Ақпаратты кодтау

Ақпарат теориясы — математиканың ақпаратты сақтау, түрлендіру және тасымалдау әдістерін зерттейтін бөлімі, кибернетиканың маңызды саласы. Ақпарат теориясының негізгі ұғымы ақпарат (хабар) болып есептеледі. Ақпарат теориясында берілетін не сақталатын хабарлар көзі бар деп ұйғарылады. Бұл хабарлардың шығуы мен қабылдануы кездейсоқ сипатта болғанымен, оның шығу ықтималдығы белгілі деп қарастырылады. Мұндай хабарлардың “анықталмау” дәрежесін сипаттау үшін Ақпарат теориясына энтропия деп аталатын ұғым ендіріледі. Энтропия — қандай да бір тәжірибенің (сынақтың) әр түрлі нәтижемен аяқталатын анықталмағандық өлшемі. Ақпарат теориясы хабардың байланыс арнасы арқылы бөгеуілдермен берілу тәсілдерін зерттейді. Әр түрлі ақпаратты жинау, оны түрлендіру, жеткізу және сақтау — кез келген басқару жүйесінің қызметінде кездесетін жағдай. Жүйенің әр түрлі бөліктерінің арасында ақпарат алмасу әрқашан болып тұрады. Кез келген ақпаратты бір жерден екінші жерге жеткізу үшін оның кодталынуы (таңбалануы), яғни арнаулы белгілерге (символдарға) және сигналдарға түрленуі керек. Сондықтан да Ақпарат теориясының негізгі мәселесі аз ғана белгілер арқылы көп мәнді ақпарат беруді тиімді түрде кодтау (таңбалау) тәсілін зерттеу болып табылады. Бұл — байланыс арнасында бөгеуіл болған не болмаған жағдайда шешілетін мәселе. Байланыс арнасы арқылы қабылдаушы буынға келіп жеткен таңбаланған ақпаратты алғашқы түріне келтіруді декодтау (таңбадан мағынаға көшіру) деп атайды. Ақпарат теориясындағы күрделі мәселенің бірі — ақпарат көзінде үздіксіз өндірілген ақпаратты байланыс арнасы арқылы басқа орынға дер кезінде және бөгеуілсіз жіберіп тұру үшін байланыс арнасының өткізгіштік сыйымдылығын анықтау. Бұл мәселені шешу ақпарат мөлшерін бағалай білуді қажет етеді. Ақпарат мөлшерін бағалау ықтималдық теориясының заңдарына негізделген. Ақпарат теориясының негізін 1948 — 1949 ж. американ ғалымы К.Э.Шеннон қалаған. Оның теориясының дамуына Ресей ғалымдары А.Н.Колмогоров (1903 — 87), А.Я.Хинчин (1894 — 1959), ал іс жүзінде қолданылатын саласына В.А.Котельников т.б. үлкен үлес қосты.

Үздіксіз ақпаратпен жұмыс жасайтын арнайы ЭЕМ-дер бар, олар аналогтық машиналар деп аталады. Бірақ олар арнайы есептер кластарымен жұмыс атқаратындықтан көпшілік қолданушыларға кең таныс емес. Ақпарат берілуінің басқа пішімдері:

-  таңбалы – мәтіндік (әріп, цифр, таңбалар т.б.);

-  графикалық (суреттер, бейнелер  көмігімен, т.б. көмегімен);

-  дыбыстық.

Сонымен қатар бізді қоршаған алуан ақпаратты әртүрлі белгілерге байланысты топтастыруға, яғни түрлерге жіктеуге болады

Пайда болу және қолдану аумақтарына байланысты түрлері:

-  биологиялық

-  әлеуметтік;

-  ғылыми;

-  экономикалық  т.с.с.

Берілу және қабылдау тәсілдеріне байланысты түрлері:

- визуальды  (таңбалар  мен бейнелер арқылы);

- аудиальды  (дыбыс арқылы);

- тактильдік  (сезім арқылы);

- органалептикалық  (дәм  мен иіс арқылы);

- машиналық (есептеу техникасының  құралдары арқылы)  т.с.с.

Ақпараттың қасиеттері.  Кез келген ақиқат өмірдегі объектілерге тән ішкі және сыртқы қасиеттерін анықтауға болады. Сыртқы қасиеттер объектінің басқа объектілермен әсерлесу барысында анықталатын қасиеттер болғандықтан, ақпарат үшін маңызды сыртқы қасиеттер оны тұтынушы (қабылдағыш) көзқарасынан анықтайтын қасиеттер. Ақпараттың аталған қасиеттері:

Объектілік және субъектілік қасиеті. Ақпараттың  жеке көзқарастар мен талқылаудан тәуелсіздігін анықтайтын қасиет

          Толықтық қасиеті.  Ақпараттың объектіні немесе үрдісті толық мінездеу қасиеті. Бұл қасиет ақпараттың сапасын және оның қажетті шешім қабылдауға жеткіліктігін анықтайды.

Өзектілік (дәлуақыттылық) қасиеті. Ақпараттық ағымдық уақыт мезетіне сәйкестік дәрежесін анықтайтын қасиет. Бұл қасиет ақпараттың толықтығымен біріге отырып оның құндылығын анықтайды.

Ақпаратты кодтау

Жоғарыда айтылғандай ақпаратты қабылдаудың және өңдеудің әр түрлі екі әдісі бар: үздіксіз (аналогтік) және үзілісті (дискретті). Қазіргі аналогтік аппараттар сапалы, мысалы түрлі-түсті теледидар және бейнекөріністер т.б. Компьютерлік технология ақпаратты қабылдаудың дискретті түрін ұсынады. Әр түрлі типті мәліметтермен жұмысты автоматтандыру үшін оның берілу формасын бірыңғайлау өте маңызды, ол үшін көбіне кодтау қолданылады.

Техниканың, ғылымның және мәдениеттің кейбір саласында кодтау проблемалары өте жақсы шешімін табуда. Мысал ретінде математикалық өрнектерді жазу жүйесін, телеграф азбукасын, соқырларға арналған Брайля жүйесін және т.б. айтуға болады.

 

С О М P U T E R

 

43    4F   4D   50    55    54   45    52                     ASCII коды

 

 - · - ·    - - -    · - - ·    · · -    -    ·    · - ·    Морзе коды

 

                                                                                

                                                                                 Брайл коды

 

 

1-сурет. Әр түрлі кодтау жүйесіне мысалдар.

 

Есептеу техникасының өзінің жүйесі бар – ол екілік кодтау деп аталады және мәліметтерді 1 мен 0-ден тұратын екі белгінің тізбегімен жазуға мүмкіндік береді. Бұл белгілер екілік цифрлар немесе биттер деп аталады(bit- ағылшынша,   binary digit-тің қысқаша жазылуы).

Бит – ақпараттың ең кіші өлшем бірлігі. 8 биттің комбинациясы байт деп аталады. ЭЕМ-да кез-келген таңбаны және санды биттердің көмегімен жазуға болады. Практикада ақпаратты өлшеу үшін үлкен өлшем бірліктер қолданылады:

1 Кбайт = 210 байт; 1 Мбайт = 210 Кбайт; 1 Гбайт = 210 Мбайт.

Текстік мәліметтерді кодтау. Егер алфавиттің әр символына белгілі бір санды сәйкестендіріп қойса (мысалы реттік номерін), онда текстік ақпаратты екілік кодтың көмегімен кодтауға болады. Қазіргі компьютерлерде ақпарат ASCII (American Standart Codе for Information Interchange – американский стандартный код для обмена информацией) кодымен беріледі. ASCII коды АҚШ-тың (ANSI) американың стандарттық ұлттық институтында жасалған, бірақ оның 256 стандарт символдан тұратын бөлігі арнайы программаның көмегімен ұлттық алфавиттің символдарымен ауыстыруға болатындықтан басқа елдерде пайдалана алады.

Қазақстанда құрамында кириллица символдары бар ASCII-ге алтернативті кодтау қолданылады. Онда үлкен және кіші орыс және латын әріптері, цифрлар, тыныс белгілер және арифметикалық амалдар және т.б. қамтылған. ASCII  символының әрқайсысына 8 биттік екілік код (байт) сәйкес қойылған, бұл 256 әр түрлі символды кодтауға мүмкіншілік береді.

Сонымен, егер адам текстік файл құрып және оны дискіге жазса, онда адамның енгізген әр символы компьютер жадында сегіз нольдер мен бірлердің жиынымен сақталады. Тексті экранға немесе принтерге шығарғанда осы кодтарға сәйкес символдар бейнеленеді.

Графикалық мәліметтерді кодтау. ЭЕМ-дағы кез-келген басқа ақпарат секілді графикалық бейнелерді сақтауға, өңдеуге және екілік жүйеде кодталған түрінде байланыс жолдармен жіберіледі. Графикалық байланыс жолдармен жұмыс жасайтын әр түрлі программалар саны жеткілікті. Мұнда графикалық кодтау әдістері әр түрлі графиктік форматтар қолданылады.

 

Бейне сақталған файлдың кеңеймесі мұнда қандай формат қолданғанын білдіреді, яғни қандай программаның көмегімен қарауға, өңдеуге және баспаға шығаруға болатынын аңғаруға болады. Осындай әр түрлі мүмкіншіліктеріне қарамастан бейнені кодтаудың негізінде растрлық және векторлық графика деген әр түрлі екі тәсілі бар.

Растрлық графиканы қолданғанда бейненің әрбір кішкене элементінің түсі санаулы биттің көмегімен кодталады. Бейне пиксель деп аталатын ұсақ нүктелердің жиынын құрайды. Тастар немесе әйнектердің жиынтығынан құралған мозайка немесе вираж секілді түрлі-түсті нүктелердің көмегімен сурет салынады. ЭЕМ-де растрлық әдісті қолданғанда әр пиксель үшін биттік қалыңдық(глубина) деп аталатын санаулы биттер саны бөлінеді. Әр түске белгілі бір екілік код сәйкес келеді. Мысалы, егер биттік қалыңдық 1-ге тең болса, онда 0-қара, 1-ақ түске сәйкес келеді де, ал бейне тек қара-ақ түсті болады. Егер биттік қалыңдық 2-ге тең болса, яғни әр пикселге 2 бит бөлінсе, онда 00-ге қара, 01–ге қызыл, 10-ға көк, 11–ге ақ сәйкес келеді де, төрт түсті пайдалануға болады. Биттің қалыңдығы 3-ке тең болғанда 8 түсті пайдалануға болса, ал 4-те 16 түсті пайдалануға болады. Сонымен, графиктік программалардың көмегімен 2,4,8,16,32,64,…,256 және т.б. түсті бейнелерді құруға болады. Мүмкін түстің санының өсуіне байланысты бейнені есте сақтауға қажет жадыдан орынның көлемі де өседі. Бұл растрлық графиканың негізгі кемшілігі. Мысалы, орташа  өлшемдегі фотография компьютер жадынан бірнеше Мегабайт орын алады. Бұл бірнеше жүз, не бірнеше мың беттік текстке пара-пар.

Векторлық графиканы пайдаланғанда бейнені құраушы қарапайым графиктер – геометриялық объектілердің математикалық өрнегі (мысалы, кесінді, шеңберлер, тік бұрыштар және т.б.) ЭЕМ-нің жадында сақталады. Шеңберді салу үшін оның центрінің орнын, радиусын және сызықтық жуандығы мен түсін жадыда сақтау керек. Осы мәліметтер бойынша сәйкес программалар керек фигураны дисплей экранында тұрғызады. Мұндай бейнелеуде әр нүктенің түсін жадыда сақтау керек болмағандықтан расторлық графикаға қарағанда ол көп жадыны қажет етпейді (10 - 100 рет аз). Векторлық графика жоғары сапалы көркемсурет бейнелерімен, фотосуреттер мен фильмдермен жұмыс істеуге мүмкіндік бермейді. Сондықтан векторлық графика сызбалар, схемалар, диаграммалар т.б. жасау үшін пайдаланады. Мына кеңеймелері бар файлдар *.bmp , *.pcx , *.gif , *.msp , *.img және басқалар растрлық текті форматтарға, ал *.dwg , *.dxf , *.pic және басқалар векторлық текті форматтарға сәйкес келеді.