2.1.2. Кодирование данных в компьютере

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 различных типов одинаковым образом.

Человеческие языки — это не что иное, как системы кодирования понятий и мыслей посредством речи. Человеческий язык состоит из букв, которые складываются в слова.

Потому что в русском алфавите одной буквой можно выразить только 33 понятия⁸. Двумя буквами – 33², семью буквами – 33⁷. То есть, комбинируя буквы в слова, можно выразить практически неограниченное число понятий.

В двоичной системе самой мельчайшей единицей измерения данных служит один бит. По-английски binary digit– двоичная цифра или сокращенноbit.

Один бит – это выбор одного из двух равновозможных состояний. В двоичной системенформации меньшей, чем один бит, не существует.Выбор между "да" или "нет", + или –, 1 или 0 это все один бит.

Одним битом могут быть выражены два значения, назовем их 0 и 1. Если количество битов увеличить до двух, то, меняя в каждом бите 0 и 1, получаем кодировку четырех значений, или кодов:

00 01 10 11

Объединив в один разряд по три бита, можно закодировать "алфавит" из восьми значений:

000 001 010 011 100 101 110 111.

Общая формула имеет вид:

N=2^m,

где N — количество независимых кодируемых значений;

m— разрядность двоичного кодирования.

Разряд – это несколько битов, объединенных в одну группу. Понятие о разряде, как группе взаимосвязанных битов, появилось вместе с первыми образцами электронной вычислительной техники. В начале развития вычислительной техники для разных ЭВМ длина разряда была разной. При этом программы и данные, получаемые на разных машинах, были абсолютно несовместимы. Для каждой машины составлялись свои собственные программы.

В конце 50-х годов был введен стандартный разряд для всех ЭВМ: байт. Было принято, что один байт равен восьми битам.Стандартизация существенно облегчила обмен информацией между различными типами ЭВМ.

Биты объединяются в байты для того же для чего буквы объединяются в слова: чтобы иметь возможность давать имя объектам и операциям обработки информации (кодировать их). ⁹

С помощью одного стандартного байта, или 8-разрядного кодирования можно получить 256 кодов, поскольку 2⁸ = 256.

Для кодировки информации часто требуется существенно большее число независимых кодов. Технически это осуществляют объединением уже не битов, а байтов. Как исключение, добавляют полбайта, но не менее.

В таблице приведено число независимых кодов, получаемых при использовании от 1 до 4 байт.

Байт	Разрядов (бит)	Независимых кодов
1	8	28= 256
2	16	216= 65 536 ≈ 65,5 тысяч
3	24	224= 16 777 216 ≈ 16,8 миллионов
4	32	232= 4 294 967 296 ≈ 4,3 миллиарда

Примеры различных кодировок.

Одним байтомкодируются символы стандартной клавиатуры. 256 кодов хватает для описания аппаратных команд, символов стандартной английской клавиатуры и национальных систем кодировки (в России это кириллица).¹⁰

Двумя байтами кодируются символы текста в кодировкеUnicode. Получается свыше 65 тысяч независимых кодов, и в это множество можно сместить символы всех существующих на Земле алфавитов (причем около 70% этого множества занимают китайские иероглифы) плюс различные служебные обозначения (азбука Морзе, штрих-коды, шрифт Брайля, для слепых и пр.).

Тремя байтами кодируется цвет в цветовой моделиRGB (Red,Green,Blue). Она используется для описания цвета в большинстве электронных устройств: мониторах и телевизорах, сканерах, цифровой фото- и видеоаппаратуре (практически везде кроме принтеров и других печатных устройств). Везде имеются невидимые невооруженным глазом пиксели красного, синего и зеленого цвета, и для каждого из трех цветов можно установить 256 уровней яркости. Таким образом можно создать 256³или около 17 миллионов цветов. Человек столько цветовых оттенков различить не может, но таковы правила описания цвета в компьютере.¹¹

Четырьмя байтами описываетсяIP-адрес компьютера, находящегося в сети Интернет. Таким образом, в современном Интернете одновременно может находиться не более 4 миллиардов 300 миллионов компьютеров. Столько зарезервировано адресов в Глобальной сети. А без адреса компьютер не сможет ни передать, ни получить информацию, то есть его в сети не будет.

Как ни странно, этого количества пока хватает, причем с избытком. В основном потому, что большинство компьютеров, находящихся в Интернете, имеют временные адреса. При выходе в Интернет провайдер дает пользователю IP-адрес из своей базы адресов, а после окончания работы этотIP-адрес переходит к другому пользователю, вышедшему в Интернет.

Наименьшей единицей представления данных в компьютере является байт, поскольку это минимальная порция информации, служащая для кодирования в технических устройствах тех или иных понятий и величин.

Производные от байта величины килобайт, мегабайт, гигабайт и т.д.

Что значит приставка кило? Кило – единица измерения. которая в 1000 раз больше исходнойКилограмм, километр и пр.

Что значит мега? Мега – единица измерения, которая в миллион раз больше исходной (по-гречески мега – большой).

Что значит гига? Гига – единица измерения, которая в миллиард раз больше исходной (по-гречески гига – гигантский).

Следующая единица называется тера-, она в триллион раз больше исходной (по-гречески тера – чудовищный).

10³, 10⁶, 10⁹, 10¹² – разница между единицами, имеющими названия, всегда составляет 3 порядка.

Однако у килобайта есть отличие от килограмма или километра. В 1 Кбт не 1000, а 2¹⁰байт или 1024 байт.

Аналогично 1Мбт = 2¹⁰Кбт или 1024 Кбт или 1048576 байт;

1 Гбт = 2¹⁰ Мбт. или 1024 Мбт или 1073741824 байт

Обычно при умножении на 1000 об этой разнице в 2,4 процента забывают, но бывают случаи, когда это принципиально.