4. Представление информации в компьютере

Все вычисления и преобразования информации в компьютере происходят в двоичной системе счисления.

Кодирование – представление символов одного алфавита символами другого.

Алфавит двоичной системы состоит из двух символов – 0 и 1. Причем 1 означает наличие сигнала, 0 – его отсутствие. Один двоичный символ получил название бит (от англ. Аббревиатуры bit – binary digit, что означает «двоичная цифра»). Любой символ, букву, цифру можно представить кодом, состоящим из 8 бит.

Обозначения для измерения количества информации:

1 бит = 1 разряд (может принимать значение 0 или 1)

1 байт = 8 бит (8 бит необходимо для кодирования любого из 256=2⁸ символов алфавита клавиатуры)

1 килобайт (Кбайт) = 1024 байта = 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.

Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируются двоичным кодом	Количество разрядов необходимых для кодировки целых чисел	Для кодировки действительных чисел используется 80-разрядное кодирование
19:2=9+1 9:2=4+1 4:2=2+0 2:2=1 Таким образом, 1910=10112.	от 0 до 255 – 8 бит (8); от 0 до 65535 – 16 бит (16), от 0 до 16777216 – 24 бита (24)	число предварительно преобразуется в нормализованную форму: 3,1415926=0,314115926•101 123 456 789=0,123456789•1010. 300 000=0,3•106 0,3 – мантисса 106 – основание системы счисления 6 – порядок

Кодирование символьных данных

В персональных компьютерах и телекоммуникационных системах применяется международный байтовый код ASCII (American Standard Code for Information Interchange – стандартный код информационного обмена США), используется для внутреннего представления символьной информации в операционной системе MS DOS.

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.

Система кодирования КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета.

Фирма Microsoft для операционной системы Windows разработала собственную русскую кодировку ANSI-1251.

Система кодирования Unicode (универсальная – международный стандарт кодировки) основана на 16-ти разрядном кодировании символов. Для представления каждого символа в нем отводится 2 байта. Такая длина кода обеспечивает включение в первичный алфавит 65536 знаков – этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты. В системе кодирования Unicode все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее.

Кодирование графической информации

Существует два способа представления графической информации:

• растровая;

• векторная.

При выводе графической информации на экран монитора или принтер изображение формируется из растровых строчек, которые, в свою очередь, состоят из точек, называемых пикселями. Растр – это матрица пикселей (pixels), каждый из которых имеет свой цвет. Pixels – это аббревиатура двух английских слов: pixels element (элемент изображения).

Линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел. Растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных (Таблица 1):

Таблица 1 – Представление графических данных

Режимы кодирования	Палитра	Количество двоичных разрядов
Черно-белые иллюстрации	256 градаций серого цвета	8 бит
Индексный метод	256 цветовых оттенков	8 бит
Режим High Color		16 бит
Полноцветный режим (True Color) красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Принцип декомпозиции (RGB)	яркость основных составляющих	24 бит
Полноцветный режим (True Color) голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow), черная (Black). Принцип декомпозиции произвольного цвета (CMYK)	дополнение основного цвета	32 бит

Основными элементами векторной графики являются простые геометрические фигуры. Простейшие элементы, из которых состоит векторное изображение, называются примитивами (точки, отрезки, квадрат, окружность, прямоугольник, эллипс и т.д.). Совокупность фигур и отрезков может изображать какой-то объект, который тоже может иметь определенные параметры.

Таким образом, для хранения векторного изображения необходимо хранить координаты и дополнительные параметры примитивов, фигур и объектов и взаимосвязи между ними.

Кодирование звуковой информации

Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но среди них можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation). Сложный звук разложен на последовательность гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду и может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. Качество звукозаписи не вполне удовлетворительно.

Метод таблично волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков (сэмплы) множества различных музыкальных инструментов. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, прочие параметры, характеризующие особенности звучания. Очень высокое качество звучания реальных музыкальных инструментов.