2. Представление информации в компьютерах

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.

Формы представления 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.

Информационными объектами называются предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств.

Форма представления данных определяется их конечным предназначением. Поэтому данные имеют внутреннее и внешнее представление (рисунок).

Рисунок – Формы представления данных

Во внешнем представлении (для пользователя) все данные хранятся в виде файлов.

Файл – область памяти на внешнем носителе, которой присвоено имя.

Простейшие способы представления данных:

1. Последовательность символов (текст);

2. Вещественные и целые числа (числовые данные);

3. Изображения (графика, фотографии, рисунки, схемы);

4. Звук (речь, музыка);

5. Видео (фильм, анимация).

Внутренняя форма представления данных в ПК является дискретной, т.е. цифровой виде последовательности двух цифр 0 и 1. Такая форма представления данных получила название двоичной. Правила представления определяются стандартами, например, ASCII.

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

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

А в вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутреннего представления данных и команд.

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 (256=2⁸).

Схема приема и передачи информации (рисунок ).

Рисунок - Схема

Код - набор условных обозначений для представления информации.

Кодирование - процесс представления информации в виде кода.

Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

2.1. Двоичное кодирование

Существует множество систем представления данных. Наиболее распространенная из них основана на использовании двух цифр – 0 и 1. С помощью этих цифр можно выразить два понятия – да или нет, истина или ложь, наличие электрического импульса или отсутствие и т.п.

Информация, представленная в виде последовательности нулей и единиц, называется машинным кодом, а такой способ представления информации – кодированием двоичным (бинарным) кодом. Широкое применение двоичного кода в вычислительной технике обусловлено его простотой и надежностью.

Минимальная единица измерения информации (0 или 1) называется бит. Для обозначения любого печатного символа, буквы или цифры используется группа из 8 битов – 1 байт.

В связи с тем, что для машинного представления информации принят двоичный код, один байт может быть представлен следующим образом: 1 байт= 8 битов = 2³ битов. Для измерения больших объемов информации (или объема компьютерной памяти) приняты следующие единицы:

1 килобайт (Кбайт) = 2¹⁰ (1024) байт,

1 мегабайт (Мбайт) = 2¹⁰ (1024) Кбайт,

1 гигабайт (Гбайт) = 2¹⁰ (1024) Мбайт,

1 терабайт (Тбайт) = 2¹⁰ (1024) Гбайт.

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2⁵⁰ байт.

С помощью двоичных цифр можно закодировать любое количество состояний, объектов или событий. Количество информации в битах можно определить по формуле N = 2^К, где К - число состояний.

Например, для кодирования 32 букв русского алфавита (считая е и ё одной буквой), понадобится пять двоичных цифр, т. к. 32 = 2⁵. В этом случае одна буква алфавита содержит 5 битов информации.

Компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:

• для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т.п.), а не, например, с десятью, — как в десятичной;

• 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.

Двоичная система счисления неэкономична для записи чисел. Она требует больше разрядов, чем запись того же числа в других системах.

Поэтому в современных компьютерах для внешнего представления данных и адресации памяти используются системы с основаниями, кратными двум: восьмеричная и шестнадцатеричная. При этом информация в компьютере хранится в двоичной системе счисления.