Кодирование информации
Кодирование информации на компьютере
Двоичное кодирование информации
2.3. Кодирование числовой информации. Форматы представления чисел.
Кодирование информации в компьютере
Кодирование информации на компьютере
Любая информация внутри компьютера хранится и обрабатывается в виде длинного кода, состоящего всего из двух символов. Этот код называется двоичным или бинарным. По своей сути он очень похож на всем известный код Морзе, в котором двумя символами длинный и короткий импульс шифруются буквы для передачи текстовой информации по проводам или другим способом. Компьютеры же пошли значительно дальше. В них в форме бинарного кода хранятся не только текстовые данные, но и программы, музыка, изображения и даже видео высокой четкости. Перед выводом информации на экран, в аудиосистему или распечатыванием, компьютер "переводит" ее в понятный человеку язык. Но внутри компьютера она хранится и обрабатывается исключительно в виде двоичного кода. Если вы не программист, знать систему использования бинарного кода в совершенстве не обязательно. Для понимания принципов работы компьютера достаточно разобраться с вопросом в общих чертах. В этом вам и поможет предлагаемая статья. Почему в компьютере используется двоичный код Люди для записи текстовой информации используют буквы. В русском языке их Комбинациями из десяти цифр от 0 до 9 мы записываем числовые данные. При работе с графической информацией пользуемся палитрой из миллионов цветов. Наши уши различают звуки в диапазоне от 16 до Гц. Если добавить к этому обоняние, вкусовые и тактильные ощущения, получится огромнейшее разнообразие информационных импульсов, которые может воспринимать, хранить и обрабатывать наш мозг. При помощи технических средств невозможно воссоздать аналогичную систему работы с информацией. Людям проще всего создавать приборы, принимающие одно из двух состояний: И значительно сложнее, например, заставить лампочку в разных ситуациях светиться одним из 10 цветов. Не говоря уже о 10 миллионах цветов, воспринимаемых человеком. В технике намного удобнее иметь дело с множеством простых элементов, чем с небольшим количеством сложных. Чтобы иметь возможность хранить и обрабатывать информацию техническими средствами, люди решили переводить ее на максимально простой "язык", состоящий всего из двух "букв" — так называемый двоичный или бинарный код. Идея использования бинарного кода принадлежит немецкому математику Готфриду Лейбницу - Он разработал двоичную арифметику и даже сделал чертеж двоичной вычислительной машины, но не сумел ее построить. Используя разные комбинации большого количества двух символов, в бинарном коде можно зашифровать любую числовую, текстовую, звуковую или графическую информацию. Компьютер же является ничем иным, как машиной, предназначенной для хранения и обработки информации в таком виде. Перевод данных в двоичный код называется кодированием. Противоположный процесс, в результате которого бинарный код превращается в привычную для людей информацию, называется декодированием. Компьютер осуществляет кодирование "на лету" при получении данных извне: Перед выводом информации на экран, в аудиосистему или же ее распечатыванием, происходит обратный процесс декодирование. Как осуществляется кодирование различных типов данных, рассмотрим немного ниже. Сначала давайте разберемся, из каких же символов формируется двоичный код внутри компьютера и как он там хранится. С технической стороны компьютерный двоичный код реализуется наличием или отсутствием определенных свойств импульсов у мельчайших запоминающих элементов. Эти импульсы могут быть: Каждый из них может быть либо темного, либо светлого цвета. Диск быстро вращается в дисководе. На его спиральной дорожке фокусируется лазер, отражение которого попадает на фотоэлемент. Темные участки спирали поглощают свет и не передают его на фотоэлемент, светлые — наоборот, отражая свет, передают импульс фотоэлементу. В результате фотоэлемент получает информацию, зашифрованную в дорожке диска в виде темных и светлых точек. Вся ее поверхность тоже представляет собой спираль, состоящую из последовательности миллионов мелких участков. Каждый из них является элементом, который может принимать одно из двух состояний: Эти элементы и формируют двоичный код, в котором кодируется какая-то информация. Каждая такая ячейка может либо содержать электрический заряд, либо нет. Комбинации заряженных и разряженных ячеек оперативной памяти и формируют в ней двоичный код. В аналогичной форме информация хранится и во всех других запоминающих микросхемах флешки, SSD-носители и др. Процессор компьютера обрабатывает двоичный код тоже в виде электрических импульсов. Иногда можно встретить ошибочное мнение, что бинарный код внутри компьютера записан в виде обычных нулей и единиц. Это следствие непонимания технической стороны вопроса. Привычных для нас нулей и единиц в компьютере нет. Чтобы было нагляднее, в учебных материалах отсутствие у элемента такого свойства лишь условно обозначают нулем, а его наличие — единицей. Но с таким же успехом их можно бы было обозначать точкой и тире или крестиком и ноликом. Единицы компьютерной информации В предыдущем пункте уже говорилось о том, что бинарный код внутри компьютера хранится в виде комбинаций большого количества элементов, каждый из которых может иметь одно из двух состояний. Такой мельчайший элемент, участвующий в формировании бинарного кода, называется битом. Битом является, например, каждая темная или светлая точка дорожки оптического диска, каждая запоминающая ячейка оперативной памяти компьютера и т. Чем больше битов содержит какой-то носитель, тем больше информации на нем можно закодировать. К примеру, оптический диск типа "CD" может содержать около 6 млрд. Жесткий диск - в десятки раз больше. Но каждый отдельный бит сам по себе не имеет практической ценности. Для кодирования информации используются блоки из нескольких битов. Представим, например, что в каком-то запоминающем устройстве содержится только один бит. В нем можно будет закодировать всего одно из двух состояний чего либо, например, одну из двух цифр или один из двух цветов. Понятное дело, что практическая ценность такого носителя минимальна. Блок из 2 битов может принимать одно из 4 состояний: В 3-хбитном блоке можно закодировать уже одно из 8 состояний: Ну а 8-битный блок может принимать аж разных состояний. Это уже достаточно существенная частичка двоичного кода, позволяющая отобразить один из значительного количества вариантов. Например, каждому состоянию 8-битного блока можно сопоставить какую-то букву. Вариантов, а их , будет достаточно для кодирования всех русских букв, включая строчные и прописные их варианты, а также всех знаков препинания. Заменяя каждую букву соответствующим 8-мибитным блоком, из двоичного кода можно составить текст. Этот принцип и используется для записи в компьютере текстовой информации подробнее речь об этом пойдет ниже. Как видите, 8-битная ячейка имеет вполне реальную практическую ценность. Поэтому ее и решили считать минимальной единицей компьютерной информации. Эта единица получила название байт. Текстовые файлы состоят из сотен, тысяч или даже десятков тысяч букв. Соответственно, для их хранения в двоичном коде требуются сотни, тысячи или десятки тысяч байтов. Поэтому на практике гораздо чаще приходится имеет дело не с байтами, а с более крупными единицами: Кодирование числовой информации Для работы с числовой информацией мы пользуемся системой счисления, содержащей десять цифр: Эта система называется десятичной. Кроме цифр, в десятичной системе большое значение имеют разряды. Подсчитывая количество чего-нибудь и дойдя до самой большой из доступных нам цифр до 9 , мы вводим второй разряд и дальше каждое последующее число формируем из двух цифр. Дойдя до 99, мы вынуждены вводить третий разряд. В пределах трех разрядов мы можем досчитать уже до и т. Таким образом, используя всего десять цифр и вводя дополнительные разряды, мы можем записывать и проводить математические операции с любыми, даже самыми большими числами. Компьютер ведет подсчет аналогичным образом, но имеет в своем распоряжении всего две цифры - логический ноль отсутствие у бита какого-то свойства и логическая единица наличие у бита этого свойства. Система счисления, использующая только две цифры, называется двоичной. При подсчете в двоичной системе добавлять каждый следующий разряд приходится гораздо чаще, чем в десятичной. Вот таблица первых десяти чисел в каждой из этих систем счисления: Как видите, в десятичной системе счисления для отображения любой из первых десяти цифр достаточно 1 разряда. В двоичной системе для тех же целей потребуется уже 4 разряда. Соответственно, для кодирования этой же информации в виде двоичного кода нужен носитель емкостью как минимум 4 бита 0,5 байта. Человеческий мозг, привыкший к десятичной системе счисления, плохо воспринимает систему двоичную. Хотя обе они построены на одинаковых принципах и отличаются лишь количеством используемых цифр. В двоичной системе точно так же можно осуществлять любые арифметические операции с любыми числами. Главный ее минус - необходимость иметь дело с большим количеством разрядов. Так, самое большое десятичное число, которое можно отобразить в 8 разрядах двоичной системы - , в 16 разрядах — , в 24 разрядах — Компьютер, кодируя числа в двоичный код, основывается на двоичной системе счисления. Но, в зависимости от особенностей чисел, может использовать разные алгоритмы: Запись осуществляется в полной аналогии с двоичной системой счисления. Целые десятичные числа без знака, сохраненные на носителе в двоичном коде, будут выглядеть примерно так: Для записи каждого такого числа на запоминающем устройстве, как правило, отводится 2-байтний блок 16 битов. Старший бит блока тот, что крайний слева отводится под запись знака числа и в кодировании самого числа не участвует. Если число со знаком "плюс", этот бит остается пустым, если со знаком "минус" — в него записывается логическая единица. Число же кодируется в оставшихся 15 битах. Перевести число из десятичной системы счисления в двоичную. В итоге получится ; 2. Записать полученное двоичное число в первые 15 бит битного блока начиная с правого края. Примечательно, что в двоичном коде присвоение числу отрицательного значения предусматривает не только изменение старшего бита. Осуществляется также инвертирование всех остальных его битов. Чтобы было понятно, рассмотрим алгоритм кодирования числа Получим все тоже двоичное число ; 2. Записать полученное двоичное число в первые 15 бит битного блока. Затем инвертировать, то есть, изменить на противоположное, значение каждого из 15 битов; 3. Записать в й бит логическую единицу, поскольку кодируемое число имеет отрицательное значение. В итоге на запоминающем устройстве в двоичном коде будет иметь следующий вид: Запись отрицательных чисел в инвертированной форме позволяет заменить все операции вычитания, в которых они участвуют, операциями сложения. Это необходимо для нормальной работы компьютерного процессора. Максимальным десятичным числом, которое можно закодировать в 15 битах запоминающего устройства, является Иногда для записи чисел по этому алгоритму выделяются 4-байтные блоки. В таком случае для кодирования каждого числа будет использоваться 31 бит плюс 1 бит для кодирования знака числа. Тогда максимальным десятичным числом, сохраняемым в каждую ячейку, будет со знаком плюс или минус. Алгоритм их кодирования сложнее, чем рассмотренные выше. Тем не менее, попытаемся разобраться. Для записи каждого числа с плавающей запятой компьютер чаще всего выделяет 4-байтную ячейку 32 бита: Если число отрицательное, в этот бит записывается логическая единица, если оно со знаком "плюс" — бит остается пустым. Чтобы стало понятно, что такое порядок, мантисса и зачем они нужны, переведем в двоичный код десятичное число 6, Порядок кодирования будет примерно следующим: Перевести десятичное число в двоичное десятичное 6,25 равно двоичному ,01 ; 2. Для этого в числе необходимо передвинуть запятую в нужном направлении, чтобы слева от нее не осталось ни одной единицы. В нашем случае запятую придется передвинуть на три знака влево. В итоге, получим мантиссу ,; 3. Определить значение и знак порядка. Значение порядка — это количество символов, на которое была сдвинута запятая для получения мантиссы. В нашем случае оно равно 3 или 11 в двоичной форме ; Знак порядка — это направление, в котором пришлось двигать запятую: В результате в двоичном коде на запоминающем устройстве это число будет записано следующим образом. Обратите внимание, что мантисса в двоичном коде записывается, начиная с первого после запятой знака, а сама запятая упускается. Числа с плавающей запятой, кодируемые в 32 битах, называю числами одинарной точности. Когда для записи числа битной ячейки недостаточно, компьютер может использовать ячейку из 64 битов. Число с плавающей запятой, закодированное в такой ячейке, называется числом двойной точности. Двоичное кодирование текстовой информации Существует несколько общепринятых стандартов кодирования текста в двоичном коде. Одним из наиболее "старых" разработан еще в х гг. American Standard Code for Information Interchange. Это 7-битный стандарт кодирования. То есть, используя его, компьютер записывает каждую букву или знак в одну 7-битную ячейку запоминающего устройства. Как известно, ячейка из 7 битов может принимать различных состояний. Соответственно, в стандарте ASCII каждому из этих состояний соответствует какая-то буква, знак препинания или специальный символ. Дальнейшее развитие компьютерной техники показало, что 7-битный стандарт кодирования является слишком "тесным". В состояниях, принимаемых 7-битной ячейкой, невозможно закодировать буквы всех существующих в мире письменностей. Поэтому разработчики программного обеспечения начали создавать собственные 8-битные стандарты кодировки текста. За счет дополнительного бита диапазон кодирования в них был расширен до символов. Чтобы не было путаницы, первые символов в таких кодировках, как правило, соответствуют стандарту ASCII. Оставшиеся - реализуют региональные языковые особенности. Восьмибитными кодировками, распространенными в нашей стране, являются KOI8 , UTF8 , Windows и некоторые другие. Разработаны также и универсальные стандарты кодирования текста Unicode , включающие буквы большинства существующих языков. В них для записи одного символа может использоваться до 16 битов и даже больше. Существование большого количества кодировок текста является причиной многих проблем. Вы, наверное, уже встречались с ситуацией, когда в некоторых программах на экране вместо букв отображаются непонятные "кракозябры". Это потому, что компьютер иногда "ошибается" и неверно определяет кодировку, в которой этот текст хранится в его памяти. В перспективе, вероятно, будет принят единый стандарт кодирования текста, полностью учитывающий разнообразие существующих письменностей, на который постепенно перейдут все компьютеры, независимо от локации и используемого программного обеспечения. Но произойдет это, судя по всему, не скоро. Кодирование изображений в двоичный код Чтобы сохранить в двоичном коде фотографию, ее сначала виртуально разделяю на множество мелких цветных точек, называемых пикселями что-то на подобии мозаики. После разбивки на точки цвет каждого пикселя кодируется в бинарный код и записывается на запоминающем устройстве. Первая цифровая фотокамера, созданная в г. Запись одного снимка длилась дольше 20 секунд. Если говорят, что размер изображения составляет, например, х точек, это значит, что оно представляет собой матрицу, сформированную из пикселей количество пикселей по вертикали, умноженное на количество пикселей по горизонтали. Прибором, "разбивающим" изображения на пиксели, является любая современная фотокамера в том числе веб-камера, камера телефона или сканер. И если в характеристиках камеры значится, например, "10 Mega Pixels", значит количество пикселей, на которые эта камера разбивает изображение для записи в двоичном коде, - 10 миллионов. Чем на большее количество пикселей разделено изображение, тем реалистичнее выглядит фотография в декодированном виде на мониторе или после распечатывания. Однако качество кодирования фотографий в бинарный код зависит не только от количества пикселей, но также и от их цветового разнообразия. Алгоритмов записи цвета в двоичном коде существует несколько. Самым распространенным из них является RGB. Эта аббревиатура — первые буквы названий трех основных цветов: R ed, зеленого — англ. G reen, синего — англ. Из школьных уроков рисования, Вам, наверное, известно, что смешивая эти три цвета в разных пропорциях, можно получить любой другой цвет или оттенок. На этом и построен алгоритм RGB. Каждый пиксель записывается в двоичном коде путем указания количества красного, зеленого и синего цвета, участвующего в его формировании. Чем больше битов выделяется для кодирования пикселя, тем больше вариантов смешивания этих трех каналов можно использовать и тем значительнее будет цветовая насыщенность изображения. Цветовое разнообразие пикселей, из которых состоит изображение, называется глубиной цвета. Если для кодирования каждого пикселя какого-то изображения выделяется 8 битов двоичного кода, цветовое разнообразие составит цветов. Глубина цвета битов даст цветов, битов - цветов, битов - цветов. Максимальная глубина цвета, используемая в компьютерной технике - 24 бита. Такую глубину часто называют True Color "Настоящий цвет". Она позволяет отобразить около 16,7 млн. Глаз человека не способен воспринимать большее их количество. Тем не менее, часто встречается и так называемая битная глубина цвета. Она не предусматривает увеличение количества оттенков. Дополнительные биты, выделяемые для кодирования каждого пикселя, предназначены для регулирования степени его прозрачности или же не используются. Описанная выше техника формирования изображений из мелких точек является наиболее распространенной и называется растровой. Но кроме растровой графики, в компьютерах используется еще и так называемая векторная графика. Векторные изображения создаются только при помощи компьютера фотокамеры этого делать "не умеют" и формируются не из пикселей, а из графических примитивов линий, многоугольников, окружностей и др. Зачем нужна векторная графика? В известной детской песенке поется, что для изображения "человечка" достаточно нарисовать всего две "палки" и "огуречек". А представьте, насколько трудно вручную составить человечка из большого числа точек. Векторная графика - это чертежная графика. Она очень удобна для компьютерного "рисования" и широко используются дизайнерами при графическом оформлении печатной продукции, в том числе создании огромных рекламных плакатов, а также в других подобных ситуациях. Векторное изображение в двоичном коде записывается как совокупность примитивов с указанием их размеров, цвета заливки, места расположения на холсте и некоторых других свойств. Например, чтобы записать на запоминающем устройстве векторное изображение круга, компьютеру достаточно в двоичный код закодировать тип объекта окружность , координаты его центра на холсте, длину радиуса, толщину и цвет линии, цвет заливки. В растровой системе пришлось бы кодировать цвет каждого пикселя. И если размер изображения большой, для его хранения понадобилось бы значительно больше места на запоминающем устройстве. Тем не менее, векторный способ кодирования не позволяет записывать в двоичном коде реалистичные фото. Поэтому все фотокамеры работают только по принципу растровой графики. Рядовому пользователю иметь дело с векторной графикой в повседневной жизни приходится не часто. Кодирование звуковой информации Любой звук, слышимый человеком, является колебанием воздуха, которое характеризируется двумя основными показателями: Амплитуда колебаний - это степень отклонения состояния воздуха от начального при каждом колебании. Она воспринимается нами как громкость звука. Частота колебаний - это количество отклонений состояний воздуха от начального за единицу времени. Она воспринимается как высота звука. Так, тихий комариный писк - это звук с высокой частотой, но с небольшой амплитудой. Звук грозы наоборот имеет большую амплитуду, но низкую частоту. Если графически изобразить звуковую волну, она будет выглядеть следующим образом: Схему работы компьютера со звуком в общих чертах можно описать так. Микрофон превращает колебания воздуха в аналогичные по характеристикам электрические колебания. Звуковая карта компьютера "умеет" преобразовывать электрические колебания в двоичный код, который записывается на запоминающем устройстве. При воспроизведении такой записи происходит обратный процесс декодирование - двоичный код преобразуется в электрические колебания, которые поступают в аудиосистему или наушники. Динамики акустической системы или наушников имеют противоположное микрофону действие. Они превращают электрические колебания в колебания воздуха. Но каким же образом звуковая карта преобразовывает электрические колебания в двоичный код? Если взглянуть на графическое изображение волны и внимательно проанализировать ее геометрию, можно увидеть, что в каждый конкретный момент времени звук имеет определенную интенсивность степень отклонения от начального состояния. Значит если весь отрезок времени, в течение которого длится звук, разделить на очень маленькие временные участки, то звуковую волну можно будет записать как очередность значений интенсивности звука в каждом таком временном участке. Но частота "дробления" звука должна быть достаточно высокой, иначе значения участков не будут отображать реальную геометрию волны. Вот примеры слишком низкой частоты дробления. Двоичное кодирование информации Устройство компьютера Компьютер, в обыденном понимании, состоит из системного блока, монитора, компьютерной клавиатуры, мышки, аудиоколонок и другого оборудования. О функциях монитора, клавиатуры, мышки и др. Самой главной, сложной и дорогостоящей частью компьютера является системный блок. Собственно, системный блок в классическом понимании и является компьютером. Остальное оборудование предназначено лишь для ввода и вывода информации в различной форме и обеспечения управления системой. Все процессы, отображаемые на мониторе, происходят внутри системного блока и именно устройствами, находящимися в нем, определяется производительность мощность компьютерной системы. Об устройстве системного блока и пойдет речь в этой публикации. Как узнать характеристики компьютера Наверно, каждому пользователю ПК известно, что возможности компьютера не безграничны и зависят от характеристик основных устройств, входящих в его состав. Чем выше будет производительность каждого из этих устройств, тем значительней будет и общая производительность всего компьютера. Значение имеет также версия Windows, используемая на компьютере. Сравнивая упомянутые характеристики с требованиями тех или иных программ компьютерные игры, офисные приложения и др. В этой публикации описаны способы определения основных характеристик компьютера. Как включить AHCI-режим для SATA в Windows Vista и Windows 7 AHCI — продвинутый режим работы интерфейса разъема SATA, через который современные запоминающие устройства жесткие диски, SSD подключаются к материнской плате компьютера. Использование AHCI позволяет ускорить работу дисковой подсистемы компьютера. В статье описан порядок активации AHCI в Windows Vista и Windows 7. Как включить AHCI-режим для SATA в Windows 8 Внутренние запоминающие устройства компьютера жесткие диски и SSD с включенным режимом AHCI работают быстрее. Это позитивно сказывается на общем быстродействии всего компьютера. О том, как включить AHCI на компьютерах с Windows 8, речь пойдет в этой статье. Что такое AHCI-режим SATA Активация режима AHCI интерфейса SATA позволяет компьютеру использовать расширенные возможности работы с внутренними запоминающими устройствами жесткими дисками, SSD и таким образом повысить их быстродействие. Подробнее о режиме AHCI, а также о том, что необходимо для его активации, речь пойдет в этой статье. Что такое BIOS, UEFI. Как зайти в BIOS компьютера. Информация о том, что такое BIOS, что такое UEFI, какие возможности они предоставляют пользователю, как зайти в настройки BIOS, UEFI. ЖЕЛЕЗО Основы Устройство компьютера Драйверы устройств BIOS, UEFI Внутренние устройства Процессор Материнская плата Видеокарта Оперативная память Жесткий диск, SSD Блок питания Сетевая карта Звуковая карта Кулеры, охлаждение Внешние устройства Мышка Клавиатура Монитор, телевизор Флешка Оптические диски Принтер, сканер Маршрутизатор, Wi-Fi WINDOWS Установка и оптимизация Установка Windows Обновление, восстановление Оптимизация Windows Файлы и папки Файлы Папки Архивы Иконки и ярлыки Контекстное меню Использование Windows Основы Рабочий стол Панель задач Мой компьютер Учетные записи Горячие клавиши Дата и время Язык Шрифты Звуки Панель управления Диспетчер задач Диспетчер устройств Реестр Командная строка Виртуализация Безопасность ПРОГРАММЫ Инструкции и советы Установка программ Автозагрузка программ Microsoft Word Microsoft Excel Браузеры Архиваторы Файлы, мультимедиа Безопасность Каталог программ Категории СЕТЬ Основы Настройка сети Возможности Интернета Полезные сайты.
Карта схема киевского метрополитена
Как забеременеть после месячных календарь
Через сколько после родов можно ставить спираль
Скачать птс warface с официального сайта
Pdf creator инструкция
Зощенко рассказыдля детей короткие