Кодирование информации

       Содержание:

Теоретические вопросы

11.      Кодирование информации…………………………………………3
34.      Роль зарубежных и отечественных ученых в развитии ЭВМ….11
60.      Базовое программное обеспечение………………………………22
100. Перемещение информации в ЭТ………………………………...29
141. Угрозы безопасности информации и их классификация………31

Термины …………………………………………………………………………37

Задача №41……………………………………………………………………… 38

Список литературы………………………………………………………………42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

11. Кодирование информации

 

     Код – это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или передачи) некоторых заранее определенных понятий [1].

     Кодирование информации – процесс формирования определенного представления информации.  В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной  формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки [7, c. 10].

     По С.В. Симонович, для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа [8, с. 19].

     Естественные  человеческие языки – это не что  иное, как системы кодирования  понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов) [8, с. 19].

     История знает интересные, хотя и безуспешные  попытки создания «универсальных»  языков и азбук. По-видимому, безуспешность попыток их внедрения связана с тем, что национальные и социальные образования естественным образом понимают, что изменение системы кодирования общественных данных непременно приводит к изменению общественных методов (то есть норм права и морали), а это может быть связано с социальными потрясениями [8, с. 19].

     Та  же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно  реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое [8, с. 19].

     Примеры различных систем кодирования проиллюстрированы  на     рис 1.1.

Рис. 1.1. Примеры различных систем кодирования

     На  рисунке изображены код Морзе, код Брайля, код морской сигнальный. 

     Способ  кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется: сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, удобство обработки и т.п. [7, с. 10].

     Чаще  всего кодированию подвергаются тексты на естественных языках (русском, английском и пр.). Существуют три основных способа кодирования текста:

1. графический – с помощью специальных рисунков или значков;
2. числовой – с помощью чисел;
3. символьный – с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст [7, с. 10].

     Своя  система существует и в вычислительной технике — она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами  (binary digit) или, сокращенно, bit (бит)[8, с. 19].

     Одним битом могут быть выражены два  понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11

     Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 ОН 100 101 НО 111

     Увеличивая  на единицу количество разрядов в  системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N=2m, где:

N — количество независимых кодируемых значений;

т — разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе          [8, с. 20].

     Рассмотрим  различные виды кодирования:

1. Кодирование целых и действительных чисел. Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто — достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется ноль или

единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним остатком, и образует двоичный аналог десятичного числа. Например:

     19:2 = 9+1

     9:2=4+1

     4:2=2+0

     2:2=1

     Таким образом, 19₁₀= 1011_{2 -}

     Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 бита — уже более 16,5 миллионов разных значений.

     Для кодирования действительных чисел  используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

     3,1415926 = 0,31415926*10¹

     300 000 = 0,3*10⁶

     123 456 789 = 0,123456789 * 10¹⁰

     Первая  часть числа называется мантиссой, а вторая – характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком) [8, с. 20];

2. кодирование текста. Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например символ ≪§≫    [8, с. 21].

     Текстовая информация кодируется с помощью кодовой таблицы. Кодовая таблица – это внутреннее преставление символов в компьютере. Во всем мире в качестве стандарта принята таблица ASCII – Американский стандартный код для обмена информацией [1].

     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.

     Первые 32 кода базовой таблицы, начиная  с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь  производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются  так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.

     Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. Базовая таблица кодировки ASCII приведена в                         таблице 1.1.

Таблица 1.1. Базовая таблица кодировки  ASCII

     Кроме системы ASCII были изобретены и другие системы кодирования текстовых данных. Например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный), другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) — ее происхождение относится к временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета. Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO.  На компьютерах, работающих в операционных системах MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется  по сей день [8, с. 22].

     Изобретение универсальной системы кодировки  является одной из распространенных задач информатики. Таким образом, была создана универсальная система кодирования – UNICODE. UNICODE – система, основанная на 16-разрядном кодировании символов [8, с. 24].

     Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов —  этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты [8, с. 24];

3. кодирование графических данных. Для представления графической информации в двоичной форме используется так называемый поточечный способ. На первом этапе вертикальными и горизонтальными линиями делят изображение. Чем больше при этом получилось квадратов, тем точнее будет передана информация о картинке. [1].

     Если  рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром. Растр – это метод кодирования графической информации, издавна принятый в полиграфии [8, с. 24].

     Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно  выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое  кодирование позволяет использовать двоичный код для представления  графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа           [8, с. 24].

     Для кодирования цветных графических  изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов [8, с. 25].

     Если  для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color) [8, с. 25].

4. кодирование звуковой информации. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время, данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны [8, с. 26].