= 16 + 2 + 1 = 1910
10 → 2
19
1910 = 100112
Д/з: добавить к числу года рождения номер месяца и перевести получившееся число
в 2-чную, 8-чную и
16-чную системы

Кодирование целых чисел
В 1 байте могут храниться целые неотрицательные числа от __ до ____
В 1 байте могут храниться целые числа от -____ до -____ и от _____ до _____
0
255
0
127
128
1
знак

Кодирование вещественных чисел
Для записи вещественных чисел принят способ представления с плавающей запятой.
Нормализованной называется запись отличного от нуля действительного числа в виде:
m*Рq
Мантисса: правильная дробь, первая цифра после запятой ≠ 0
Порядок: целое число
Основание системы счисления
0,0123 = 0,123*10-1
123 = 0,123*103
знак
знак
знак
знак
МАНТИССА
ПОРЯДОК
Д/з: Перевести в десятичную систему и вычислить закодированные числа

Кодирование символов
Каждому символу ставится в соответствие некоторое неотрицательное число, называемое кодом символа, и это число записывается в память компьютера в двоичном виде.
Конкретное соответствие между символами и их кодами называется системой кодировки.

Системы кодировки
1 байт на символ
Всего ___ символов.
2 байта на символ
Всего _____ символов.
256
65536
Символы 0 .. 127
ASCII = American Standard Code for Information Interchange
Символы 128 .. 255
Национальные алфавиты
Д/з: найти и выписать названия таблиц кодировки русского языка
Юникод (Unicode)
Базовая многоязыковая плоскость (Basic
Multilingual Plane, BMP)
+ 16 дополнительных плоскостей по 216 символов
Всего символов:
1 112 064 (= 220 + 216 − 211)
Д/з: перечислить наборы символов базовой многоязыковой плоскости Юникода

Обратите внимание!
Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях – при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте.
Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичных код.
Например: Возьмем число 57.
При использовании в тексте каждая цифра будет представлена своим кодом в соответствии с таблицей ASCII. В двоичной системе это – 00110101 00110111.
При использовании в вычислениях код этого числа будет получен по правилам перевода в двоичную систему и получим – 00111001.

Решение задач
Для хранения на диске слова ИНФОРМАТИКА в системе кодирования ASCII необходимо __ БИТ
В кодируемом английском тексте используется только 26 букв латинского алфавита и еще 6 знаков пунктуации. В этом случае текст, содержащий 1000 символов можно гарантированно сжать без потерь информации до размера
В текстовом файле хранится текст объемом в 400 страниц. Каждая страница содержит 3200 символов. Если используется кодировка KOI-8
(8 бит на один символ), то размер файла составит

Два типа кодирования рисунков
растровое кодирование
точечный рисунок, состоит из пикселей
(фотографии, размытые изображения)
векторное кодирование
рисунок, состоит из отдельных геометрических фигур
(чертежи, схемы, карты)

Шаг 1. Дискретизация: разбивка на пиксели.
Растровое кодирование
Шаг 2. Для каждого пикселя определяется
единый цвет.
Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно независимо установить цвет.
Разрешение:
dpi (англ. dots per inch) — количество точек на дюйм (желаемое)
ppi (англ. pixels per inch) — количество пикселей на дюйм
(зависит от устройства)

Растровое кодирование (True Color)
Шаг 3. От цвета – к числам: модель RGB
цвет = R + G + B
red
красный
0..255
blue
синий
0..255
green
зеленый
0..255
R = 218
G = 164
B = 32
R = 135
G = 206
B = 250
Шаг 4. Числа – в двоичную систему.
256·256·256 = 16 777 216 (True Color)
R: 256=28 вариантов, нужно 8 бит = 1 байт
R G B: всего 3 байта
Глубина цвета

Решение задач
Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 2 градациями цвета (черный и белый) размером 800х600 точек. Размер этого файла на диске в БАЙТАХ равен …
Для цветной картинки, составленной из 256 цветов в графическом режиме монитора 640х480 требуется объем видеопамяти (Кбайт) ___
А в цветовой модели True Color?

Кодирование звука и музыки
Звук представляет собой колебания воздуха.
Амплитуда колебаний постоянно меняется, так как звук является непрерывным сигналом.
1011010110101010011
аналоговый сигнал
цифровой сигнал
аналоговый сигнал

Дискретизация по времени и по уровню
Дискретизация:
1) звук можно превратить в колебания электрического тока
2) измерять амплитуду колебаний через равные промежутки времени (Т) несколько десятков тысяч раз в секунду
3) каждое измерение с ограниченной точностью записывать в двоичном виде
T – интервал дискретизации
Частота дискретизации:
f = 8 кГц, 11 кГц, 22 кГц, 44 кГц (CD)
Человек слышит 16 Гц … 20 кГц
22 кГц
Разрядность квантования
(«Глубина» кодирования ):
8 бит = 256 уровней
16 бит = 65536 уровней
24 бита = 224 уровней
88 Кб/с = 5,3 Мб/мин

Инструментальное кодирование
MIDI (Musical Instrument Digital Interface), файлы *.MID
в файле:
нота (высота, длительность)
музыкальный инструмент
параметры звука (громкость, тембр)
может быть несколько каналов
нет потери информации при кодировании инструментальной музыки
маленький размер файлов
невозможно закодировать нестандартный звук, голос
MIDI-клавиатура:

Единицы представления данных
Наименьшая единица
представления данных − бит
Наименьшая единица
измерения информации – байт
1 байт = 8 бит
1 Кбайт = 1024 байт (210)
1 Мбайт = 1024 Кбайт (210)
1 Гбайт = 1024 Мбайт (210)
1 Тбайт = 1024 Гбайт (210)
1 Пбайт = 1024 Тбайт (210) …
Двоичные приставки введены Международной электротехнической комиссией (МЭК) в 1999 году. Используются для образования единиц измерения информации, кратных битам и байтам.

Единицы хранения данных
При хранении данных решаются две проблемы:
как сохранить данные в наиболее компактном виде
как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ
В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом.
Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем.

Имя файла
Полное имя файла:
D:\Студенты\Иванов Иван\Лаб.раб.№2.docx
Путь к файлу
Собственное имя
Расширение
Местонахождение файла в иерархической системе каталогов
Название файла
в ОС Windows
до 255 символов
Может состоять не более чем из четырех символов
обозначает тип хранящейся информации
txt, exe, avi
определяется приложением,
в котором создан документ
doc, xls, ppt
Значок
Ярлык
Отображение

Файловая система
Файловая система – функциональная часть ОС, организует работу с файлами, отвечает за хранение данных на внешних носителях и обмен данными между внешними носителями.
Устройство файловой системы зависит от операционной системы, установленной на компьютере.
Включают в себя загрузочную запись операционной системы, каталоги и файлы
Исполняет три главных функции:
Отслеживание занятого и свободного места
Поддержка имен каталогов и файлов
Отслеживание физического местоположения каждого файла на диске.
FAT (File Allocation Table)
FAT32 (File Allocation Table 32)
NTFS (New Technology File System)
HPFS (High Performance File System)
NetWare File System
Linux Ext2 и Linux Swap
Д/з: Найти и выписать определения и основные характеристики FAT32 и NTFS

Корневой каталог D:\
Студенты
Учебные материалы
Карты
Информатика
ГИС
Лаб.раб.№2.pdf
Лабораторная работа №2.pps
Файловая система имеет
иерархическую (древовидную) структуру
Папка или файл может входить лишь в одну папку верхнего уровня.
Рабочая папка (текущий каталог) – папка, с которой в данный момент работает пользователь.