Кодирование информации (I)

1)Информация  (от лат. informatio, разъяснение, изложение, осведомленность)— сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Информатика – область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и других средств вычислительной техники. 

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т. п.), несущую смысловую нагрузку н представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности увеличивает информационный объем сообщения.

__________________________________

2) Существует два подхода к измерению количества информации.

При содержательном подходе информация рассматривается с субъективной точки зрения, т.е. с точки зрения конкретного человека. В этом случае количество информации в сообщении не равно нулю, если сообщение пополняет знания человека. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными.

Сообщение, уменьшающее неопределенность (количество возможных результатов события) знаний в два раза, несет 1 бит информации. Сообщение о том, что произошло одно событие из двух равновероятных, несет один бит информации.

Формула Хартли: 2ⁱ = N (где i – кол-во информации, N – кол-во событий)

Например, если из 256 одинаковых, но разноцветных шаров наугад выбрали один, то сообщение о том, что выбрали красный шар, несет 8 бит информации (2⁸=256).

Алфавитный подход основан на том, что всякое сообщение можно закодировать с помощью конечной последовательности символов некоторого алфавита. При этом подходе отвлекаются от содержания (смысла) информации и рассматривают ее как последовательность знаков определенной знаковой системы.

Алфавит — упорядоченный набор символов, используемый для кодирования сообщений на некотором языке.

Мощность алфавита — количество символов алфавита.

Двоичный алфавит – 2 символа, символы ASCII – 256 символов, в системе UNICODE используют алфавит из 65 536 символов.

Чтобы определить объем информации в сообщении при алфавитном подходе, нужно последовательно решить задачи:

1. Определить количество информации (i) в одном символе по формуле 2ⁱ = N, где N — мощность алфавита

2. Определить количество символов в сообщении (m)

3. Вычислить объем информации по формуле: I = i * K.

Количество информации во всем тексте (объем) (I), состоящем из K символов, равно произведению информационного веса символа на К: I = i * К.

__________________________________

Аналогичная десятичная приставка	Сокращения по МЭК для битов, байтов	Значение, на которое умножается исходная величина
кило (103)	кибибайт, КиБ	210 = 1 024
мега (106)	Мебибайт, МиБ	220 = 1 048 576
гига (109)	гибибайт, ГиБ	230 = 1 073 741 824
тера (1012)	тебибайт, ТиБ	240 = 1 099 511 627 776
пета (1015)	пебибайт, ПиБ	250 = 1 125 899 906 842 624
экса (1018)	эксибайт, ЭиБ	260 = 1 152 921 504 606 846 976
зетта (1021)	Зебибайт, ЗиБ	270 = 1 180 591 620 717 411 303 424
йотта (1024)	Йобибайт, ЙиБ	280 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176

3) Единицы измерения информации: первичные, вторичные, третичные. Для объёмов двоичных данных удобнее пользоваться двоичными логарифмами.

Бит (binary digit – двойное представление) – наименьшая ед. инф-ии, которая принимает 2 логич. Значения «да» и «нет» и обозн. Двоичным числом 1 или 0.

4) Система счисле́ния — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков.

Система счисления:

• даёт представления множества чисел (целых и/или вещественных);

• даёт каждому числу уникальное представление (или, по крайней мере, стандартное представление);

• отражает алгебраическую и арифметическую структуру чисел.

Системы счислений:

-позиционные (один и тот же числовой знак (цифра) в записи числа имеет различные значения в зависимости от того места (разряда), где он расположен(двоичная, троичная, восьмеричная, 16 и тд.)

-непозиционные.

Алфавит – набор символов, образующих числа в данной системе счисления. Основание – количество символов в алфавите.

Базис – вес разрядов( положение цифры, номер разряда)**.

__________________________________

5) Для перехода и N-ричной системы в 10-ричную, нужно записать число в виде многочлена, состоящего из произведения его цифр на соответствующие степени основания исходной системы (степени начинаются с 0)

Пр.

Для перехода из десятичной системы в N-ричную, необходимо число делить на основание системы, в которую необходимо перевести, до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 1. Число в двоичной системе записывается как последовательность последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

Ч исло  перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

__________________________________

6) Виды инфии, обрабатываемы компьютером

Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде.

а) Для представления символьной инф-ии используют определенные стандарты кодирования. В данный момент используется ЮНИКОД (исп. с 1991 г., введен из-за проблем в многочисленными различными кодировками в 80-х). до этого использовались ASCII (American Standard Code for Information Interchange) коды, позаимствованные у телетайпа (электромеханическая печатная машина, используемая для передачи между двумя абонентами текстовых сообщений по простейшему электрическому каналу (обычно по паре проводов).

ASCII: изначально было 128 символов – 7 бит, затем вышла 8 битовая расширенная таблица и были созданы различные стандарты для различных языков (смешение было невозможно), Unicode – 16 бит (2 байта; 25 языков, знаки пунктуации, технич знаки, ноты и тд. +резерв) Стандарт UNICODE поддерживается тремя формами, 32-битной (UTF-32), 16-битной (UTF-16) и 8-битной (UTF-8).

Графич – в тетради.

Ве́кторная гра́фика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании элементарных геометрических объектов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники. Объекты векторной графики являются графическими изображениями математических функций. Термин используется в противоположность к растровой графике, которая представляет изображение как матрицу фиксированного размера, состоящую из точек (пикселей) со своими геометрическими параметрами.

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

В) Минимальный показатель, при котором движение будет восприниматься однородным — примерно 10 кадров в секунду (это значение индивидуально для каждого человека). В традиционном плёночном кинематографе используется частота 24 кадра в секунду. Системы телевидения PAL и SÉCAM используют 25 кадров в секунду (англ. 25 fps или 25 Герц), а система NTSC использует 29,97 кадров в секунду. Видеокарта (видеоадаптер). + звуковая карта.

Г) для переноса звука на цифровой носитель, необходимо осуществить его аналогово-цифровое преобразование. Такое преобразование состоит из трех этапов:

дискретизация – представление непрерывного сигнала в виде последовательного набора отдельных амплитуд;

квантование – разделение каждой амплитуды на заданное число уровней;

кодирование – запись данных позиции и уровня амплитуды в цифровом виде.

На практике преобразования звуковой информации из непрерывной формы в дискретную выполняются электронными устройствами, называемыми аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). (16-битное кодирование, частота дискретизации (Количество выборок в секунду) от 8 до 48 Кгц).

__________________________________

7) В случае, когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов - дискретным сообщением. Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерыв-ное сообщение (соответственно параметр сигнала - непрерывная функция от времени), соответствующая информация называется непрерывной.

Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита. Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью (для возрастания точности достаточно уменьшить шаг) принципиально важна с точки зрения информатики. Компьютер - цифровая машина, т.е. внутреннее представление информации в нем дискретно. Дискретизация входной информации (если она непрерывна) позволяет сделать ее пригодной для компьютерной обработки.

__________________________________

8) Код — это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или передачи) некоторых заранее определенных понятий.

Кодирование информации – это 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.

Обычно каждый образ при кодировании (иногда говорят — шифровке) представлении отдельным знаком.

Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

Знак вместе с его смыслом называют символом.

__________________________________

9) Цифровое устройство (англ. Digital device) - техническое устройство или приспособление, предназначенное для получения и обработки информации вцифровой форме, используя цифровые технологии (сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты, цифровые видеокамеры, веб-камеры, компьютеры, цифровое телевидение, DVD-проигрыватели.)

Аналоговые электронные устройства (АЭУ) - это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывную функцию, с неограниченным числом значений в различные моменты времени. (Арифмометр, термостаты, аналоговая вычислительная машина (АВМ), которая представляет числовые данные при помощи аналоговых физических переменных (скорость, длина,напряжение, ток, давление).

_ _________________________________

12) – 16)

Десятичное представление	Код двоичного представления (8 бит)
	прямой	обратный	дополнительный
127	01111111	01111111	01111111
1	00000001	00000001	00000001
0	00000000	00000000	00000000
-0	10000000	11111111	---
-1	10000001	11111110	11111111
-2	10000010	11111101	11111110
-3	10000011	11111100	11111101
-4	10000100	11111011	11111100
-5	10000101	11111010	11111011
-6	10000110	11111001	11111010
-7	10000111	11111000	11111001
-8	10001000	11110111	11111000
-9	10001001	11110110	11110111
-10	10001010	11110101	11110110
-11	10001011	11110100	11110101
-127	11111111	10000000	10000001
-128	---	---	10000000

при представлении неотрицательных чисел в беззнаковом формате все разряды ячейки отводятся под само число. 

При представлении целых чисел со знаком старший (левый) разряд отводится под знак числа, и под собственно число остаётся на один разряд меньше.

Дополнительный код используется для упрощения выполнения арифметических операций. Если бы вычислительная машина работала с прямыми кодами положительных и отрицательных чисел, то при выполнении арифметических операций следовало бы выполнять ряд дополнительных действий. Например, при сложении нужно было бы проверять знаки обоих операндов и определять знак результата. Если знаки одинаковые, то вычисляется сумма операндов и ей присваивается тот же знак. Если знаки разные, то из большего по абсолютной величине числа вычитается меньшее и результату присваивается знак большего числа. То есть при таком представлении чисел (в виде только прямого кода) операция сложения реализуется через достаточно сложный алгоритм. Если же отрицательные числа представлять в виде дополнительного кода, то операция сложения, в том числе и разного знака, сводится к из поразрядному сложению.

__________________________________