Кодирование информации

Легко догадайся, что одним  байтом можно закодировать 256 различных  цветов. В принципе, этого достаточно для рисованных изображений типа тех, что мы видим в мультфильмах, но для полноцветных изображении живой природы — недостаточно. Человеческий глаз — не самый совершенный инструмент, но и он может различать десятки миллионов цветовых оттенков.

А что, если на кодирование  цвета одной точки отдать не один байт, а два, то есть, не 8 битов, а 16. Мы уже знаем, что добавление каждого  бита увеличивает в два раза количество кодируемых значений. Добавление восьми битов восемь раз удвоит это количество, то есть увеличит его в 256 раз (2х2х2х2х2х2х2х2=256) Двумя байтами можно закодировать 256х256=65 536 различных цветов. Это уже лучше и похоже на то, что мы видим на фотографиях и на картинках в журналах, но все равно хуже, чем в живой природе.

Если для кодирования  цвета одной точки использовать 3 байта (24 бита), то количество возможных  цветов увеличится еще в 256 раз и  достигнет 16,5 миллионов. Этот режим  позволяет хранить, обрабатывать и  передавать изображения, не уступающие по качеству наблюдаемым в живой природе.

Возможно, вы знаете, что  любой цвет можно представить  в виде комбинации трех основных цветов: красного, зеленого и синего (их называют цветовыми составляющими). Если мы кодируем цвет точки с помощью трех байтов, то первый байт выделяется красной составляющей, второй — зеленой, а третий — синей. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.

Белый цвет. Если точка имеет белый цвет, значит, у нее есть все цветовые составляющие, и они имеют полную яркость. Поэтому белый цвет колируется тремя полными байтами 255, 255, 255.

Черный цвет. Он означает отсутствие всех прочих цветов. Все цветовые составляющие равны нулю. Черный цвет кодируется байтами 0, 0, 0.

Серый цвет. Это цвет, промежуточный между черным и белым. В нем есть все цветовые составляющие, но они одинаковы и нейтрализуют друг друга. Например, серый цвет может быть таким 100, 100, 100 или таким: 150, 150, 150. Можно догадаться, что во втором случае яркость выше, и второй вариант серого цвета светлее первого.

Красный цвет. У него все составляющие, кроме красной, равны нулю. Это может быть, например, темно-красный цвет: 128, 0, 0 или ярко-красный: 255, 0, 0.

То же относится и к  синему цвету (0, 0, 255) и к зеленому (0, 255, 0).

Задавая любые значения (от 0 до 255) для каждого из трех байтов, с помощью которых кодируется цвет, можно закодировать любой из 16,5 миллионов цветов.

 

 

 

 

 

Кодирование графической  информации

 

Итак, мы уже умеем с  помощью чисел кодировать цвет одной  точки. На это необходимы один, два  или три байта, в зависимости  от того, сколько цветов мы хотим  передать. А как закодировать целый  рисунок?

Решение приходит само собой  — надо рисунок разбить на точки. Чем больше будет точек и чем  мельче они будут, тем точнее будет  передача рисунка. А когда рисунок  разбит на точки, то можно начать с  его левого верхнего угла и, двигаясь по строкам слева направо, кодировать цвет каждой точки.

 Книжка у нас черно-белая,  и цветной рисунок в ней  показать нельзя, поэтому мы не  будем кодировать точки этого  рисунка тремя байтами — нам  достаточно и одного байта  на каждую точку.

Код 0 обозначает черную точку, код 255 — белую. Коды 1-254 обозначают серые точки. Чем выше значение кода, тем светлее точка.

Когда все точки рисунка  закодированы, получается следующая  последовательность байтов:

176, 176, 176, 128, 64, 64, 64, 80, 64, 64, 80, 80, 80, 80, 80…

Если бы рисунок был  цветным, то для каждой точки вместо одного байта стояло бы три байта и вся последовательность была бы втрое длиннее.

Закодировать рисунок  оказалось несложно, а вот как  его раскодировать, чтобы опять  получить то, что было? Если раскодировать  байты по одному слева направо, то никогда не узнаешь, где кончается  одна строка и начинается другая.

Это говорит о том, что  нам чего-то не хватает. Значит, мы что-то важное упустили из виду. Если бы перед  группой байтов приписать еще  небольшой заголовок, из которого было бы ясно, как надо эти байты раскодировать, то все стало бы на свои места. Этот заголовок может быть, например таким: {8х8}. По нему можно догадаться, что рисунок должен состоять из восьми строк по восемь точек в каждой строке.

Заголовок можно сделать еще подробнее, например так: {8х8х3} — тогда можно догадаться, что это рисунок цветной, в котором на кодирование цвета каждой точки использовано три байта.

Заголовок помогает решить многие вопросы, но возникает новая  проблема. Как компьютер разберется, где заголовок, а где сама информация? Ведь заголовок тоже должен быть записан  в виде байтов. Сумеет ли компьютер  отличить байты заголовка от байтов информации? Далее мы с этим разберемся.

 

 

Понятие формата  информации

 

Идея представить любую  информацию в виде чисел и закодировать их байтами очень рациональна. Компьютеру удобно работать, когда тексты, звуки, рисунки и видеофильмы представлены в виде байтов со значениями от 0 до 255. Непонятно только, как он отличит, где и что записано.

Возьмем несколько байтов: 70, 79, 82, 77, 65, 84. Что здесь записано?

• Может быть, это две  цветные точки: первая с цветом 70, 79, 82, а вторая: 77, 65, 84?

• Может быть, это шесть  серых точек (одни чуть светлее, а  другие чуть темнее).

• Может быть, этими байтами  закодирована дата и время запуска  очередного спутника Земли?

• Может быть, это начало какой-то музыкальной мелодии?

Это может быть вообще все, что угодно, в том числе и  английское слово FORMAT, закодированное по стандарту ASCII (проверьте, не так ли это на самом деле).

Если компьютер не знает, что выражает каждая группа байтов, он не сможет ничего с ней сделать. Он должен различать, где байтами  закодирован текст, а где музыка и рисунки. Тексты должны всегда оставаться текстами, числа — числами, даты — датами, рисунки — рисунками, музыка — музыкой, а деньги, хранящиеся в банковском компьютере в виде тех же самых байтов, должны оставаться деньгами и не превращаться в звук и музыку.

Решение этой проблемы опять-таки связано с заголовком. Если бы перед  группой байтов стоял специальный  заголовок, то компьютер точно знал бы, что эти байты обозначают. А чтобы компьютер знал, где  кончаются байты заголовка и  начинаются байты данных, заголовок  и данные должны иметь строго определенный формат. Для разных видов информации используются разные форматы. Например, если это черно-белая картинка, то каждый байт после заголовка определяет яркость точки, а если это цветная картинка, то цвет одной точки может определять не один байт, а несколько байтов.

 

Понятие о файле

 

Итак, мы поняли, что любая  последовательность байтов может выражать все что угодно, но надо знать, в  каком формате информация записана, есть ли у нее заголовок, где он начинается и где заканчивается.

Если мы пишем контрольную  работу на отдельных листочках, а  потом сдаем ее учителю на проверку, то как учитель узнает, какой ученик написал какую работу? Очень просто — каждый ученик свою работу подписывает, то есть выполнит регистрацию.

Точно так же и в компьютере. Каждая последовательность байтов, содержащая информацию определенного типа, должна быть зарегистрирована. После регистрации  эта последовательность получает уникальное имя и называется файлом. Любая информация, сохраняемая на компьютере, должна быть зарегистрирована как файл.

Мы уже говорили о том, что наименьшей единицей представления информации является бит. Наименьшей единицей обработки или передачи информации является байт. Теперь мы узнали наименьшую единицу хранения информации — это файл. Ни байт, ни бит нельзя сохранить в качестве информации, поскольку непонятно, что они обозначают (то ли буквы, то ли ноты, то ли еще что-то). Файл можно сохранить, потому что он регистрируется, даже если в нем только один байт.

Простой пример. Если зайти  в школьную библиотеку и попросить  выдать букву «А», то библиотекарь этого  сделать не сможет, хотя у него есть тысячи книг, в которых встречаются  миллионы букв «А». Буквы в библиотеке не зарегистрированы. Другое дело —  книги, журналы, газеты. Выбирайте любую  по каталогу. Они зарегистрированы. В них вы найдете нужную информацию.

Файл — это  наименьшая единица хранения информации, содержащая последовательность байтов и имеющая уникальное имя.

По имени файла компьютер  определяет, где файл находится, какая  информация в нем содержится, в  каком формате она записана и  какими программами ее можно обработать. Имя файла имеет очень большое значение.

 

Кодирование символьной информации

Нажатие 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. Во всем мире в качестве стандарта  принята таблица ASCII (American Standart Code for Informational Interchange - американский стандартный код информационного обмена). 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.

Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит. Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, количество возможных сочетаний единиц и нулей равно 2⁸ = 256.

Значит, с помощью 1 байта можно  получить 256 разных двоичных кодовых  комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов. Эти коды и  составляют таблицу ASCII. 

Пример, при нажатии клавиши  с буквой S в память компьютера записывается код 01010011. При выводе буквы S на экран  компьютер выполняет декодирование  — на основании этого двоичного  кода строится изображение символа.

SUN (СОЛНЦЕ) - 01010011  010101101  01001110

Стандарт ASCII кодирует первые 128 символов от 0 до 127: цифры, буквы латинского алфавита, управляющие символы. Первые 32 символа  являются управляющими и предназначены  в основном для передачи команд управления. Их назначение может варьироваться  в зависимости от программных  и аппаратных средств. Вторая половина кодовой таблицы (от 128 до 255) американским стандартом не определена и предназначена  для символов национальных алфавитов, псевдографических и некоторых  математических символов. В разных странах могут использоваться различные  варианты второй половины кодовой таблицы.

Цифры кодируются по стандарту ASCII  записываются в двух случаях - при вводе-выводе и когда они встречаются я тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичный код.

Для сравнения рассмотрим число 45 для двух вариантов кодирования.

При использовании в тексте это  число потребует для своего представления 2 байта, поскольку каждая цифра будет  представлена своим кодом в соответствии с таблицей ASCII . В двоичной системе - 00110100 00110101.

При использовании в вычислениях  код этого числа будет получен  по специальным правилам перевода и  представлен в виде 8-разрядного двоичного числа 00101101, на что потребуется 1 байт.  

 

Заключение

Передача информации – очень  необходимая вещь для каждого  человека и всего человечества в  целом. Информатизация общества в настоящее  время достигает новых вершин. Это связано с возникновением новых современных информационных технологий, позволяющих человеку увеличивать  объемы обрабатываемой и передаваемой информации. Главным предметом обработки  и передачи информации является персональный компьютер. Все чаще передача информации между различными организациями  или юридическими лицами осуществляется через локальные или глобальные компьютерные сети, что заставляет общество все глубже изучать этапы  и способы передачи информации.

Таким образом, тема передачи информации остается актуальной и в современном мире.

 

Список используемой литературы

 

1. Н. Угринович. Информатика и информационные технологии. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003г.
2. С.Симонович, Г.Евсеев. Занимательный компьютер, М., 2002г.
3. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. – М.: 2003г.
4. Фигурнов В.А. ПК для начинающих. – М., 1995г.
5. Ефимова О., Морозов В., Угринович Н. Курс компьютерной технологии с основами информатики. Учебное пособие для старших классов. - М.: ООО "Издательство АСТ"; АВF, 2000 г.
6. Задачник-практикум по информатике. В 2-х томах/Под ред. И.Семакина, Е.Хеннера. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 г.
7. Угринович Н. Информатика и информационные технологии. 10-11 класс- М.: Лаборатория Базовых Знаний, АО "Московские учебники", 2001 г.