Кодирование информации
5. Количество информации. Измерение информации. Единицы измерения
Измерение и кодирование информации
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны. Теоретической основой информатики является группа фундаментальных наук таких как: Кроме них информатика включает такие разделы, как архитектура ЭВМ, операционные системы, теория баз данных, технология программирования и многие другие. Важным в определении информатики как науки является то, что с одной стороны, она занимается изучением устройств и принципов действия средств вычислительной техники, а с другой - систематизацией приемов и методов работы с программами, управляющими этой техникой. Информационная технология - это совокупность конкретных технических и программных средств, с помощью которых выполняются разнообразные операции по обработке информации во всех сферах нашей жизни и деятельности. Иногда информационную технологию называют компьютерной технологией или прикладной информатикой. Информация аналоговая и цифровая. Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки это делают по-разному. Например, в философии различают информацию объективную и субъективную. Объективная информация отражает явления природы и человеческого общества. Субъективная информация создается людьми и отражает их взгляд на объективные явления. В информатике отдельно рассматривается аналоговая информация и цифровая. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств, привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном, работает с цифровой информацией. Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той или иной форме. Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник -- в картине. Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Слова, в свою очередь, состоят из букв - алфавитное представление информации. Форма представления одной и той же информации может быть различной. Это зависит от цели, которую вы перед собой поставили. С подобными операциями вы сталкиваетесь на уроках математики и физики, когда представляете решение в разной форме. Для этого вы пользуетесь визуальными средствами представления информации: Форма представления информации очень важна при ее передаче: В разные времена люди передавали информацию в различной форме с помощью: Независимо от формы представления и способа передачи информации, она всегда передается с помощью какого-либо языка. На уроках математики вы используете специальный язык, в основе которого -- цифры, знаки арифметических действий и отношений. Они составляют алфавит языка математики. На уроках физики при рассмотрении какого-либо физического явления вы используете характерные для данного языка специальные символы, из которых составляете формулы. Формула -- это слово на языке физики. Существует язык глухонемых, где символы языка -- определенные знаки, выражаемые мимикой лица и движениями рук. Основу любого языка составляет алфавит -- конечный набор знаков символов любой природы, из которых формируется сообщение. Алфавит естественных языков зависит от национальных традиций. Формальные зыки встречаются в специальных областях человеческой деятельности математике, физике, химии и т. В мире насчитывается около 10 разных языков, диалектов, наречий. Многие разговорные языки произошли от одного и того же языка, например, от латинского языка образовались французский, испанский, итальянский и другие языки. Способ преобразования разнообразной информации в последовательность нулей и единиц двоичного кода, то есть записи ее на строгом математическом языке, широко используется в технических устройствах, в том числе и в компьютере. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. При создании первой вычислительной машины такой способ представления информации привлек к себе внимание именно простотой технической реализации: Символы двоичного кода 0 и 1 принято называть двоичными цифрами или битами от англ. Бит является минимальной единицей измерения объема информации. Объем информации в сообщении определяется количеством битов. Более крупной единицей измерения объема информации служит 1 байт, состоящий из 8 битов. Принято также использовать и более крупные единицы измерения объема информации, которые приведены в таблице 2. Число является множителем при переходе к более высокой единице измерения. Для преобразования информации в двоичные коды и обратно в компьютере должно быть организовано два процесса:. Кодирование обеспечивается устройствами ввода, а декодирование -- устройствами вывода. Числа в компьютере представляются в двоичной системе счисления, то есть посредством двух цифр -- 0 и 1. Это позиционная система, из чего следует, что вес цифры 1 зависит от места позиции , которое эта цифра занимает в числе. Любое число можно разложить по степеням основания системы счисления, в том числе и двоичной. Принято при работе с разными системами счисления внизу около числа ставить цифру для обозначения конкретной системы счисления, например, , , , , 8B50D В компьютере различают представление целых и действительных чисел. Целые числа представляются в виде одного, двух или четырех байт со знаком или без знака. Форматы без знака существуют только для положительных чисел. В форматах со знаком знак числа определяет старший разряд: Такое представление получило название представления с фиксированной точкой. Действительные числа в двоичной системе счисления представляются в экспоненциальном виде:. Нажатие любой алфавитно-цифровой клавиши на клавиатуре приводит к тому, что в компьютер посылается сигнал в виде двоичного числа, представляющего собой одно из значений кодовой таблицы. Кодовая таблица -- это внутреннее представление символов в компьютере. Долгое время во всем мире в качестве стандарта была принята таблица ASCII American Standard Code for Informational Interchange -- Американский стандартный код информационного обмена. В стандарте ASCII коды первых символов от 0 до отводились для цифр, букв латинского алфавита и управляющих символов. Вторая половина кодовой таблицы от до американским стандартом не была определена и предназначаюсь для символов национальных алфавитов, псевдографики и некоторых математических символов. В настоящее время для кодирования текстовой информации ; основном используется стандарт Unicode, как результат сотрудничества Международной организации по стандартизации. Цель создания этого стандарта -- единая таблица ;ля всех национальных языков для 25 реально существующих письменностей. Для кодирования алфавитов всех национальных языков достаточно битного представления по 2 байта на символ. Каждому национальному алфавиту выделен свой блок с кодами символов этой письменности. К настоящему времени кодирование всех официальных письменностей можно считать завершенным. Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами -- как растровое или как векторное изображение. Для каждого вида изображения используется свой способ кодирования. Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора. Объем астрового изображения определяется как произведение количества точек и информационного объема одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Чем больше цветов, тем длиннее должен быть код данного цвета. Количество битов на кодирование одного цвета принято называть глубиной цвета. Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, так как точка может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами -- 0 или 1. Рассмотрим, сколько потребуется бит для отображения цветной точки: Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых координаты узловых точек, радиус кривизны и пр. Для каждой линии указываются ее тип сплошная, пунктирная, штрихпунктирная , толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки. Кодирование векторных изображений выполняется различными способами в зависимости от прикладной среды. В частности, формулы, описывающие отрезки кривых, могут кодироваться как обычная буквенно-цифровая информация для дальнейшей обработай специальными программами. Звук представляет собой непрерывный сигнал -- звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой. Громкость сигнала зависит от его амплитуды чем больше амплитуда, тем громче сигнал. Тон сигнала зависит от его частоты чем больше частота сигнала, тем выше тон. Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах Гц, Hz. Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Этот диапазон частот называют звуковым. При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал разбивается на равные по длительности интервалы времени дискреты. При этом предполагается, что на каждом участке сигнал не изменяется, то есть имеет постоянный уровень, который может быть представлен двоичным кодом. Очевидно, что такая замена реального сигнала на совокупность уровней отражается на качестве звука. Поэтому чем меньше временные интервалы дискреты , тем точнее сигнал можно представить в виде кодов. Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации -- это количество измерений уровней сигнала за 1 секунду. Кто хоть раз играл в компьютерные игры или, например, получал справку о текущем времени по телефону, имел дело с синтезированным звуком. Вывод подобных звуков осуществляется синтезатором, который считывает из памяти последовательность хранящихся там звуковых кодов. На подобном принципе основан таблично-волновой способ кодирования. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и пр. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Люди всегда искали способы быстрого обмена сообщениями. Для этого посылали гонцов, использовали почтовых голубей. У народов существовали различные способы оповещения о надвигающейся опасности: Однако использование такого представления информации требует предварительной договоренности о понимании принимаемого сообщения. Знаменитый немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц предложил еще в XVII веке уникальную и простую систему представления чисел. Сегодня такой способ представления информации с помощью языка, содержащего всего два символа алфавита -- 0 и 1, широко используется в технических устройствах, в том числе ив компьютере. Эти два символа 0 и 1 принято называть двоичными цифрами или битами от англ. Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: Кодирование преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть двоичный код. Декодирование - преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку. С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:. Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования - длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных. Вам приходится постоянно сталкиваться с устройством, которое может находится только в двух устойчивых состояниях: Конечно же, это хорошо знакомый всем выключатель. А вот придумать выключатель, который мог бы устойчиво и быстро переключаться в любое из 10 состояний, оказалось невозможным. В результате после ряда неудачных попыток разработчики пришли к выводу о невозможности построения компьютера на основе десятичной системы счисления. И в основу представления чисел в компьютере была положена именно двоичная система счисления. Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вид;, информации, а именно, что должно кодироваться: Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с помощью набора специальных символов. Система счисления - способ записи чисел с помощью набора специальных знаков, называемых цифрами. В позиционных системах счисления величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от её положения в числе позиции. Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8,16, 24 или 32 бита. Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: Такая цветовая модель называется RGB-моделью по первым буквам английских названий цветов Red, Green, Blue. Рассмотрим основные понятия, связанные с кодированием информации. Для передачи в канал связи сообщения преобразуются в сигналы. Символы, при помощи которых создаются сообщения, образуют первичный алфавит, при этом каждый символ характеризуется вероятностью его появления в сообщении. Каждому сообщению однозначно соответствует сигнал, представляющий определенную последовательность элементарных дискретных символов, называемых кодовыми комбинациями. Кодирование - это преобразование сообщений в сигнал, то есть преобразование сообщений в кодовые комбинации. Код - система соответствия между элементами сообщений и кодовыми комбинациями. Кодер - устройство, осуществляющее кодирование. Декодер - устройство, осуществляющее обратную операцию, то есть преобразование кодовой комбинации в сообщение. Количество элементов кода - m называется его основанием. Конечная последовательность символов данного алфавита называется кодовой комбинацией кодовым словом. Число элементов в кодовой комбинации - n называется значностью длиной комбинации. Если N0 - число сообщений источника, то N N0. Множество состояний кода должно покрывать множество состояний объекта. Такой код называется примитивным. По основанию количеству символов в алфавите: В зависимости от назначения и применения условно можно выделить следующие типы кодов:. Внутренние коды - это коды, используемые внутри устройств. Это машинные коды, а также коды, базирующиеся на использовании позиционных систем счисления двоичный, десятичный, двоично-десятичный, восьмеричный, шестнадцатеричный и др. Наиболее распространенным кодом в ЭВМ является двоичный код, который позволяет просто реализовать аппаратно устройства для хранения, обработки и передачи данных в двоичном коде. Он обеспечивает высокую надежность устройств и простоту выполнения операций над данными в двоичном коде. Двоичные данные, объединенные в группы по 4, образуют шестнадцатеричный код, который хорошо согласуется с архитектурой ЭВМ, работающей с данными кратными байту 8 бит. Коды для обмена данными и их передачи по каналам связи. Широкое распространение в ПК получил код ASCII American Standard Code for Information Interchange. ASCII - это 7-битный код буквенно-цифровых и других символов. Поскольку ЭВМ работают с байтами, то 8-й разряд используется для синхронизации или проверки на четность, или расширения кода. В ЭВМ фирмы IBM используется расширенный двоично-десятичный код для обмена информацией EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code. В каналах связи широко используется телетайпный код МККТТ международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии и его модификации МТК и др. При кодировании информации для передачи по каналам связи, в том числе внутри аппаратным трактам, используются коды, обеспечивающие максимальную скорость передачи информации, за счет ее сжатия и устранения избыточности например: Коды для специальных применений - это коды, предназначенные для решения специальных задач передачи и обработки данных. Примерами таких кодов является циклический код Грея, который широко используется в АЦП угловых и линейных перемещений. Коды Фибоначчи используются для построения быстродействующих и помехоустойчивых АЦП. Основное внимание в курсе уделено кодам для обмена данными и их передачи по каналам связи. В соответствии с этими целями теория кодирования развивается в двух основных направлениях:. Теория экономичного эффективного, оптимального кодирования занимается поиском кодов, позволяющих в каналах без помех повысить эффективность передачи информации за счет устранения избыточности источника и наилучшего согласования скорости передачи данных с пропускной способностью канала связи. Теория помехоустойчивого кодирования занимается поиском кодов, повышающих достоверность передачи информации в каналах с помехами. В зависимости от применяемых методов кодирования, используют различные математические модели кодов, при этом наиболее часто применяется представление кодов в виде: Используется для представления равномерных n - значных кодов. Для примитивного полного и равномерного кода матрица содержит n - столбцов и 2n - строк, то есть код использует все сочетания. При больших значениях n и k матрица будет слишком громоздкой, при этом код записывается в сокращенном виде. Матричное представление кодов используется, например, в линейных групповых кодах, кодах Хэмминга и т. Кодовое дерево - связной граф, не содержащий циклов. Связной граф - граф, в котором для любой пары вершин существует путь, соединяющий эти вершины. Граф состоит из узлов вершин и ребер ветвей , соединяющих узлы, расположенные на разных уровнях. Для построения дерева равномерного двоичного кода выбирают вершину называемую корнем дерева истоком и из нее проводят ребра в следующие две вершины и т. Дерево помехоустойчивого кода строится на основе дерева полного кода путем вычеркивания запрещенных кодовых комбинаций. Для дерева неравномерного кода используется взвешенный граф, при этом на ребрах дерева указываются вероятность переходов. Представление кода в виде кодового дерева используется, например, в кодах Хаффмена. Представление кодов в виде полиномов основано на подобии изоморфизме пространства двоичных n - последовательностей и пространства полиномов степени не выше n - 1. При этом операции над кодами эквивалентны операциям над многочленами. Представление кодов в виде полиномов используется например, в циклических кодах. Любая комбинация n - разрядного двоичного кода может быть представлена как вершина n - мерного единичного куба, то есть куба с длиной ребра равной 1. В общем случае n мерный куб имеет 2n вершин, что соответствует набору кодовых комбинаций 2n. Геометрическая интерпретация кодового расстояния. Кодовое расстояние - минимальное число ребер, которое необходимо пройти, чтобы попасть из одной кодовой комбинации в другую. Кодовое расстояние характеризует помехоустойчивость кода. В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре выполняется его кодирование, т. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс - декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в графическое изображение. Использование электронно-вычислительных машин для переработки информации явилось коренным этапом в совершенствовании систем планирования и управления на всех уровнях народного хозяйства. Однако при этом, в отличие от обычных способов сбора и обработки информации, возникли проблемы преобразования информации в символы, понятные для машины. Неотъемлемым элементом этого процесса является кодирование информации. Кодом принято называть совокупность символов, соответствующих элементам информации или ее характеристикам. Сам процесс составления кода в виде совокупности символов или списка сокращений для соответствующих элементов и характеристик называется кодированием. В литературе термин код иногда заменяется идентичным ему термином шифр. Цель кодирования состоит в том, чтобы представить информацию в более компактной и удобной форме для оперирования при передаче и обработке информации; приспособить кодированную информацию к обработке на вычислительных устройствах; обеспечить использование некоторого определенного метода поиска, сортировки и упорядочения информации. Принципиальная схема обработки информации состоит из поиска, сортировки и упорядочения, в которой кодирование является частью операции ввода данных в виде входных кодов. В результате обработки информации получаются выходные коды, которые после их декодирования выдаются как результат проведенной обработке. Декодирование является операцией, обратной кодированию. Если при кодировании происходит преобразование информации в сигналы в виде определенного сочетания символов, соответствующих данному объекту или его характеристике, то при декодировании, наоборот, по заданному коду определяется соответствующий объект или его признаки. Например, в телефонном справочнике указан код, то есть номер телефона, связанный с некоторым элементом лицом или учреждением. Операция декодирования состоит из набора кода номера телефона, который в виде сигналов поступает в АТС, где декодируется с помощью электрической схемы. Процесс кодирования информации может производиться либо ручным, либо автоматическим способом. При ручном, неавтоматическом способе кодирования вручную отыскивается нужный код в предварительно составленном каталоге кодов и записывается в документе в виде цифровых или алфавитно-цифровых символов. Затем документ поступает в вычислительный центр, где оператор с помощью клавишного устройства перфорирует записанную информацию на перфокарте или перфоленте. Затем перфокарты или перфоленты вводятся в ЭВМ, информация кодируется в машинный двоичный код. Таким образом, информация дважды кодируется вручную: При автоматическом способе кодирования человек производит запись на естественном языке в виде слов, цифр и общепринятых обозначений в документе, который читается специальным автоматом. Этот автомат предварительно кодирует документ и записывает все данные на магнитную ленту в двойном коде. Ввод информации в ЭВМ в виде буквенно-цифрового текста на естественном языке и кодировании в машине требует хранения в памяти ЭВМ словаря, в котором каждому слову соответствует определенный код. По этому словарю машина сама кодирует текст. При этом отпадает необходимость в классификации и кодировании информации по ее смысловому содержанию, так как котируются сами слова, выражающие определенные характеристики предметов. Большое разнообразие технических характеристик и других данных, относящихся к производству и потреблению многочисленных видов продукции, не позволяет включить все необходимые данные для их производства в код продукции, так как этот код содержал бы большое число символов. Поэтому задача кодирования продукции заключается в том, чтобы иметь возможно более короткий код, по которому в памяти машины можно было бы найти подробную информацию о всех необходимых данных, относящихся к каждому изделию. Таким кодом является ключевой код. Для каждого ключевого кода в памяти ЭВМ должен храниться массив данных, которые извлекаются из памяти и используются для решения различных задач. Этот массив информации должен быть единым для всех решаемых задач, например каталогом продукции, где в одном месте хранятся все необходимые данные о каждом предмете. Разделение его на ряд отдельных массивов, записанных, например, на различных участках магнитной ленты, нецелесообразно, так как это привело бы к повторению одной и той же информации и увеличению объема хранимой информации. Основное требование к ключевому коду - однозначный поиск ЭВМ признаков, относящихся к данному предмету, для которого ключевой код является адресом. Ключевой код может быть просто порядковым регистрационным номером и не нести какой-либо конкретной информации о продукции или, наоборот, может быть построен по определенной системе классификации и содержать конкретную информацию об основных признаках продукции, вполне ее определяющих. Второй способ кодирования более эффективен, так как регистрационный код не дает возможности осуществить предварительную сортировку информации по ее содержанию. Ключевой код позволяет производить сортировку карточек продукции по главным определяющим признакам. Детальная спецификация и ее остальные характеристики находятся в предварительно отсортированных карточках. Код, символы которого соответствуют определенным предметам или характеристикам , называется прямым кодом. Если код непосредственно не содержит информацию о предмете или его признаках, а представляет адрес, указывающий местоположение информации , где содержится необходимые сведения, то он называется адресным кодом. Адресный код применяется для сокращения кода и быстрого поиска больших массивов информации. За единицу количества информации принимается 1 бит, то есть один двоичный разряд 0 или 1. Буквы, десятичные цифры и другие символы внутри ЭВМ представляются в виде групп двоичных разрядов. Операция представления их в таком виде называется двоичным кодированием. Группа из n двоичных чисел позволяет закодировать 2n различных символов. Такая группа называется байтом. Более крупной единицей информацией является машинное слово, представляющее собой последовательность символов , занимающих одну ячейку в памяти машины. В зависимости от ЭВМ машинного слова может колебаться в пределах-- от 16 до 64 двоичных разрядов. Обычно машинное слово используется как единое целое в ЭВМ, хотя на некоторых машинах допускается обработка частей машинного слова. Массив информации, содержащий машинных слова, называется страницей. Каждый отдельный блок памяти содержит обычно 16 и более страниц. Местоположение адрес слова в памяти определяется кодом адреса, содержащим номер блока, страницы и номера слова в этой странице. Для упорядочения информации о множестве объектов, а также для облегчения их поиска и сортировки по заданным признакам или характеристикам применяется классификация этого множества. Классификация--это условное разбиение множества на ряд классов, подклассов и других группировок по принятой системе счисления и по заданным признакам и характеристикам. Классификационный код--это такой код, в котором отдельными символами или группой символов представлен каждый из классифицируемых признаков или каждая конкретная характеристика предмета. Структура и число символов классификационного кода целиком определяется принятой классификацией множества, которая, в свою очередь, зависит от поставленных целей и задач. В классификационном коде каждый символ заключает в себе определенную информацию о конкретном признаке или характеристике предмета. В отличие от этого порядковый, или регистрационный код, содержащий присвоенный данному предмету порядковый номер при его регистрации без учета его признаков и характеристик, может служить только адресом для поиска местоположения информации о данном предмете. Во многих случаях применяются смешанные коды, в которых имеется как классификационная часть, так и порядковые номера для списка классифицируемых предметов множества. Составляя информационную модель объекта или явления, мы должны договориться о том, как понимать те или иные обозначения. То есть договориться о виде представления информации. Информационная модель - целенаправленно отобранная информация об объекте или процессе. Они являются алфавитным представлением информации. Основу любого языка составляет алфавит - конечный набор различных знаков символов любой природы, из которых складывается сообщение на данном языке. Чтобы избежать путаницы, следует договориться о правилах представления информации. Такое правило часто называют кодом. Кодирование - процесс представления информации в виде кода представление символов одного алфавита символами другого; переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки. Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги в виде сигналов светофора. Таким образом, кодирование сводиться к использованию совокупности символов по строго определенным правилам. Наиболее значимым для развития техники оказался способ представления информации с помощью кода, состоящего всего из двух символов: Одним битом могут быть выражены два понятия: Например, 1 и 0 могут соответствовать намагниченным и не намагниченным участкам диска; нулевому и ненулевому напряжению; наличию и отсутствию тока в цепи и т. Поэтому данные в компьютере на физическом уровне хранятся, обрабатываются и передаются именно в двоичном коде. Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию. Таким образом, двоичный код является универсальным средством кодирования информации. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Примером аналогового представления графической информации может служить, скажем, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно , а дискретного - аудиокомпакт диск звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью. Графическая и звуковая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. В процессе дискретизации производится кодирование, т. Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода. Качественные и количественные характеристики информации. Свойства информации новизна, актуальность, достоверность и др. Единицы измерения количества информации. Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств. Свет, звук, тепло - это энергетические сигналы, а вкус и запах - это результат воздействия химических соединений, в основе которого тоже энергетическая природа. Человек испытывает энергетические воздействия непрерывно и может никогда не встретиться с одной и той же их комбинацией дважды. Нет двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и двух абсолютно одинаковых звуков - это информация аналоговая. Если же разным цветам дать номера, а разным звукам - ноты, то аналоговую информацию можно превратить в цифровую. Кодирование информации - это процесс формирования определенного представления информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация звуки, изображения, показания приборов и т. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. Аналогично на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства экран или печать для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов. Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц а не десяти цифр, как это привычно для людей. Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. Экономное кодирование дискретной информации. СПбГИТМО ТУ , Представление информации в двоичной системе. Необходимость кодирования в программировании. Кодирование графической информации, чисел, текста, звука. Разница между кодированием и шифрованием. Двоичное кодирование символьной текстовой информации. Понятие и отличительные черты аналоговой и цифровой информации. Изучение единиц измерения цифровой информации: Особенности передачи, методы кодирования и декодирования текстовой, звуковой и графической цифровой информации. Понятие информации и основные принципы ее кодирования, используемые методы и приемы, инструментарий и задачи. Специфические особенности процессов кодирования цифровой и текстовой, графической и звуковой информации. Логические основы работы компьютера. Классификация информации по форме представления, области возникновения, способу передачи и восприятия и способам кодирования. Анализ основных единиц измерения информации, служащих для измерения объёма информации. Представление числовой информации с помощью систем счисления. Кодирование символьной, текстовой, числовой и графической информации. Устройство жесткого диска; дисковод компакт-дисков CD-ROM. Использование главного меню Windows; языки программирования. Анализ способов кодирования информации. Разработка устройства кодирования кодера информации методом Хемминга. Реализация кодера—декодера на базе ИМС КВЖ1. Разработка стенда контроля передаваемой информации, принципиальная схема устройства. Информация и информационные процессы в природе, обществе, технике. Команды вычислительной машины, которые интерпретируются микропроцессором или микропрограммами. Правила для записи чисел цифровыми знаками. Практическое применение машинных кодов, систем счисления, кодировки информации. Знакомство с идеей векторного способа представления изображений в цифровом виде. Разработка последовательности команд для кодирования графического объекта. Основные команды; двоичное кодирование графической информации, растровый и векторный варианты. Обзор и характеристика существующих методов сжатия информации, основанных на процедуре кодирования Хаффмена. Алгоритмы динамического кодирования методом FGK и Виттера. Программная реализация и руководство пользователя. Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Главная Библиотека "Revolution" Программирование, компьютеры и кибернетика Кодирование информации. Единицы измерения объема информации в компьютере. Преобразование информации в двоичные коды и обратно. Особенности кодирования числовой, текстовой, графической информации и звука. Операции кодирования и декодирования информации. Изменение и представление информации 1. Основные понятия и определения 2. Таким образом, информацию можно представить в различной форме: Бит -- наименьшая единица измерения объема информации. Для преобразования информации в двоичные коды и обратно в компьютере должно быть организовано два процесса: Для сравнения рассмотрим два примера представления чисел: Действительные числа в двоичной системе счисления представляются в экспоненциальном виде: Такое представление получило название представления с плавающей точкой. Кодирование текстовой информации Нажатие любой алфавитно-цифровой клавиши на клавиатуре приводит к тому, что в компьютер посылается сигнал в виде двоичного числа, представляющего собой одно из значений кодовой таблицы. В настоящее время для кодирования текстовой информации ; основном используется стандарт Unicode, как результат сотрудничества Международной организации по стандартизации ведущими производителями компьютеров и программного обеспечения. Кодирование графической информации Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами -- как растровое или как векторное изображение. Кодирование звука Звук представляет собой непрерывный сигнал -- звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента: Представление кодирование чисел Для записи информации о количестве объектов используются числа. Системы счисления подразделяются на позиционные и непозиционные. Основные понятия и определения Рассмотрим основные понятия, связанные с кодированием информации. Классификация кодов Коды можно классифицировать по различным признакам: По длине кодовых комбинаций слов: В зависимости от назначения и применения условно можно выделить следующие типы кодов: В соответствии с этими целями теория кодирования развивается в двух основных направлениях: Теория помехоустойчивого кодирования занимается поиском кодов, повышающих достоверность передачи информации в каналах с помехами 3. Способы представления кодов В зависимости от применяемых методов кодирования, используют различные математические модели кодов, при этом наиболее часто применяется представление кодов в виде: Представление кода в виде кодового дерева используется, например, в кодах Хаффмена Представление кодов в виде многочленов Представление кодов в виде полиномов основано на подобии изоморфизме пространства двоичных n - последовательностей и пространства полиномов степени не выше n - 1. Представление кодов в виде полиномов используется например, в циклических кодах Геометрическое представление кодов Любая комбинация n - разрядного двоичного кода может быть представлена как вершина n - мерного единичного куба, то есть куба с длиной ребра равной 1. Геометрическая модель двоичного кода Геометрическая интерпретация кодового расстояния. Но вот беда, одна и та же запись может нести разную смысловую нагрузку. Например, набор цифр может обозначать: Код - набор условных обозначений для представления информации. Обратное преобразование называется декодированием. Для общения друг с другом мы используем код - русский язык. При разговоре этот код передается звуками, при письме - буквами. Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар. Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется: Существуют три основных способа кодирования текста: Двоичные числа очень удобно хранить и передавать с помощью электронных устройств. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием. Заключение Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки это делают по-разному. Учебник для вузов Изд-во ПИТЕР, Наука, 20 Размещено на Allbest. Теория информации и кодирования: Разработка устройства кодирования-декодирования х разрядных слов методом Хемминга. Представление и кодирование информации. Машинные коды, системы счисления, кодировка информации. Векторное кодирование графической информации. Компрессия информации и упорядочение дерева по алгоритму Виттера. Другие документы, подобные "Кодирование информации".
Если таким способом закодировать последовательность символов АЕЕВГДБЕ и записать результат в восьмеричной системе счисления, то получится:. Для кодирования букв X, Y, Z, W решили использовать двух — и трехразрядные последовательные двоичные числа от 11 до соответственно. Если таким способом закодировать последовательность символов WYXZ и записать результат в шестнадцатеричной системе счисления, то получится:. Вася пригласил друга Коля в гости, но не сказал ему код подъезда, а прислал сообщение: Выполнив действия, указанные в сообщении, Коля получил следующий код для цифрового замка. Игровое поле состоит из 18 строк и 8 столбцов. Партия записана последовательностью из 10 координат, соответствующих ходам игроков по клеткам. Какой объем информации в битах несет эта запись, если для кодирования одной клетки поля использовали двоичный код минимальной длины? В некоторой стране автомобильный номер состоит из 7 символов. В качестве символов используют 18 различных букв и десятичные цифры в любом порядке. Каждый такой номер в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байтов, при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством битов. Определите объем памяти, отводимый этой программой для записи 60 номеров. Для передачи секретного сообщения из 25 символов использовался код, состоящий из 12 букв. Все буквы кодируются одним и тем же минимально возможным количеством бит. Информационный объем такого сообщения равен. На карте маршрутов города все маршруты обозначены некоторым кодом, в котором первая буква обозначает вид транспорта А-автобус, Т — троллейбус, Р — трамвай, М — маршрутное такси. Далее идут 2 цифры — номер маршрута, если номер маршрута 1,то он кодируется Четвертый символ — буква а или б показывает направление движения. Каждый код маршрута записывается минимально возможным и одинаковым количеством бит при этом используется посимвольное кодирование и каждый символ кодируется минимально возможным количеством бит. Второй символ — 1 из 10 вариантов…. Программа генерирует N — символьные пароли следующим образом: Все символы кодируются одним и тем же минимально возможным количеством бит и записываются на диск. Программа сгенерировала паролей и записала из в файл подряд, без дополнительных символов. Размер файла составил 1, 5 Кбайта. В некой стране автомобильный номер длиной 7 символов составляют из заглавных букв используют только 25 различных букв и десятичных цифр в любом порядке. Каждый такой номер в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт при этом используется посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит. Метеорологическая станция ведет наблюдение за температурой воздуха. Станция сделала измерений. Каков информационный объем результатов наблюдений? При формировании цвета в модели RGB значение каждого оттенка зеленого, синего, красного может принимать значения от 0 до 7 включительно. Сколько различных цветов можно получить в такой модели? Сколько различных сигналов можно передать с помощью табло, состоящего из четырех таких элементов при условии, что все элементы должны гореть? Световое табло состоит из светящихся элементов, каждый из которых может гореть од ним из восьми различных цветов. Сколько различных сигналов можно передать с помощью табло, состоящего из трех таких элементов при условии, что все элементы должны гореть? При формировании цвета в модели RGB значение каждого оттенка зеленого, синего, красного может принимать значения от 0 до 6 включительно. Учитель, выставляя в журнал четвертные оценки по биологии за третью четверть 3,4,5 обратил внимание, что комбинация из трех четвертных оценок по этому предмету у всех учеников различна. Какое может быть максимальное количество учеников в этом классе? У каждого из этих трех вариантов вторая оценка тоже выбирается тремя вариантами. У каждого из 9 вариантов первых двух оценок третья оценка может быть выбрана 3 вариантами. Сколько потребуется времени для передачи сообщения, состоящего из страниц текста каждая страница состоит из 40 строк и 60 символов в строке и закодированного с помощью кода ASСII. Сколько символов в сообщении? Передача текстового файла через это соединение заняла 1 минуту. Определите, сколько символов содержал переданный текст, если известно, что он был представлен в кодировке Unicode. Найти объем текста знаем скорость и время передачи Находим сколько символов было в переданном тексте знаем объем всего текста и объем одного символа. Сколько секунд понадобится модему, чтобы передать 4 страницы текста в 8-битной кодировке КОИ8, если считать, что на каждой странице в среднем 2 символа? Какую часть экрана займет изображение файла типа ВМР объемом ,5 Кбайт, созданного при глубине цвета 16 бит, если разрешение экрана х точек и качество цвета 32 бита? Укажите минимальный объем памяти в килобайтах , достаточный для хранения любого растрового изображения размером х пикселей, если известно, что в изображении используется палитра из цветов. Саму палитру хранить не нужно. Глубина представления цвета сканера в битах равна? Частота временной дискретизации — это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах Гц. Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. Характерные частоты дискретизации аудиоадаптеров: Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Очевидно, 16 разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный. Современные звуковые карты обеспечивают битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала состояний при данном кодировании можно рассчитать по формуле:. Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается битный код. При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Попробуем оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука 16 бит, 48 кГц. Для этого количество битов нужно умножить на количество выборок в 1 секунду и умножить на 2 стерео:. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием уровней интенсивности сигнала качество звучания аудио-CD , а затем с использованием уровней интенсивности сигнала качество звучания радиотрансляции. Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука? Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при битном кодировании и частоте дискретизации 32 КГц его объем равен Кбайт. Через ADSL соединение файл размером Кбайт передавался 32 секунды. Сколько секунд требуется для передачи файла размером Кбайт. Известно, что длительность непрерывного подключения к сети Интернет с помощью модема для некоторых АТС не превышает 10 минут. Передача файла через это соединение заняла 2 минуты. Определите размер файла в килобайтах. У Оли есть доступ в Интернет по высокоскоростному одностороннему радиоканалу, обеспечивающему скорость получения информации бит в секунду. У Маши нет скоростного доступа, зато есть возможность получать информацию от Оли по низкоскоростному телефонному каналу со средней скоростью бит в секунду. Маша договорилась с Олей, что та будет скачивать для нее данные объемом 8 Мбайт по высокоскоростному каналу и ретранслировать их Оле по низкоскоростному каналу. Компьютер Оли может начать ретрансляцию данных не раньше, чем ею будет получен 1 Мбайт данных. Сколько Кбайт успеет скачать Маша к моменту окончания скачивания информации Олей? Петя решил создать слайдшоу со звуковым сопровождением. В слайдшоу последовательно воспроизводится 10 неповторяющихся изображений, размером х точек, кодированных с использованием цветовой палитры, содержащей цветов. Каждый слайд проигрывается 5 секунд переключение слайдов является мгновенным. На протяжении всего слайдшоу проигрывается фрагмент стереофонической музыкальной композиции, кодированный с частотой дискретизации Гц и уровнями квантования. Продолжительность музыкального фрагмента равна общему времени показа всех изображений. Сколько потребуется памяти в Кбайт для хранения этого слайдшоу, если известно, что сжатия изображений и музыкального фрагмента не производилось, а вся служебная информация о кодировании изображений и звука и организации слайдшоу занимает 10 Кбайт. В ответе укажите число. Кодирование текстовой информации ЕГЭ по информатике и ИКТ. Кодирование графической информации ЕГЭ по информатике и ИКТ. Для комментария используется ваша учётная запись WordPress. Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Уведомлять меня о новых комментариях по почте. Уведомлять меня о новых записях по почте. ГИА Математика Физика Информатика Дневник заданий для учащихся. Главная Литература для подготовки О нас Подготовка к ГИА и ЕГЭ Курсы подготовки к ОГЭ по математике для 9 класса Курсы подготовки к ОГЭ по физике для 9 класса Курсы подготовки к ЕГЭ по информатике Физика Кинематика Динамика Основы МКТ и термодинамики Электростатика Постоянный эл. Колебательный контур Оптика Видео. Turbo Pascal Pascal — решение задач Матрицы — двумерные массивы Паскаль. Одномерные массивы Двумерные массивы или матрицы Текстовые файлы в Паскале Типовые алгоритмы поиска максимума и минимума. Задача 1 Для кодирования букв А, Б, В, Г, Д, Е решили использовать следующий код: А — Б — 1 В — 10 Г — Д — Е — 0 Если таким способом закодировать последовательность символов АЕЕВГДБЕ и записать результат в восьмеричной системе счисления, то получится: Если таким способом закодировать последовательность символов WYXZ и записать результат в шестнадцатеричной системе счисления, то получится: Задача 1 Игровое поле состоит из 18 строк и 8 столбцов. Сколько возможных событий клеток поля? Задача 3 Для передачи секретного сообщения из 25 символов использовался код, состоящий из 12 букв. Информационный объем такого сообщения равен 1 битбитбитбит Задача 4 На карте маршрутов города все маршруты обозначены некоторым кодом, в котором первая буква обозначает вид транспорта А-автобус, Т — троллейбус, Р — трамвай, М — маршрутное такси. Определить объем памяти, отводимый для записи 80 таких маршрутов. Оцениваем объем информации каждого символа в записи маршрута: Задача 5 диагностическая отвариант1 А16 Программа генерирует N — символьные пароли следующим образом: Значит, для кодирования одного символа необходимо 6 бит. Задача 6 В некой стране автомобильный номер длиной 7 символов составляют из заглавных букв используют только 25 различных букв и десятичных цифр в любом порядке. Определите объем для хранения в памяти 50 номеров. Комбинаторика Задача 1 При формировании цвета в модели RGB значение каждого оттенка зеленого, синего, красного может принимать значения от 0 до 7 включительно. Одна компонента принимает 8 различных значений. Задача 4 При формировании цвета в модели RGB значение каждого оттенка зеленого, синего, красного может принимать значения от 0 до 6 включительно. Одна компонента принимает 7 различных значений. Первая оценка выбирается 3 вариантами. Текст и передача текста Задача 1 Сколько потребуется времени для передачи сообщения, состоящего из страниц текста каждая страница состоит из 40 строк и 60 символов в строке и закодированного с помощью кода ASСII. Графика и передача графики Задача 1 Какую часть экрана займет изображение файла типа ВМР объемом ,5 Кбайт, созданного при глубине цвета 16 бит, если разрешение экрана х точек и качество цвета 32 бита? Незачем, это лишняя информация. Задача 2 Укажите минимальный объем памяти в килобайтах , достаточный для хранения любого растрового изображения размером х пикселей, если известно, что в изображении используется палитра из цветов. Количество различных уровней сигнала состояний при данном кодировании можно рассчитать по формуле: Для этого количество битов нужно умножить на количество выборок в 1 секунду и умножить на 2 стерео: Задача 1 Через ADSL соединение файл размером Кбайт передавался 32 секунды. Пропорция одинаковые единицы измерения!!! Передача с осложнениями Задача 1 У Оли есть доступ в Интернет по высокоскоростному одностороннему радиоканалу, обеспечивающему скорость получения информации бит в секунду. Решение Сколько времени Оля будет скачивать 7 Мбайт? Сколько скачает Маша за 56 секунд? Кодирование информации, измерение информации, передача информации: Физика для школьников Уведомление: Физика для школьников Добавить комментарий Отменить ответ Введите свой комментарий Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий: E-mail обязательно Адрес никогда не будет опубликован. Алгебраические выражения Алгоритмизация и программирование Вебинары Динамика Исполнители алгоритмов Квантовая физика Кинематика Кодирование информации Колебания и волны Компьютерные сети Магнитное поле Математика Модуль числа Общие сведения Оптика Основы МКТ и термодинамики Основы логики Пользователь ПК Постоянный эл. Колебательный контур Электростатика Это надо знать.
Английские слова на y
Ks 40 1 инструкция
Списание запчастейв 1с 8.3 пошаговая инструкция
Расписание 21 автобуса домодедово 2017
Как написать заявлениена загранпаспорт старого образца