5. Кодирование информации в компьютере

Поговорим о том, как физически представлена информация в компьютере. Вот на листе учебника буквы представлены типографской краской, в человеческом мозге информация представлена электрическими импульсами, которые передаются из одной нервной клетки мозга в другую. В компьютере принят тот же способ представления, что и в мозге - из одного устройства компьютера в другое и внутри устройств информация передается электрическими импульсами. Посмотрим поподробнее, как электрические импульсы несут информацию.

Прежде всего заметим, что информация в компьютере - это программы или данные, с которыми эти программы работают.

Из чего состоит программа? Программа на языке программирования состоит из команд, записанных при помощи букв, цифр, знаков математических действий, знаков препинания и других символов⁴. Будем понимать подсимволомлюбой знак (букву, цифру, знак математического действия, знак препинания и др.), который понимает компьютер. Большинство символов вы можете видеть на клавиатуре.

Из чего состоят данные? Если это числовые или текстовые данные, то они тоже состоят из символов⁵. О графических данных (изображениях) и звуке поговорим чуть ниже.

Таким образом, значительная часть информации в компьютере состоит из символов. Посмотрим, как в компьютере представлены символы. Для этого вспомним, как кодируются символы в азбуке Морзе, активно использовавшейся не так давно для передачи сообщений на расстояние. Каждый символ (буква, цифра) представлен в ней цепочкой точек и тире. Например, буква А представлена, как .-, буква Ч - как---.. В компьютере каждый символ тоже кодируется, но по-другому – цепочкой из восьми единиц и ноликов. Например, буква А представлена, как 10000000, буква Ч - как 10010111, а цифра 7, как 00110111.

Кстати, вот полезная задачка для будущего программиста: Сколько всего символов можно закодировать цепочкой из восьми единиц и ноликов?

Пока мы с вами говорили о символах и их кодировании безотносительно к тому, какими физическими процессами они представлены в компьютере. Мы были на так называемом «логическом» уровне. Теперь перейдем на физический уровень. Пусть память передает на принтер букву Ч. В этом случае она посылает по шине в течение, скажем, восьми микросекунд, серию из восьми электрических импульсов или промежутков между импульсами:

Первая микросекунда - импульс

Вторая микросекунда - промежуток

Третья микросекунда - промежуток

Четвертая микросекунда - импульс

Пятая микросекунда - промежуток

Шестая микросекунда - импульс

Седьмая микросекунда - импульс

Восьмая микросекунда - импульс

Как видите, последовательность импульсов и промежутков в серии соответствует последовательности единиц и ноликов в коде буквы Ч. Величина импульса не играет никакой роли, все импульсы в микросхемах компьютера имеют обычно одну и ту же величину, скажем 3 вольта.

Таким же примерно образом обмениваются группами из 8 импульсов все устройства компьютера. В памяти эти группы живут в "замороженном" виде. В каждом байте оперативной памяти или памяти на диске умещается ровно одна такая группа, поэтому говорят, что устройства обмениваются байтами информации.

В оперативной памяти единичка представляется наличием электрического потенциала в определенной точке электронной микросхемы, а нолик - его отсутствием. В памяти на магнитных дисках единичка представляется наличием намагниченности в определенной точке диска, а нолик - его отсутствием или намагниченностью в другом направлении. В компакт-дисках единичка - это бороздка или бугорок в определенной точке диска, а нолик - его отсутствие, то есть участочек с зеркальной поверхностью.

Когда кодируется изображение, то кодируется информация о каждом пикселе изображения (в виде группы единиц и ноликов). Например,

Код 111 - пиксел горит белым цветом

Код 100 - пиксел горит синим цветом

Код 010 - пиксел горит красным цветом

Код 001 - пиксел горит зеленым цветом

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Код 000 - пиксел не горит (черный)

Если программа предназначена для распечатки изображения с экрана монитора на цветном принтере, то она просто посылает на принтер по очереди коды информации о каждом пикселе изображения.

При кодировании звука используются разные способы, но факт то, что результатом кодировки являются все те же группы единиц и ноликов.

В заключение отмечу две неточности в моем изложении материала этого пункта. Я говорил, что единички в разных устройствах компьютера представляются наличием потенциала или намагниченности или бороздок и т.д., а вот нолики - их отсутствием. На самом деле в отдельных устройствах может быть и наоборот - единички это отсутствие, а нолики - наличие. Это не принципиально.

Второе: коды чисел в компьютере часто не являются совокупностью кодов цифр, эти числа образующих. Так, число 88 часто не представляется цепочкой 00111000  00111000, а для кодирования чисел используется другой, более экономный способ.

Вывод– любая информация в компьютере закодирована в виде цепочек, состоящих из единиц и нулей, и в таком закодированном виде передается внутри устройств и между устройствами компьютера. Обычно длина цепочки равна 8 и тогда такая цепочка называетсябайтом, а каждый из восьми ноликов или единичек называетсябитом. Таким образом, 1 байт = 8 битов.

________ _ _________

Мне кажется, тех сведений, которые вы получили в этой части, достаточно для того, чтобы приступить к сознательномупрограммированию на Паскале.