Как в компьютере кодируется информация


Как кодируется информация и в чем она измеряется

Введение

Для того чтобы сохранить информацию, ее надо закодировать. Любая информация всегда хранится в виде кодов.

Код - набор условных обозначений для представления информации.

Кодирование - процесс представления информации в виде кода.

Для общения друг с другом мы используем код - русский язык. При разговоре этот код передается звуками, при письме - буквами.

Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар. Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги в виде сигналов светофора.

Закодировать можно и звуковую информацию: для этого существует особый метод кодирования - нотная грамота.

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.

Таким образом, кодирование сводится к использованию совокупности символов по строго определенным правилам.

Кодировать информацию можно различными способами: устно; письменно; жестами или сигналами любой другой природы.

Единицы измерения информации

В качестве единицы информации условились принять один бит (английский bit - binary, digit - двоичная цифра).

Бит в теории информации - количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений.

В вычислительной технике битом называют наименьшую ;порцию; памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков ;0; и ;1;, используемых для внутри машинного представления данных и команд.

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и тому подобное).

Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 011 100 101 110 111

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; m - разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Бит - слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица - байт, равная восьми битам.

Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера:

258=28

Широко используются также еще более крупные производные единицы информации:

Единицы измерения информации

В последнее время в связи с увеличением объемов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

Единицы измерения информации

Как кодируется текстовая информация

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию.

Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт=8 бит.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможных сочетаний в байте равно:

28=256

Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и так далее

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111.

Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.

Важно, что присвоение символу конкретного кода - это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице.

Кодирование текстовой информации с помощью байтов опирается на несколько различных стандартов, но первоосновой для всех стал стандарт ASCII (American Standart Code for Information Interchange), разработанный в США в Национальном институте ANSI (American National Standarts Institute).

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 33 кода (с 0 до 32) соответствуют не символам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и так далее).

Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания.

Коды с 128 по 255 являются национальными, то есть в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.

Как кодируется графическая информации

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (пикселей).

Каждому пикселю присвоен код, хранящий информацию о цвете пикселя.

Для получения черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: «белый» или «черный».

Тогда для его кодирования достаточно 1 бита: 1 - белый, 0 - черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску. Поэтому 1 бита на пиксель - недостаточно.

Для кодирования 4-цветного изображения требуется два бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния.

Может использоваться, например, такой вариант кодировки цветов:

00 - черный

10 - зеленый

01 - красный

11 - коричневый.

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего.

Из трех цветов можно получить восемь комбинаций:

  • Черный - 0 0 0
  • Синий - 0 0 1
  • Зеленый - 0 1 0
  • Голубой - 0 1 1
  • Красный - 1 0 0
  • Розовый - 1 0 1
  • Коричневый - 1 1 0
  • Белый - 1 1 1

Следовательно, для кодирования 8-цветного изображения требуется три бита памяти на один пиксель.

Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности, тогда количество различных вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно.

Также графическая информация может быть представлена в виде векторного изображения.

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг.

Положение этих элементарных объектов определяется координатами точек и длиной радиуса.

Для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет.

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, то есть количеством точек, из которых оно складывается.

Чем больше разрешающая способность, то есть чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображение.

Как кодируется звуковая информация

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.

Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме.

Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины.

Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера.

Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.

Кодирование текстовой информации в компьютере :: SYL.ru

Кодирование текстовой информации в компьютере – порой неотъемлемое условие корректной работы устройства или отображения того или иного фрагмента. Как происходит этот процесс в ходе работы компьютера с текстом и визуальной информацией, звуком – все это мы разберем в данной статье.

Вступление

Электронная вычислительная машина (которую мы в повседневной жизни называем компьютером) воспринимает текст весьма специфично. Для нее кодирование текстовой информации очень важно, поскольку она воспринимает каждый текстовый фрагмент в качестве группы обособленных друг от друга символов.

Какие бывают символы?

В роли символов для компьютера выступают не только русские, английские и другие буквы, но и еще знаки препинания, а также другие знаки. Даже пробел, которым мы разделяем слова при печатании на компьютере, устройство воспринимает как символ. Чем-то очень напоминает высшую математику, ведь там, по мнению многих профессоров, ноль имеет двойное значение: он и является числом, и одновременно ничего не обозначает. Даже для философов вопрос пробела в тексте может стать актуальной проблемой. Шутка, конечно, но, как говорится, в каждой шутке есть доля правды.

Какая бывает информация?

Итак, для восприятия информации компьютеру необходимо запустить процессы обработки. А какая вообще бывает информация? Темой этой статьи является кодирование текстовой информации. Мы уделим особенное внимание этой задаче, но разберемся и с другими микротемами.

Информация может быть текстовой, числовой, звуковой, графической. Компьютер должен запустить процессы, обеспечивающие кодирование текстовой информации, чтобы вывести на экран то, что мы, например, печатаем на клавиатуре. Мы будем видеть символы и буквы, это понятно. А что же видит машина? Она воспринимает абсолютно всю информацию – и речь сейчас идет не только о тексте – в качестве определенной последовательности нулей и единиц. Они составляют основу так называемого двоичного кода. Соответственно, процесс, который преобразует поступающую на устройство информацию в понятную ему, имеет название “двоичное кодирование текстовой информации”.

Краткий принцип действия двоичного кода

Почему наибольшее распространение в электронных машинах получило именно кодирование информации двоичным кодом? Текстовой основой, которая кодируется при помощи нулей и единиц, может быть абсолютно любая последовательность символов и знаков. Однако это не единственное преимущество, которое имеет двоичное текстовое кодирование информации. Все дело в том, что принцип, на котором устроен такой способ кодирования, очень прост, но в то же время достаточно функционален. Когда есть электрический импульс, его маркируют (условно, конечно) единицей. Нет импульса – маркируют нулем. То есть текстовое кодирование информации базируется на принципе построения последовательности электрических импульсов. Логическая последовательность, составленная из символов двоичного кода, называется машинным языком. В то же время кодирование и обработка текстовой информации при помощи двоичного кода позволяют осуществлять операции за достаточно краткий промежуток времени.

Биты и байты

Цифра, воспринимаемая машиной, кроет в себе некоторое количество информации. Оно равно одному биту. Это касается каждой единицы и каждого нуля, которые составляют ту или иную последовательность зашифрованной информации.

Соответственно, количество информации в любом случае можно определить, просто зная количество символов в последовательности двоичного кода. Они будут численно равны между собой. 2 цифры в коде несут в себе информацию объемом в 2 бита, 10 цифр – 10 бит и так далее. Принцип определения информационного объема, который кроется в том или ином фрагменте двоичного кода, достаточно прост, как вы видите.

Кодирование текстовой информации в компьютере

Вот сейчас вы читаете статью, которая состоит из последовательности, как мы считаем, букв алфавита русского языка. А компьютер, как говорилось ранее, воспринимает всю информацию (и в данном случае тоже) в качестве последовательности не букв, а нулей и единиц, обозначающих отсутствие и наличие электрического импульса.

Все дело в том, что закодировать один символ, который мы видим на экране, можно при помощи условной единицы измерения, называемой байтом. Как написано выше, у двоичного кода есть так называемая информационная нагрузка. Напомним, что численно она равняется суммарному количеству нулей и единиц в выбранном фрагменте кода. Так вот, 8 бит составляют 1 байт. Комбинации сигналов при этом могут быть самыми разными, как это легко можно заметить, нарисовав на бумаге прямоугольник, состоящий из 8 ячеек равного размера.

Выходит, что закодировать текстовую информацию можно при помощи алфавита, имеющего мощность 256 символов. В чем заключается суть? Смысл кроется в том, что каждый символ будет обладать своим двоичным кодом. Комбинации, “привязываемые” к определенным символам, начинаются от 00000000 и заканчиваются 11111111. Если переходить от двоичной к десятичной системе счисления, то кодировать информацию в такой системе можно от 0 до 255.

Не стоит забывать о том, что сейчас есть различные таблицы, которые используют кодировку букв русского алфавита. Это, например, ISO и КОИ-8, Mac и CP в двух вариациях: 1251 и 866. Легко убедиться в том, что текст, закодированный в одной из таких таблиц, не отобразится корректно в отличной от данной кодировке. Это происходит из-за того, что в разных таблицах к одному и тому же двоичному коду соответствуют различные символы.

Поначалу это было проблемой. Однако в настоящее время в программах уже встроены специальные алгоритмы, которые конвертируют текст, приводя его к корректному виду. 1997 год ознаменовался созданием кодировки под названием Unicode. В ней каждый символ имеет в своем распоряжении сразу 2 байта. Это позволяет закодировать текст, имеющий гораздо большее количество символов. 256 и 65536: есть ведь разница?

Кодирование графики

Кодирование текстовой и графической информации имеет некоторые схожие моменты. Как известно, для вывода графической информации используется периферийное устройство компьютера под названием “монитор”. Графика сейчас (речь идет сейчас именно о компьютерной графике) широко используется в самых разных сферах. Благо, аппаратные возможности персональных компьютеров позволяют решать достаточно сложные графические задачи.

Обрабатывать видеоинформацию стало возможным в последние годы. Но текст при этом значительно “легче” графики, что, в принципе, понятно. Из-за этого конечный размер файлов графики необходимо увеличивать. Преодолеть подобные проблемы можно, зная суть, в которой представляется графическая информация.

Давайте для начала разберемся, на какие группы подразделяется данный вид информации. Во-первых, это растровая. Во-вторых, векторная.

Растровые изображения достаточно схожи с клетчатой бумагой. Каждая клетка на такой бумаге закрашивается тем или иным цветом. Такой принцип чем-то напоминает мозаику. То есть получается, что в растровой графике изображение разбивается на отдельные элементарные части. Их именуют пикселями. В переводе на русский язык пиксели обозначают “точки”. Логично, что пиксели упорядочены относительно строк. Графическая сетка состоит как раз из определенного количества пикселей. Ее также называют растром. Принимая во внимание эти два определения, можно сказать, что растровое изображение является не чем иным, как набором пикселей, которые отображаются на сетке прямоугольного типа.

Растр монитора и размер пикселя влияют на качество изображения. Оно будет тем выше, чем больше растр у монитора. Размеры растра - это разрешение экрана, о котором наверняка слышал каждый пользователь. Одной из наиболее важных характеристик, которые имеют экраны компьютера, является разрешающая способность, а не только разрешение. Оно показывает, сколько пикселей приходится на ту или иную единицу длины. Обычно разрешающая способность монитора измеряется в пикселях на дюйм. Чем больше пикселей будет приходиться на единицу длины, тем выше будет качество, поскольку “зернистость” при этом снижается.

Обработка звукового потока

Кодирование текстовой и звуковой информации, как и другие виды кодирования, имеет некоторые особенности. Речь сейчас пойдет о последнем процессе: кодировании звуковой информации.

Представление звукового потока (как и отдельного звука) может быть произведено при помощи двух способов.

Аналоговая форма представления звуковой информации

При этом величина может принимать действительно огромное количество различных значений. Причем эти самые значения не остаются постоянными: они очень быстро изменяются, и этот процесс непрерывен.

Дискретная форма представления звуковой информации

Если же говорить о дискретном способе, то в этом случае величина может принимать только ограниченное количество значений. При этом изменение происходит скачкообразно. Закодировать дискретно можно не только звуковую, но и графическую информацию. Что касается и аналоговой формы, кстати.

Аналоговая звуковая информация хранится на виниловых пластинках, например. А вот компакт-диск уже является дискретным способом представления информации звукового характера.

В самом начале мы говорили о том, что компьютер воспринимает всю информацию на машинном языке. Для этого информация кодируется в форме последовательности электрических импульсов – нулей и единиц. Кодирование звуковой информации не является исключением из этого правила. Чтобы обработать на компьютере звук, его для начала нужно превратить в ту самую последовательность. Только после этого над потоком или единичным звуком могут совершаться операции.

Когда происходит процесс кодирования, поток подвергается временной дискретизации. Звуковая волна непрерывна, она развивается на малые участки времени. Значение амплитуды при этом устанавливается для каждого определенного интервала отдельно.

Заключение

Итак, что же мы выяснили в ходе данной статьи? Во-первых, абсолютно вся информация, которая выводится на монитор компьютера, прежде чем там появиться, подвергается кодированию. Во-вторых, это кодирование заключается в переводе информации на машинный язык. В-третьих, машинный язык представляет собой не что иное, как последовательность электрических импульсов – нулей и единиц. В-четвертых, для кодирования различных символов существуют отдельные таблицы. И, в-пятых, представить графическую и звуковую информацию можно в аналоговом и дискретном виде. Вот, пожалуй, основные моменты, которые мы разобрали. Одной из дисциплин, изучающей данную область, является информатика. Кодирование текстовой информации и его основы объясняются еще в школе, поскольку ничего сложного в этом нет.

Как работают кодировки текста. Откуда появляются «кракозябры». Принципы кодирования. Обобщение и детальный разбор

Данная статья имеет цель собрать воедино и разобрать принципы и механизм работы кодировок текста, подробно этот механизм разобрать и объяснить. Полезна она будет тем, кто только примерно представляет, что такое кодировки текста и как они работают, чем отличаются друг от друга, почему иногда появляются не читаемые символы, какой принцип кодирования имеют разные кодировки.

Чтобы получить детальное понимание этого вопроса придется прочитать и свести воедино не одну статью и потратить довольно значительное время на это. В данном материале же это все собрано воедино и по идее должно сэкономить время и разбор на мой взгляд получился довольно подробный.

О чем будет под катом: принцип работы одно байтовых кодировок (ASCII, Windows-1251 и т.д.), предпосылки появления Unicode, что такое Unicode, Unicode-кодировки UTF-8, UTF-16, их отличия, принципиальные особенности, совместимость и несовместимость разных кодировок, принципы кодирования символов, практический разбор кодирования и декодирования.

Вопрос с кодировками сейчас конечно уже потерял актуальность, но все же знать как они работают сейчас и как работали раньше и при этом не потратить много времени на это думаю лишним не будет.

Предпосылки Unicode


Начать думаю стоит с того времени когда компьютеризация еще не была так сильно развита и только набирала обороты. Тогда разработчики и стандартизаторы еще не думали, что компьютеры и интернет наберут такую огромную популярность и распространенность. Собственно тогда то и возникла потребность в кодировке текста. В каком то же виде нужно было хранить буквы в компьютере, а он (компьютер) только единицы и нули понимает. Так была разработана одно-байтовая кодировка ASCII (скорее всего она не первая кодировка, но она наиболее распространенная и показательная, по этому ее будем считать за эталонную). Что она из себя представляет? Каждый символ в этой кодировке закодирован 8-ю битами. Несложно посчитать что исходя из этого кодировка может содержать 256 символов (восемь бит, нулей или единиц 28=256).

Первые 7 бит (128 символов 27=128) в этой кодировке были отданы под символы латинского алфавита, управляющие символы (такие как переносы строк, табуляция и т.д.) и грамматические символы. Остальные отводились под национальные языки. То есть получилось что первые 128 символов всегда одинаковые, а если хочешь закодировать свой родной язык пожалуйста, используй оставшуюся емкость. Собственно так и появился огромный зоопарк национальных кодировок. И теперь сами можете представить, вот например я находясь в России беру и создаю текстовый документ, у меня по умолчанию он создается в кодировке Windows-1251 (русская кодировка использующаяся в ОС Windows) и отсылаю его кому то, например в США. Даже то что мой собеседник знает русский язык, ему не поможет, потому что открыв мой документ на своем компьютере (в редакторе с дефолтной кодировкой той же самой ASCII) он увидит не русские буквы, а кракозябры. Если быть точнее, то те места в документе которые я напишу на английском отобразятся без проблем, потому что первые 128 символов кодировок Windows-1251 и ASCII одинаковые, но вот там где я написал русский текст, если он в своем редакторе не укажет правильную кодировку будут в виде кракозябр.

Думаю проблема с национальными кодировками понятна. Собственно этих национальных кодировок стало очень много, а интернет стал очень широким, и в нем каждый хотел писать на своем языке и не хотел чтобы его язык выглядел как кракозябры. Было два выхода, указывать для каждой страницы кодировки, либо создать одну общую для всех символов в мире таблицу символов. Победил второй вариант, так создали Unicode таблицу символов.

Небольшой практикум ASCII


Возможно покажется элементарщиной, но раз уж решил объяснять все и подробно, то это надо.

Вот таблица символов ASCII:

Тут имеем 3 колонки:

  • номер символа в десятичном формате
  • номер символа в шестнадцатиричном формате
  • представление самого символа.

Итак, закодируем строку «ok» (англ.) в кодировке ASCII. Символ «o» (англ.) имеет позицию 111 в десятичном виде и 6F в шестнадцатиричном. Переведем это в двоичную систему — 01101111. Символ «k» (англ.) — позиция 107 в десятеричной и 6B в шестнадцатиричной, переводим в двоичную — 01101011. Итого строка «ok» закодированная в ASCII будет выглядеть так — 01101111 01101011. Процесс декодирования будет обратный. Берем по 8 бит, переводим их в 10-ичную кодировку, получаем номер символа, смотрим по таблице что это за символ.

Unicode


С предпосылками создания общей таблицы для всех в мире символов, разобрались. Теперь собственно, к самой таблице. Unicode — именно эта таблица и есть (это не кодировка, а именно таблица символов). Она состоит из 1 114 112 позиций. Большинство этих позиций пока не заполнены символами, так что вряд ли понадобится это пространство расширять.

Разделено это общее пространство на 17 блоков, по 65 536 символов в каждом. Каждый блок содержит свою группу символов. Нулевой блок — базовый, там собраны наиболее употребляемые символы всех современных алфавитов. Во втором блоке находятся символы вымерших языков. Есть два блока отведенные под частное использование. Большинство блоков пока не заполнены.

Итого емкость символов юникода составляет от 0 до 10FFFF (в шестнадцатиричном виде).

Записываются символы в шестнадцатиричном виде с приставкой «U+». Например первый базовый блок включает в себя символы от U+0000 до U+FFFF (от 0 до 65 535), а последний семнадцатый блок от U+100000 до U+10FFFF (от 1 048 576 до 1 114 111).

Отлично теперь вместо зоопарка национальных кодировок, у нас есть всеобъемлющая таблица, в которой зашифрованы все символы которые нам могут пригодиться. Но тут тоже есть свои недостатки. Если раньше каждый символ был закодирован одним байтом, то теперь он может быть закодирован разным количеством байтов. Например для кодирования всех символов английского алфавита по прежнему достаточно одного байта например тот же символ «o» (англ.) имеет в юникоде номер U+006F, то есть тот же самый номер как и в ASCII — 6F в шестнадцатиричной и 111 в десятеричной. А вот для кодирования символа "U+103D5" (это древнеперсидская цифра сто) — 103D5 в шестнадцатиричной и 66 517 в десятеричной, тут нам потребуется уже три байта.

Решить эту проблему уже должны юникод-кодировки, такие как UTF-8 и UTF-16. Далее речь пойдет про них.

UTF-8


UTF-8 является юникод-кодировкой переменной длинны, с помощью которой можно представить любой символ юникода.

Давайте поподробнее про переменную длину, что это значит? Первым делом надо сказать, что структурной (атомарной) единицей этой кодировки является байт. То что кодировка переменной длинны, значит, что один символ может быть закодирован разным количеством структурных единиц кодировки, то есть разным количеством байтов. Так например латиница кодируется одним байтом, а кириллица двумя байтами.

Немного отступлю от темы, надо написать про совместимость ASCII и UTF

То что латинские символы и основные управляющие конструкции, такие как переносы строк, табуляции и т.д. закодированы одним байтом делает utf-кодировки совместимыми с кодировками ASCII. То есть фактически латиница и управляющие конструкции находятся на тех же самых местах как в ASCII, так и в UTF, и то что закодированы они и там и там одним байтом и обеспечивает эту совместимость.

Давайте возьмем символ «o»(англ.) из примера про ASCII выше. Помним что в таблице ASCII символов он находится на 111 позиции, в битовом виде это будет 01101111. В таблице юникода этот символ — U+006F что в битовом виде тоже будет 01101111. И теперь так, как UTF — это кодировка переменной длины, то в ней этот символ будет закодирован одним байтом. То есть представление данного символа в обеих кодировках будет одинаково. И так для всего диапазона символов от 0 до 128. То есть если ваш документ состоит из английского текста то вы не заметите разницы если откроете его и в кодировке UTF-8 и UTF-16 и ASCII (прим. в UTF-16 такие символы все равно будут закодированы двумя байтами, по этому вы не увидите разницы, если ваш редактор будет игнорировать нулевые байты), и так до момента пока вы не начнете работать с национальным алфавитом.

Сравним на практике как будет выглядеть фраза «Hello мир» в трех разных кодировках: Windows-1251 (русская кодировка), ISO-8859-1 (кодировка западно-европейских языков), UTF-8 (юникод-кодировка). Суть данного примера состоит в том что фраза написана на двух языках. Посмотрим как она будет выглядеть в разных кодировках.


В кодировке ISO-8859-1 нет таких символов «м», «и» и «р».

Теперь давайте поработаем с кодировками и разберемся как преобразовать строку из одной кодировки в другую и что будет если преобразование неправильное, или его нельзя осуществить из за разницы в кодировках.

Будем считать что изначально фраза была записана в кодировке Windows-1251. Исходя из таблицы выше запишем эту фразу в двоичном виде, в кодировке Windows-1251. Для этого нам потребуется всего только перевести из десятеричной или шестнадцатиричной системы (из таблицы выше) символы в двоичную.

01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100000 11101100 11101000 11110000
Отлично, вот это и есть фраза «Hello мир» в кодировке Windows-1251.

Теперь представим что вы имеете файл с текстом, но не знаете в какой кодировке этот текст. Вы предполагаете что он в кодировке ISO-8859-1 и открываете его в своем редакторе в этой кодировке. Как сказано выше с частью символов все в порядке, они есть в этой кодировке, и даже находятся на тех же местах, но вот с символами из слова «мир» все сложнее. Этих символов в этой кодировке нет, а на их местах в кодировке ISO-8859-1 находятся совершенно другие символы. А конкретно «м» — позиция 236, «и» — 232. «р» — 240. И на этих позициях в кодировке ISO-8859-1 находятся следующие символы позиция 236 — символ "ì", 232 — "è", 240 — "ð"

Значит фраза «Hello мир» закодированная в Windows-1251 и открытая в кодировке ISO-8859-1 будет выглядеть так: «Hello ìèð». Вот и получается что эти две кодировки совместимы лишь частично, и корректно перекодировать строку из одной кодировке в другую не получится, потому что там просто напросто нет таких символов.

Тут и будут необходимы юникод-кодировки, а конкретно в данном случае рассмотрим UTF-8. То что символы в ней могут быть закодированы разным количеством байтов от 1 до 4 мы уже выяснили. Теперь стоит сказать что с помощью UTF могут быть закодированы не только 256 символов, как в двух предыдущих, а вобще все символы юникода

Работает она следующим образом. Первый бит каждого байта кодирующего символ отвечает не за сам символ, а за определение байта. То есть например если ведущий (первый) бит нулевой, то это значит что для кодирования символа используется всего один байт. Что и обеспечивает совместимость с ASCII. Если внимательно посмотрите на таблицу символов ASCII то увидите что первые 128 символов (английский алфавит, управляющие символы и знаки препинания) если их привести к двоичному виду, все начинаются с нулевого бита (будьте внимательны, если будете переводить символы в двоичную систему с помощью например онлайн конвертера, то первый нулевой ведущий бит может быть отброшен, что может сбить с толку).

01001000 — первый бит ноль, значит 1 байт кодирует 1 символ -> «H»

01100101 — первый бит ноль, значит 1 байт кодирует 1 символ -> «e»

Если первый бит не нулевой то символ кодируется несколькими байтами.

Для двухбайтовых символов первые три бита должны быть такие — 110

11010000 10111100 — в начале 110, значит 2 байта кодируют 1 символ. Второй байт в таком случае всегда начинается с 10. Итого отбрасываем управляющие биты (начальные, которые выделены красным и зеленым) и берем все оставшиеся (10000111100), переводим их в шестнадцатиричный вид (043С) -> U+043C в юникоде равно символ «м».

для трех-байтовых символов в первом байте ведущие биты — 1110

11101000 10000111 101010101 — суммируем все кроме управляющих битов и получаем что в 16-ричной равно 103В5, U+103D5 — древнеперситдская цифра сто (10000001111010101)

для четырех-байтовых символов в первом байте ведущие биты — 11110

11110100 10001111 10111111 10111111 — U+10FFFF это последний допустимый символ в таблице юникода (100001111111111111111)

Теперь, при желании, можем записать нашу фразу в кодировке UTF-8.

UTF-16


UTF-16 также является кодировкой переменной длинны. Главное ее отличие от UTF-8 состоит в том что структурной единицей в ней является не один а два байта. То есть в кодировке UTF-16 любой символ юникода может быть закодирован либо двумя, либо четырьмя байтами. Давайте для понятности в дальнейшем пару таких байтов я буду называть кодовой парой. Исходя из этого любой символ юникода в кодировке UTF-16 может быть закодирован либо одной кодовой парой, либо двумя.

Начнем с символов которые кодируются одной кодовой парой. Легко посчитать что таких символов может быть 65 535 (2в16), что полностью совпадает с базовым блоком юникода. Все символы находящиеся в этом блоке юникода в кодировке UTF-16 будут закодированы одной кодовой парой (двумя байтами), тут все просто.

символ «o» (латиница) — 00000000 01101111
символ «M» (кириллица) — 00000100 00011100

Теперь рассмотрим символы за пределами базового юникод диапазона. Для их кодирования потребуется уже две кодовые пары (4 байта). И механизм их кодирования немного сложнее, давайте по порядку.

Для начала введем понятия суррогатной пары. Суррогатная пара — это две кодовые пары используемые для кодирования одного символа (итого 4 байта). Для таких суррогатных пар в таблице юникода отведен специальный диапазон от D800 до DFFF. Это значит, что при преобразовании кодовой пары из байтового вида в шестнадцатиричный вы получаете число из этого диапазона, то перед вами не самостоятельный символ, а суррогатная пара.

Чтобы закодировать символ из диапазона 1000010FFFF (то есть символ для которого нужно использовать более одной кодовой пары) нужно:

  1. из кода символа вычесть 10000(шестнадцатиричное) (это наименьшее число из диапазона 1000010FFFF)
  2. в результате первого пункта будет получено число не больше FFFFF, занимающее до 20 бит
  3. ведущие 10 бит из полученного числа суммируются с D800 (начало диапазона суррогатных пар в юникоде)
  4. следующие 10 бит суммируются с DC00 (тоже число из диапазона суррогатных пар)
  5. после этого получатся 2 суррогатные пары по 16 бит, первые 6 бит в каждой такой паре отвечают за определение того что это суррогат,
  6. десятый бит в каждом суррогате отвечает за его порядок если это 1 то это первый суррогат, если 0, то второй

Разберем это на практике, думаю станет понятнее.

Для примера зашифруем символ, а потом расшифруем. Возьмем древнеперсидскую цифру сто (U+103D5):

  1. 103D510000 = 3D5
  2. 3D5 = 0000000000 1111010101 (ведущие 10 бит получились нулевые приведем это к шестнадцатиричному числу, получим 0 (первые десять), 3D5 (вторые десять))
  3. 0 + D800 = D800 (1101100000000000) первые 6 бит определяют что число из диапазона суррогатных пар десятый бит (справа) нулевой, значит это первый суррогат
  4. 3D5 + DC00 = DFD5 (1101111111010101) первые 6 бит определяют что число из диапазона суррогатных пар десятый бит (справа) единица, значит это второй суррогат
  5. итого данный символ в UTF-16 — 1101100000000000 1101111111010101

Теперь наоборот раскодируем. Допустим что у нас есть вот такой код — 1101100000100010 1101111010001000:
  1. переведем в шестнадцатиричный вид = D822 DE88 (оба значения из диапазона суррогатных пар, значит перед нами суррогатная пара)
  2. 1101100000100010 — десятый бит (справа) нулевой, значит первый суррогат
  3. 1101111010001000 — десятый бит (справа) единица, значит второй суррогат
  4. отбрасываем по 6 бит отвечающих за определение суррогата, получим 0000100010 1010001000 (8A88)
  5. прибавляем 10000 (меньшее число суррогатного диапазона) 8A88 + 10000 = 18A88
  6. смотрим в таблице юникода символ U+18A88 = Tangut Component-649. Компоненты тангутского письма.

Спасибо тем кто смог дочитать до конца, надеюсь было полезно и не очень занудно.

Вот некоторые интересные ссылки по данной теме:
habr.com/ru/post/158895 — полезные общие сведения по кодировкам
habr.com/ru/post/312642 — про юникод
unicode-table.com/ru — сама таблица юникод символов

Ну и собственно куда же без нее
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B4 — юникод
ru.wikipedia.org/wiki/ASCII — ASCII
ru.wikipedia.org/wiki/UTF-8 — UTF-8
ru.wikipedia.org/wiki/UTF-16 — UTF-16

Кодирование ⚠️ информации: виды, кто кодирует, зачем

Что такое кодирование информации

Кодирование – это процесс преобразования данных из исходной формы представления в коды.

Код – это набор условных символов для представления информации.

К целям использования кодирования относятся:

  • компактное хранение, удобство при обработке и передаче информации через автоматические устройства с программным обеспечением;
  • удобство при обмене данными между субъектами;
  • четкое отображение информации;
  • распознавание объектов и субъектов;
  • шифровка конфиденциальной информации. 

Виды кодирования информации, какие бывают способы изменения вида

Перевести в систему кодов можно текст, цвета, графическое изображение, числа, звук, видео и т.д.

Кодирование текстовой информации

Выделяют 3 основных вида кодирования текста:

  • графический – текст переводится в рисунки;
  • символьный – преобразование происходит с помощью знаков алфавита, в котором представлен исходный текст;
  • числовой – текст кодируется в числа.

Поскольку вся информация представлена в памяти компьютера в двоичной системе, для работы с текстом в ЭВМ используют числовой способ кодирования.

Изначально кодирование символов осуществлялось по 7-битному стандарту. В этой системе вычислительная машина записывала в свою память 128 разных состояний. Каждому из них соответствовала определенная буква, знак или символ.

7-битной системы было недостаточно для записи всех мировых языков. По этой причине создатели программ перешли на 8-битный стандарт, который позволил преобразовать 256 разных знаков.

Двоичное кодирование предполагает, что каждый знак соответствует уникальному двоичному коду. В стандартном коде информационного обмена ASCII регламентируется присвоение символу такой последовательности. Первые 33 кода – это операции, такие как пробел, ввод и т.п. Коды 33 – 127 соответствуют буквам латинского алфавита, цифрам, арифметическим символам  и знакам препинания. Коды 128 – 255 – это буквы национального алфавита.

Впервые русские буквы были закодированы в стандарте КОИ-8 на вычислительных машинах с операционной системой UNIX. На сегодняшний день более широко используется стандартная кодировка Microsoft Windows с обозначением «Кириллица». Русские буквы для операционной системы MS-DOS преобразуются в стандарте СР866. В устройствах серии Macintosh компании Apple – это кодировка Мас. Еще один стандарт для представления русского алфавита – ISO 8859-5.

Неудобство существования разных кодовых языков состоит в том, что они не адаптированы. Следовательно, текст, созданный в одном стандарте, не будет отображаться в другой кодовой системе. Разработчики нашли решение этой проблемы и предусмотрели автоматическую перекодировку текстовой информации при работе с разными кодовыми стандартами.

Для работы в интернете применяют международную кодировку Unicode. В отличие от 8-битного стандарта, для преобразования символов использует 2 байта, а не 1. Это позволяет закодировать 65536 различных символов.

Кодирование цвета

Основой всех цветов являются красный, зеленый и синий. На этом свойстве базируется одна из моделей представления цветового разнообразия, названная по первым буквам данных цветов RGB (red, green, blue). Этот стандарт использует всего 3 байта, по одному на каждый цвет. При единице цвет включен, при нуле – выключен. Из трех базовых цветов можно составить 8 двоичных кодов , значит, 8 разных цветов: красный, зеленый синий, желтый, белый, голубой, лиловый, черный.

Для управления яркостью вводят еще один бит, и получается модель IRGB (от английского Intensity – интенсивность). При этом образуются 8 дополнительных кодов, соответственно, цветовая гамма расширяется до 16 оттенков. Добавляются серый, ярко-синий, ярко-зеленый, ярко-голубой, ярко-красный, ярко-лиловый, ярко-желтый, ярко-белый.

Создание более богатой палитры осуществляется в 6-битной системе, называемой RrGgBb. Код 00 означает, что цвет выключен, 01 – это слабый цвет, 10 – обычный оттенок и 11 – интенсивный. В этом случае можно закодировать 64 цвета. Несмотря на это, на экране параллельно могут отражаться до 16 оттенков, поскольку кодирование в кадровом буфере происходит в 4-битной системе. Представление цвета в RrGgBb применяется на видеоадаптерах EGA.

Еще более широкая гамма доступна в видеоинтерфейсе VGA. Благодаря отведению 6 байт на шифровку каждого основного цвета, количество тонов увеличилось до 256 тыс. Из них на экране одновременно отражается максимум 256 оттенков, так как видеобуфер использует 8-битное преображение информации.

В принтерах используется иная цветовая модель – CMYK. Она базируется на голубом, фиолетовом, желтом и черном цветах (Cyan, Magenta, Yellow, Key color – обозначение черного цвета). Так как эти тона получены при вычитании из белого основных цветов, модель называется субстрактивной.

Выбор такой цветовой модели для полиграфии объясняется техническим удобством. Так как печать производится на бумаге, нужно учитывать свойство поверхности отражать. В этом случае проще считать, сколько света отразилось, чем поглотилось.

Кодирование графической информации

Представление графической информации в компьютерах подразделяется на два формата:

  • растровая графика;
  • векторная графика.

Растровый формат можно назвать точечным. Расположенные строго по строкам и столбцам точки имеют отдельные координаты нахождения на дисплее, цвет и уровень интенсивности. Качество изображения напрямую зависит от количества точек – чем их больше, тем картинка качественнее. Растровый способ кодирования подходит для фотографий.

Векторная графика опирается на закодированные геометрические фигуры. В числовой формат приведены размеры объектов, координаты вершин, толщина контуров цвет заливки. Векторное кодирование удобно применять при создании рекламной продукции.

Кодирование числовой информации

Числа в памяти вычислительных машин хранятся в двоичной системе счисления. Выделяют два способа представления чисел:

  • форма с фиксированной точкой – для целых чисел;
  • форма с плавающей точкой – для действительных чисел.

Целочисленные значения в компьютере представлены с фиксированной запятой.

Целое положительное число переводят в двоичную систему счисления. К полученному коду приписывают 2 нуля слева. Крайний разряд слева в положительном числе равен 0.  

Целое отрицательное число преобразуется следующим образом. Число без минуса переводят в двоичную систему, дополняют его нулями слева. Образовавшийся код переводят в обратный, заменяя нули единицами, а единицы – нулями. К полученной комбинации чисел прибавляют  1.

Порядок кодирования действительного или вещественного числа выглядит следующим образом. Число десятичной системы счисления переводят в двоичную. Определяют так называемую мантиссу числа: перемещают запятую в нужную сторону, чтобы слева не было ни одной единицы. Далее определяют значение порядка – количество знаков, на которое перемещена запятая для определения мантиссы.

Кодирование звуковой информации

Звук – это волны с постоянно меняющейся частотой и интенсивностью, вызванные колебанием частиц. Человек распознает звук благодаря меняющемуся давлению акустической волны на препятствия. Громкость звука зависит от акустики звуковой волны, а тон – от частоты.

При оцифровке непрерывная акустическая волна временно превращается в прерывистую. Дискретная форма представляет собой короткие отрезки с неизменным сигналом.

Частота дискретизации – количество измерений громкости в секунду.

Глубина кодирования звука – количество данных, необходимое для преобразования прерывистых уровней громкости звукового сигнала.

От частоты дискретизации глубины кодирования звука зависит точность воспроизведения оригинального звука. Чем выше эти показатели, тем корректнее представление звуковой информации.

Кодирование видеозаписи

Видеофайл состоит из звукового элемента и графического изображения, поэтому эти составляющие подвергаются раздельной кодировке.

Принципы преобразования звука видеозаписи в двоичную систему аналогичны с кодированием обычной звуковой информации.  

Последовательность кодирования графики также схожа с переводом обычного изображения в двоичный код. В случае с видео шифруется лишь первый кадр. Последующие изображения преобразуются относительно предыдущей картинки посредством записи изменений.

По завершении процесса кодирования звуковой дорожки и графики получается двоичный код для хранения в памяти ПК и других электронных носителях. Синхронность воспроизведения видеозаписи осуществляется путем разделения этих операций.

Кодирование информации

Общие понятия

Определение 1

Кодирование — это преобразование информации из одной ее формы представления в другую, наиболее удобную для её хранения, передачи или обработки.

Определение 2

Кодом называют правило отображения одного набора знаков в другом.

Определение 3

Двоичный код – это способ представления информации с помощью двух символов - $0$ и $1$.

Определение 4

Длина кода – количество знаков, используемых для представления кодируемой информации.

Определение 5

Бит - это одна двоичная цифра $0$ или $1$. Одним битом можно закодировать два значения: $1$ или $0$. Двумя битами можно закодировать уже четыре значения: $00$, $01$, $10$, $11$. Тремя битами кодируются $8$ разных значений. Добавление одного бита удваивает количество значений, которое можно закодировать.

Рисунок 1.

Виды кодирования информации

Различают кодирование информации следующих видов:

Кодирование текстовой информации

Любой текст состоит из последовательности символов. Символами могут быть буквы, цифры, знаки препинания, знаки математических действий, круглые и квадратные скобки и т.д.

Текстовая информация, как и любая другая, хранится в памяти компьютера в двоичном виде. Для этого каждому ставится в соответствии некоторое неотрицательное число, называемое кодом символа, и это число записывается в память ЭВМ в двоичном виде. Конкретное соотношение между символами и их кодами называется системой кодировки. В персональных компьютерах обычно используется система кодировки ASCII (American Standard Code for Informational Interchange – Американский стандартный код для информационного обмена).

Замечание 1

Разработчики программного обеспечения создали собственные $8$-битные стандарты кодировки текста. За счет дополнительного бита диапазон кодирования в них был расширен до $256$ символов. Чтобы не было путаницы, первые $128$ символов в таких кодировках, как правило, соответствуют стандарту ASCII. Оставшиеся $128$ - реализуют региональные языковые особенности.

Замечание 2

Восьмибитными кодировками, распространенными в нашей стране, являются KOI8, UTF8, Windows-1251 и некоторые другие.

Кодирование цвета

Чтобы сохранить в двоичном коде фотографию, ее сначала виртуально разделяют на множество мелких цветных точек, называемых пикселями (что-то на подобии мозаики). После разбивки на точки цвет каждого пикселя кодируется в бинарный код и записывается на запоминающем устройстве.

Пример 1

Если говорят, что размер изображения составляет, например, $512 х 512$ точек, это значит, что оно представляет собой матрицу, сформированную из $262144$ пикселей (количество пикселей по вертикали, умноженное на количество пикселей по горизонтали).

Пример 2

Прибором, "разбивающим" изображения на пиксели, является любая современная фотокамера (в том числе веб-камера, камера телефона) или сканер. И если в характеристиках камеры значится, например, "$10$ Mega Pixels", значит количество пикселей, на которые эта камера разбивает изображение для записи в двоичном коде, - 10 миллионов. Чем на большее количество пикселей разделено изображение, тем реалистичнее выглядит фотография в декодированном виде (на мониторе или после распечатывания).

Однако качество кодирования фотографий в бинарный код зависит не только от количества пикселей, но также и от их цветового разнообразия. Алгоритмов записи цвета в двоичном коде существует несколько. Самым распространенным из них является RGB. Эта аббревиатура – первые буквы названий трех основных цветов: красного – англ.Red, зеленого – англ. Green, синего – англ. Blue. Смешивая эти три цвета в разных пропорциях, можно получить любой другой цвет или оттенок.

На этом и построен алгоритм RGB. Каждый пиксель записывается в двоичном коде путем указания количества красного, зеленого и синего цвета, участвующего в его формировании.

Чем больше битов выделяется для кодирования пикселя, тем больше вариантов смешивания этих трех каналов можно использовать и тем значительнее будет цветовая насыщенность изображения.

Определение 6

Цветовое разнообразие пикселей, из которых состоит изображение, называется глубиной цвета.

Кодирование графической информации

Описанная выше техника формирования изображений из мелких точек является наиболее распространенной и называется растровой. Но кроме растровой графики, в компьютерах используется еще и так называемая векторная графика.

Векторные изображения создаются только при помощи компьютера и формируются не из пикселей, а из графических примитивов (линий, многоугольников, окружностей и др.).

Векторная графика - это чертежная графика. Она очень удобна для компьютерного «рисования» и широко используется дизайнерами при графическом оформлении печатной продукции, в том числе создании огромных рекламных плакатов, а также в других подобных ситуациях. Векторное изображение в двоичном коде записывается как совокупность примитивов с указанием их размеров, цвета заливки, места расположения на холсте и некоторых других свойств.

Пример 3

Чтобы записать на запоминающем устройстве векторное изображение круга, компьютеру достаточно в двоичный код закодировать тип объекта (окружность), координаты его центра на холсте, длину радиуса, толщину и цвет линии, цвет заливки.

В растровой системе пришлось бы кодировать цвет каждого пикселя. И если размер изображения большой, для его хранения понадобилось бы значительно больше места на запоминающем устройстве.

Тем не менее, векторный способ кодирования не позволяет записывать в двоичном коде реалистичные фото. Поэтому все фотокамеры работают только по принципу растровой графики. Рядовому пользователю иметь дело с векторной графикой в повседневной жизни приходится не часто.

Кодирование числовой информации

При кодировании чисел учитывается цель, с которой цифра была введена в систему: для арифметических вычислений или просто для вывода. Все данные, кодируемые в двоичной системе, шифруются с помощью единиц и нолей. Эти символы еще называют битами. Этот метод кодировки является наиболее популярным, ведь его легче всего организовать в технологическом плане: присутствие сигнала – $1$, отсутствие – $0$. У двоичного шифрования есть лишь один недостаток – это длина комбинаций из символов. Но с технической точки зрения легче орудовать кучей простых, однотипных компонентов, чем малым числом более сложных.

Замечание 3

Целые числа кодируются просто переводом чисел из одной системы счисления в другую. Для кодирования действительных чисел используют $80$-разрядное кодирование. При этом число преобразуют в стандартный вид.

Кодирование звуковой информации

Определение 7

Любой звук, слышимый человеком, является колебанием воздуха, которое характеризируется двумя основными показателями: частотой и амплитудой. Амплитуда колебаний - это степень отклонения состояния воздуха от начального при каждом колебании. Она воспринимается нами как громкость звука. Частота колебаний - это количество отклонений состояний воздуха от начального за единицу времени. Она воспринимается как высота звука.

Пример 4

Так, тихий комариный писк - это звук с высокой частотой, но с небольшой амплитудой. Звук грозы наоборот имеет большую амплитуду, но низкую частоту.

Схему работы компьютера со звуком в общих чертах можно описать так. Микрофон превращает колебания воздуха в аналогичные по характеристикам электрических колебаний. Звуковая карта компьютера преобразовывает электрические колебания в двоичный код, который записывается на запоминающем устройстве. При воспроизведении такой записи происходит обратный процесс (декодирование) - двоичный код преобразуется в электрические колебания, которые поступают в аудиосистему или наушники. Динамики акустической системы или наушников имеют противоположное микрофону действие. Они превращают электрические колебания в колебания воздуха.

Принцип разделения звуковой волны на мелкие участки лежит в основе двоичного кодирования звука. Аудиокарта компьютера разделяет звук на очень мелкие временные участки и кодирует степень интенсивности каждого из них в двоичный код. Такое дробление звука на части называется дискретизацией. Чем выше частота дискретизации, тем точнее фиксируется геометрия звуковой волны и тем качественней получается запись.

Определение 8

Качество записи сильно зависит также от количества битов, используемых компьютером для кодирования каждого участка звука, полученного в результате дискретизации. Количество битов, используемых для кодирования каждого участка звука, полученного при дискретизации, называется глубиной звука.

Кодирование видеозаписи

Видеозапись состоит из двух компонентов: звукового и графического.

Кодирование звуковой дорожки видеофайла в двоичный код осуществляется по тем же алгоритмам, что и кодирование обычных звуковых данных. Принципы кодирования видеоизображения схожи с кодированием растровой графики (рассмотрено выше), хотя и имеют некоторые особенности. Как известно, видеозапись - это последовательность быстро меняющихся статических изображений (кадров). Одна секунда видео может состоять из $25$ и больше картинок. При этом, каждый следующий кадр лишь незначительно отличается от предыдущего.

Учитывая эту особенность, алгоритмы кодирования видео, как правило, предусматривают запись лишь первого (базового) кадра. Каждый же последующий кадр формируются путем записи его отличий от предыдущего.

Тема: «Кодирование информации в компьютере».


Тема: «Кодирование информации в компьютере».

Цели урока:

- помочь учащимся усвоить понятие информации и способы кодирования информации в компьютере, помочь учащимся усвоить понятие системы отсчета, познакомить с двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системами отсчета, дать первые основные понятия, необходимые для начала работы на компьютере, дать понятия мышки, указателя, кнопки, главного меню, первичное понятие окна, научить пользоваться мышью и визуальными средствами управления, освоить три основных действия мышкой – щелчок, двойной щелчок, взять и растянуть.
- воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.
- развитие мышления, познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать.

Оборудование:
доска, компьютер, компьютерная презентация.

План урока:
I. Орг. момент. (1 мин)
II. Актуализация знаний. (1 мин)
III. Теоретическая часть. (20 мин)
IV. Практическая часть. (9 мин)
V. Д/з (2 мин)
VI. Вопросы учеников. (5 мин)
VII. Итог урока. (2 мин)

Ход урока:
I. Орг. момент.

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.

II. Актуализация знаний.
Вся информация, которою обработает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр – 0 и 1.
Эти два символа 0 и 1 принято называть битами (от англ. binary digit – двоичный знак).

III. Теоретическая часть.
С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса:
Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.
Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде проследовательность нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:
0 – отсутствие электрического сигнала;
1 – наличие электрического сигнала.

Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.
Вам приходится постоянно сталкиваться с устройством, которое мо

ет находится только в двух устойчивых состояниях: включено/выключено. Конечно же, это хорошо знакомый всем выключатель. А вот придумать выключатель, который мог бы устойчиво и быстро переключаться в любое из 10 состояний, оказалось невозможным. В результате после ряда неудачных попыток разработчики пришли к выводу о невозможности построения компьютера на основе десятичной системы счисления. И в основу представления чисел в компьютере была положена именно двоичная система счисления.

Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Рассмотрим основные способы двоичного кодирования информации в компьютере.

Представление чисел
Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с использование особых знаковых систем, которые называют системами счисления.
Система счисления – совокупность приемов и правил записи чисел с помощью определенного набора символов.
Все системы счисления делятся на две большие группы: ПОЗИЦИОННЫЕ и НЕПОЗИЦИОННЫЕ.
Позиционные - количественное значение каждой цифры числа зависит от того, в каком месте (позиции или разряде) записана та или иная цифра.
Непозиционные - количественное значение цифры числа не зависит от того, в каком месте (позиции или разряде) записана та или иная цифра.

Самой распространенной из непозиционных систем счисления является римская. В качестве цифр используются: I(1), V(5), X(10), L(50), C(100), D(500), M(1000).
Величина числа определяется как сумма или разность цифр в числе.
MCMXCVIII = 1000+(1000-100)+(100-10)+5+1+1+1 = 1998
Первая позиционная система счисления была придумана еще в Древнем Вавилоне, причем вавилонская нумерация была шестидесятеричная, т.е. в ней использовалось шестьдесят цифр!
В XIX веке довольно широкое распространение получила двенадцатеричная система счисления.
В настоящее время наиболее распространены десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.
Количество различных символов, используемых для изображения числа в позиционных системах счисления, называется основанием системы счисления.

Основание

Алфавит цифр

Десятичная

10

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Двоичная

2

0, 1

Восьмеричная

8

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Шестнадцатеричная

16

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F


Соответствие систем счисления:

0

1

 2

3

4

5

6

 7

Двоичная

0

1

 10

 11

100

101

110

111

Восьмеричная

0

1

 2

3

4

5

6

 7

Шестнадцатеричная

0

1

2

3

4

 5

6

7

 

8

9

10

11

12

13

14

15

Двоичная

1000

1001

 1010

1011

 1100

1101

1110

1111

Восьмеричная

10

11

 12

13

14

15

16

17

Шестнадцатеричная

8

 9

A

 B

C

D

E

 F

 

Двоичное кодирование текстовой информации

Начиная с 60-х годов, компьютеры все больше стали использовать для обработки текстовой информации и в настоящее время большая часть ПК в мире занято обработкой именно текстовой информации.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации = 1 байту (1 байт = 8 битов).
Для кодирования одного символа требуется один байт информации.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов. (28=256)

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255).

Важно, что присвоение символу конкретного кода – это вопрос соглашения, которое фиксируется кодовой таблицей.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера (коды), называется таблицей кодировки.

Для разных типов ЭВМ используются различные кодировки. С распространением IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена.
Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Сюда входят буква латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы.

Остальные 128 кодов используются в разных вариантах. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита.
В настоящее время существует 5 разных кодовых таблиц для русских букв (КОИ8, СР1251, СР866, Mac, ISO).

В настоящее время получил широкое распространение новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ два байта. С его помощью можно закодировать 65536 (216= 65536 ) различных символов.

Таблица стандартной части ASCII

Таблица расширенного кода ASCII

Обратите внимание!
Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях – при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичных код.
Возьмем число 57.

При использовании в тексте каждая цифра будет представлена своим кодом в соответствии с таблицей ASCII. В двоичной системе это – 00110101 00110111.

При использовании в вычислениях код этого числа будет получен по правилам перевода в двоичную систему и получим – 00111001.

Кодирование графической информации

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений


Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов.
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Для 16 цветов – 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Т.н. модель RGB.
Для получения богатой палитры базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности.
4 294 967 296 цветов (True Color) – 32 бита (4 байта).

Кодирование векторных изображений.

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависти от прикладной среды.

Двоичное кодирование звука

Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон.
В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки.
Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Вопросы и задания для закрепления
· Закодируйте с помощью ASCII-кода свою фамилию, имя, номер класса.
· В чем достоинство и недостаток кодирования, применяемого в компьютерах?
· Чем отличаются растровые и векторные изображения?
· В чем суть кодирования графической информации?
· На листе в клеточку нарисуйте рисунок. Закодируйте ваш рисунок двоичным кодом.
· Зачись количества предметов в разных системах счисления. см. презентацию к уроку.

III. Практическая часть.

На этом занятии мы поработаем с программами «Internet Explorer» и «Калькулятор».

Запустите программу Internet Explorer – это программа для просмотра web-страниц, По-умолчанию загрузится страница с классного сервера (адрес которого http://server). Теперь давайте попробуем изменить кодировку для отображения web-страницы и посмотрим что будет. Для изменения кодировки выберете команду «Вид→Кодировка→(какая-то кодировка)». Вы заметили как важно использовать правильную кодировку для отображения web-страниц.

Чтобы включить автовыбор кодировки:В меню Вид Internet Explorer выберите пункт Кодировка, а затем убедитесь, что установлена галочка Автовыбор. Если галочка отсутствует, установите ее.

Если функция автовыбора не может правильно распознать языковую кодировку, можно установить нужную кодировку вручную.

Теперь запустите программу Калькулятор. Данная программа предназначена для выполнения тех же действий, что и обычный калькулятор. Она выполняет основные арифметические действия, такие, как сложение и вычитание, а также функции инженерного калькулятора, например нахождение логарифмов и факториалов.

Чтобы преобразовать число в другую систему счисления
1. В меню Вид выберите команду Инженерный.
2. Введите число для преобразования.
3. Выберите систему счисления, в которую его требуется преобразовать.
4. Выберите необходимую разрядность результата.
Теперь используя эту программу преобразуйте числа из одной системы счисления в другую.
310=?2
1010=?2
22610=?2
100012 = ?10
248=?16
FF16==?2= ?8 = ?10

IV. Д/з
Знать, что такое информация, способы кодирования информации, системы счисления. Составить таблицу для преобразования чисел из десятичную в троичную и четверичную системы счисления (от 010 до 1510).

V. Вопросы учеников.
Ответы на вопросы учащихся.

VI. Итог урока.

Подведение итога урока. Выставление оценок.
На уроке мы узнали, что же такое информация, обсудили свойства и формы представления информации, познакомились с двоичным кодом и узнали в каких единицах измеряется информация.
Так же мы научились устанавливать кодировку в программе Internet Explorer для корректного отображения web-страниц, а с помощью программы Калькулятор преобразовывать числа из одной системы счисления в другую.

 

 

 

 

 

 

 

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ НА КОМПЬЮТЕРЕ

Пример

Преобразует шестнадцатеричное число 111 16 в его двоичный эквивалент.

Решение

Поместите каждое число под его разрядным значением.

256 x1 = 256

16 х 1 = 16

1 х 1 = + 1

273

Следовательно 111 16 = 273 10

Пример

Преобразование восьмеричного числа 321 8 в его двоичный эквивалент

Решение

Работая слева направо, каждое восьмеричное число представляется с помощью трех цифр, а затем объединяя их, мы получаем окончательный двоичный эквивалент.Следовательно:

3 = 011 2

2 = 010 2

1 = 001 2

Объединение трех слева направо

321 8 = 011010001 2

Преобразование двоичных чисел в шестнадцатеричные

Чтобы преобразовать двоичные числа в их двоичные эквиваленты, просто сгруппируйте цифры двоичного числа в группы по четыре справа налево, например 11010001. Следующий шаг - записать шестнадцатеричный эквивалент каждой группы e.г.

1101-Д

0001-1

Эквивалент 11010001 - D1H или D1 16

Преобразование шестнадцатеричных чисел в десятичные и двоичные числа .

Преобразование шестнадцатеричных чисел в десятичные

Чтобы преобразовать шестнадцатеричное число в эквивалент с основанием 10, действуем следующим образом:

Сначала запишите разрядные значения, начиная с правой стороны.

  1. Если цифра представляет собой букву, например "A", укажите ее десятичный эквивалент
  • Умножьте каждую шестнадцатеричную цифру на ее соответствующее разрядное значение и затем сложите продукты
  • В следующих примерах показано, как преобразовать шестнадцатеричное число в десятичное число

Пример

Преобразует шестнадцатеричное число 111 16 в его двоичный эквивалент

Решение

Поместите каждое число под его разрядным значением.

256 x1 = 256

16 х 1 = 16

1 х 1 = + 1

273

Следовательно 111 16 = 273 10

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Компьютер - это машина, которая принимает данные в качестве входных данных, обрабатывает эти данные с помощью программ и выводит обработанные данные в качестве информации. Многие компьютеры могут хранить и извлекать информацию с помощью жестких дисков. Компьютеры могут быть соединены вместе в сети, что позволяет подключенным компьютерам общаться друг с другом.

Двумя основными характеристиками компьютера являются: он реагирует на конкретный набор инструкций четко определенным образом и может выполнять предварительно записанный список инструкций, вызывающих программу.В компьютере четыре основных этапа обработки: ввод, хранение, вывод и обработка.


Современные компьютеры могут выполнять миллиарды вычислений в секунду. Возможность выполнять вычисления много раз в секунду позволяет современным компьютерам выполнять несколько задач одновременно, что означает, что они могут выполнять множество различных задач одновременно. Компьютеры выполняют множество различных задач, где автоматизация полезна. Некоторые примеры - управление светофорами, транспортными средствами, системами безопасности, стиральными машинами и цифровыми телевизорами.

Компьютеры могут быть сконструированы так, чтобы делать с информацией практически все, что угодно. Компьютеры используются для управления большими и маленькими машинами, которые в прошлом управлялись людьми. Большинство людей использовали персональный компьютер дома или на работе. Они используются для таких вещей, как расчет, прослушивание музыки, чтение статьи, письмо и т. Д.

Современные компьютеры - это электронное компьютерное оборудование. Они очень быстро выполняют математическую арифметику, но компьютеры на самом деле не «думают». Они следуют только инструкциям своего программного обеспечения.Программное обеспечение использует оборудование, когда пользователь дает ему инструкции, и дает полезный результат.

Люди управляют компьютерами с помощью пользовательских интерфейсов. К устройствам ввода относятся клавиатуры, компьютерные мыши, кнопки и сенсорные экраны. Некоторыми компьютерами также можно управлять с помощью голосовых команд, жестов рук или даже сигналов мозга через электроды, имплантированные в мозг или вдоль нервов.

Компьютерные программы разрабатываются или пишутся компьютерными программистами. Некоторые программисты пишут программы на собственном языке компьютера, называемом машинным кодом.Большинство программ написано с использованием таких языков программирования, как C, C ++, Java. Эти языки программирования больше похожи на язык, на котором говорят и пишут каждый день. Компилятор переводит инструкции пользователя в двоичный код (машинный код), который компьютер поймет и сделает то, что необходимо.

Автоматизация [изменить | изменить источник]

У большинства людей проблемы с математикой. Чтобы показать это, попробуйте набрать в голове 584 × 3220. Все шаги запомнить сложно! Люди создали инструменты, которые помогали им вспомнить, где они находились в математической задаче.Другая проблема, с которой сталкиваются люди, заключается в том, что им приходится решать одну и ту же проблему снова и снова. Кассирша должна была каждый день вносить сдачу в уме или с помощью бумажки. Это заняло много времени и допустило ошибки. Итак, люди сделали калькуляторы, которые делали одно и то же снова и снова. Эта часть компьютерной истории называется «историей автоматизированных вычислений», что является причудливым выражением для «истории машин», благодаря которым мне легко решать одну и ту же математическую задачу снова и снова, не делая ошибок."

Счеты, логарифмическая линейка, астролябия и антикиферский механизм (датируемый примерно 150–100 гг. До н.э.) являются примерами автоматических вычислительных машин.

Программирование [изменить | изменить источник]

Людям не нужна машина, которая будет делать одно и то же снова и снова. Например, музыкальная шкатулка - это устройство, которое воспроизводит одну и ту же музыку снова и снова. Некоторые люди хотели научить свою машину делать разные вещи. Например, они хотели сказать музыкальной шкатулке, чтобы она каждый раз играла разную музыку.Они хотели иметь возможность программировать музыкальную шкатулку, чтобы музыкальная шкатулка воспроизводила разную музыку. Эта часть компьютерной истории называется «историей программируемых машин», что является причудливым выражением для «истории машин, которым я могу приказать делать разные вещи, если я знаю, как говорить на их языке».

Один из первых таких примеров был построен героем Александрии (ок. 10–70 нашей эры). Он построил механический театр, который разыгрывал пьесу продолжительностью 10 минут и управлялся сложной системой веревок и барабанов.Эти веревки и барабаны были языком машины - они рассказывали, что машина делает и когда. Некоторые утверждают, что это первая программируемая машина. [1]

Историки расходятся во мнении относительно того, какие ранние машины были «компьютерами». Многие говорят, что «замковые часы», астрономические часы, изобретенные Аль-Джазари в 1206 году, являются первым известным программируемым аналоговым компьютером. [2] [3] Продолжительность дня и ночи можно регулировать каждый день, чтобы учесть изменение продолжительности дня и ночи в течение года. [4] Некоторые считают эту ежедневную настройку компьютерным программированием.

Другие говорят, что первый компьютер создал Чарльз Бэббидж. [4] Ада Лавлейс считается первым программистом. [5] [6] [7]

Эра вычислительной техники [изменить | изменить источник]

В конце средневековья люди начали думать, что математика и инженерия были важнее. В 1623 году Вильгельм Шикард создал механический калькулятор. Другие европейцы сделали больше калькуляторов после него.Это не были современные компьютеры, потому что они могли только складывать, вычитать и умножать - вы не могли изменить то, что они делали, чтобы заставить их делать что-то вроде игры в тетрис. Из-за этого мы говорим, что они не были программируемыми. Теперь инженеры используют компьютеры для проектирования и планирования.

В 1801 году Жозеф Мари Жаккард использовал перфокарты, чтобы указать своему ткацкому станку, какой узор ткать. Он мог использовать перфокарты, чтобы указывать ткацкому станку, что ему делать, и он мог менять перфокарты, что означало, что он мог запрограммировать ткацкий станок на плетение нужного узора.Это означает, что ткацкий станок можно было программировать. В конце 1800-х годов Герман Холлерит изобрел запись данных на носитель, который затем мог быть прочитан машиной, разработав технологию обработки данных перфокарт для переписи населения США 1890 года. Его счетные машины считывали и суммировали данные, хранящиеся на перфокартах, и они начали использоваться для правительственной и коммерческой обработки данных.

Чарльз Бэббидж хотел создать аналогичную машину, которая могла бы производить вычисления. Он назвал это «Аналитическая машина». [8] Поскольку у Бэббиджа не было достаточно денег, и он всегда менял свой проект, когда у него появлялась идея получше, он так и не построил свою аналитическую машину.

Со временем компьютеры стали использоваться все чаще. Людям быстро становится скучно повторять одно и то же снова и снова. Представьте, что вы тратите свою жизнь на то, чтобы записывать вещи на учетных карточках, хранить их, а затем снова искать их. В Бюро переписи населения США в 1890 году этим занимались сотни людей. Это было дорого, и отчеты требовали много времени. Затем инженер придумал, как заставить машины выполнять большую часть работы. Герман Холлерит изобрел машину для подсчета результатов, которая автоматически суммирует информацию, собранную бюро переписи населения.Его машины производила компания Computing Tabulating Recording Corporation (которая позже стала IBM). Они арендовали машины вместо того, чтобы продавать их. Производители машин уже давно помогают своим пользователям разбираться в них и ремонтировать их, и техническая поддержка CTR была особенно хорошей.

Благодаря машинам, подобным этой, были изобретены новые способы общения с этими машинами, и были изобретены новые типы машин, и, в конце концов, родился компьютер, каким мы его знаем.

Аналоговые и цифровые вычислительные машины [изменить | изменить источник]

В первой половине 20-го века ученые начали использовать компьютеры, в основном потому, что ученым приходилось разбираться в математике, и они хотели тратить больше времени на размышления о научных вопросах вместо того, чтобы часами складывать числа.Например, если им нужно было запустить ракету, им нужно было проделать много математических расчетов, чтобы убедиться, что ракета работает правильно. Итак, они собрали компьютеры. Эти аналоговые компьютеры использовали аналоговые схемы, что затрудняло их программирование. В 1930-х они изобрели цифровые компьютеры и вскоре упростили их программирование. Однако это не так, поскольку было предпринято много последовательных попыток довести арифметическую логику до 13. Аналоговые компьютеры - это механические или электронные устройства, которые решают проблемы.Некоторые также используются для управления машинами.

Крупногабаритные компьютеры [изменить | изменить источник]

Ученые придумали, как создавать и использовать цифровые компьютеры в 1930-1940-х годах. Ученые создали множество цифровых компьютеров, и, когда они это сделали, они выяснили, как задавать им правильные вопросы, чтобы получить от них максимальную пользу. Вот несколько компьютеров, которые они построили:

EDSAC был одним из первых компьютеров, который запомнил то, что вы ему сказали, даже после выключения питания.Это называется архитектурой фон Неймана.
  • Электромеханические "станки Z" Конрада Цузе. Z3 (1941) была первой рабочей машиной, которая использовала двоичную арифметику. Двоичная арифметика означает использование «Да» и «Нет». складывать числа. Вы также можете запрограммировать это. В 1998 году было доказано, что Z3 завершен по Тьюрингу. Завершение по Тьюрингу означает, что этому конкретному компьютеру можно сообщить все, что можно сказать компьютеру математически. Это первый в мире современный компьютер.
  • Непрограммируемый компьютер Атанасова – Берри (1941), который использовал электронные лампы для хранения ответов «да» и «нет», а также регенеративную конденсаторную память.
  • The Harvard Mark I (1944), большой компьютер, на котором можно было программировать.
  • Лаборатория баллистических исследований армии США ENIAC (1946), которая могла складывать числа, как это делают люди (с использованием чисел от 0 до 9), и иногда ее называют первым электронным компьютером общего назначения (поскольку Z3 Конрада Цузе 1941 года использовал электромагниты вместо электроники ).Однако сначала единственным способом перепрограммировать ENIAC было его перепрограммирование.

Несколько разработчиков ENIAC видели его проблемы. Они изобрели способ, позволяющий компьютеру запоминать то, что он ему сказал, и способ изменить то, что он запомнил. Это известно как «архитектура хранимых программ» или архитектура фон Неймана. Джон фон Нейман рассказал об этой конструкции в статье «Первый проект отчета по EDVAC », распространенной в 1945 году. Примерно в это же время стартовал ряд проектов по разработке компьютеров на основе архитектуры хранимых программ.Первый из них был завершен в Великобритании. Первой, где была продемонстрирована работа, была Manchester Small-Scale Experimental Machine (SSEM или «Baby»), в то время как EDSAC, завершенный через год после SSEM, был первым действительно полезным компьютером, который использовал сохраненный проект программы. Вскоре после этого машина, первоначально описанная в статье фон Неймана - EDVAC - была завершена, но не была готова в течение двух лет.

Практически все современные компьютеры используют архитектуру хранимых программ. Это стало основным понятием, определяющим современный компьютер.С 1940-х годов технологии, используемые для создания компьютеров, изменились, но многие современные компьютеры все еще используют архитектуру фон Неймана.

В 1950-х годах компьютеры строились в основном из электронных ламп. Транзисторы заменили электронные лампы в 1960-х годах, потому что они были меньше и дешевле. Им также требуется меньше энергии и они не ломаются так сильно, как электронные лампы. В 1970-х годах технологии были основаны на интегральных схемах. Микропроцессоры, такие как Intel 4004, сделали компьютеры меньше, дешевле, быстрее и надежнее.К 1980-м годам микроконтроллеры стали небольшими и достаточно дешевыми, чтобы заменить механические элементы управления в таких вещах, как стиральные машины. В 80-е годы также были домашние компьютеры и персональные компьютеры. С развитием Интернета персональные компьютеры становятся таким же обычным явлением в домашнем хозяйстве, как телевизор и телефон.

В 2005 году Nokia начала называть некоторые из своих мобильных телефонов (серии N) «мультимедийными компьютерами», а после выпуска Apple iPhone в 2007 году многие теперь начали добавлять категорию смартфонов к «настоящим» компьютерам.В 2008 году, если смартфоны включены в число компьютеров в мире, крупнейшим производителем компьютеров по количеству проданных единиц уже была не Hewlett-Packard, а Nokia. [9]

Есть много типов компьютеров. Некоторые включают:

  1. персональный компьютер
  2. рабочая станция
  3. базовый блок
  4. сервер
  5. миникомпьютер
  6. суперкомпьютер
  7. встроенная система
  8. планшетный компьютер

«Настольный компьютер» - это небольшой компьютер с экраном (который не является частью компьютера).Большинство людей хранят их на столе, поэтому их называют «настольными компьютерами». «Портативные компьютеры» - это компьютеры, достаточно маленькие, чтобы поместиться у вас на коленях. Это позволяет легко носить их с собой. И ноутбуки, и настольные компьютеры называются персональными компьютерами, потому что один человек одновременно использует их для таких вещей, как воспроизведение музыки, просмотр веб-страниц или видеоигры.

Есть компьютеры большего размера, которыми могут пользоваться одновременно многие люди. Они называются «мэйнфреймы», и эти компьютеры делают все, что заставляет работать такие вещи, как Интернет.Вы можете думать о персональном компьютере так: персональный компьютер подобен вашей коже: вы можете видеть его, другие люди могут видеть его, и через вашу кожу вы чувствуете ветер, воду, воздух и остальной мир. Мэйнфрейм больше похож на ваши внутренние органы: вы их никогда не видите и даже не думаете о них, но если они вдруг пропадут, у вас возникнут очень большие проблемы.

Встроенный компьютер, также называемый встроенной системой, - это компьютер, который делает одно и только одно, и обычно делает это очень хорошо.Например, будильник - это встроенный компьютер: он показывает время. В отличие от вашего персонального компьютера, вы не можете использовать свои часы для игры в тетрис. По этой причине мы говорим, что встроенные компьютеры нельзя программировать, потому что вы не можете установить больше программ на свои часы. Некоторые мобильные телефоны, банкоматы, микроволновые печи, проигрыватели компакт-дисков и автомобили работают со встроенными компьютерами.

ПК "все в одном" [изменить | изменить источник]

Универсальные компьютеры - это настольные компьютеры, в которых все внутренние механизмы компьютера находятся в том же корпусе, что и монитор.Apple сделала несколько популярных примеров компьютеров «все в одном», таких как оригинальный Macintosh середины 1980-х годов и iMac конца 1990-х и 2000-х годов.

  • Обработка текста
  • Таблицы
  • Презентации
  • Редактирование фотографий
  • Электронная почта
  • Монтаж / рендеринг / кодирование видео
  • Аудиозапись
  • Управление системой
  • Разработка веб-сайтов
  • Разработка программного обеспечения

Компьютеры хранят данные и инструкции в виде чисел, потому что компьютеры могут работать с числами очень быстро.Эти данные хранятся в виде двоичных символов (1 и 0). Символ 1 или 0, хранящийся в компьютере, называется битом, который происходит от двоичной цифры слова. Компьютеры могут использовать вместе множество битов для представления инструкций и данных, которые используются этими инструкциями. Список инструкций называется программой и хранится на жестком диске компьютера. Компьютеры работают с программой, используя центральный процессор, и они используют быструю память, называемую ОЗУ, также известную как (память с произвольным доступом), в качестве пространства для хранения инструкций и данных, пока они это делают.Когда компьютер хочет сохранить результаты программы на потом, он использует жесткий диск, потому что вещи, хранящиеся на жестком диске, все еще можно запомнить после выключения компьютера.

Операционная система сообщает компьютеру, как понимать, какие задания он должен выполнять, как выполнять эти задания и как сообщать людям результаты. Миллионы компьютеров могут использовать одну и ту же операционную систему, в то время как каждый компьютер может иметь свои собственные прикладные программы, которые делают то, что нужно его пользователю. Использование одних и тех же операционных систем позволяет легко научиться использовать компьютеры для новых целей.Пользователь, которому нужно использовать компьютер для чего-то другого, может узнать, как использовать новую прикладную программу. Некоторые операционные системы могут иметь простые командные строки или полностью удобный графический интерфейс.

Одна из самых важных задач, которые компьютеры выполняют для людей, - это помощь в общении. Коммуникация - это то, как люди делятся информацией. Компьютеры помогли людям продвинуться вперед в науке, медицине, бизнесе и обучении, потому что они позволяют экспертам из любой точки мира работать друг с другом и обмениваться информацией.Они также позволяют другим людям общаться друг с другом, выполнять свою работу практически где угодно, узнавать почти обо всем или делиться друг с другом своим мнением. Интернет - это то, что позволяет людям общаться между своими компьютерами.

Компьютер теперь почти всегда является электронным устройством. Обычно он содержит материалы, которые при утилизации превращаются в электронные отходы. Когда в некоторых местах покупается новый компьютер, законы требуют, чтобы стоимость утилизации его отходов также оплачивалась.Это называется управлением продуктом.

Компьютеры могут быстро устареть, в зависимости от того, какие программы использует пользователь. Очень часто их выбрасывают в течение двух-трех лет, потому что для некоторых новых программ требуется более мощный компьютер. Это усугубляет проблему, поэтому утилизация компьютеров происходит часто. Многие проекты пытаются отправить работающие компьютеры в развивающиеся страны, чтобы их можно было использовать повторно и не тратить так быстро, поскольку большинству людей не нужно запускать новые программы. Некоторые компоненты компьютера, например жесткие диски, могут легко сломаться.Когда эти части попадают на свалку, они могут попадать в грунтовые воды ядовитые химические вещества, такие как свинец. Жесткие диски также могут содержать секретную информацию, например, номера кредитных карт. Если жесткий диск не стереть перед тем, как выбросить, злоумышленник может получить информацию с жесткого диска, даже если диск не работает, и использовать его для кражи денег с банковского счета предыдущего владельца.

Компьютеры бывают разных форм, но большинство из них имеют общий дизайн.

  • Все компьютеры имеют центральный процессор.
  • Все компьютеры имеют своего рода шину данных, которая позволяет им получать или выводить данные в окружающую среду.
  • Все компьютеры имеют тот или иной вид памяти. Обычно это микросхемы (интегральные схемы), которые могут хранить информацию.
  • Многие компьютеры имеют какие-то датчики, которые позволяют им получать информацию из окружающей среды.
  • Многие компьютеры имеют какое-либо устройство отображения, которое позволяет им отображать выходные данные. К ним также могут быть подключены другие периферийные устройства.

Компьютер состоит из нескольких основных частей.Если сравнить компьютер с человеческим телом, центральный процессор похож на мозг. Он делает большую часть мышления и сообщает остальному компьютеру, как работать. Процессор находится на материнской плате, которая похожа на скелет. Он обеспечивает основу для других частей и несет нервы, соединяющие их друг с другом и с ЦП. Материнская плата подключена к источнику питания, который обеспечивает электричеством весь компьютер. Различные приводы (привод компакт-дисков, дисковод для гибких дисков и на многих новых компьютерах USB-накопитель) действуют как глаза, уши и пальцы и позволяют компьютеру читать различные типы хранилищ точно так же, как человек может читать разные виды книг.Жесткий диск похож на человеческую память и отслеживает все данные, хранящиеся на компьютере. У большинства компьютеров есть звуковая карта или другой способ воспроизведения звука, который похож на голосовые связки или голосовой ящик. К звуковой карте подключены динамики, похожие на рот, из которых выходит звук. Компьютеры также могут иметь графическую карту, которая помогает компьютеру создавать визуальные эффекты, такие как трехмерное окружение или более реалистичные цвета, а более мощные графические карты могут создавать более реалистичные или более сложные изображения, как это может сделать хорошо обученный художник. .

Название компании Продажи
(млрд долларов США)
Яблоко 220 000
Samsung 212 680
Foxconn 132 070
л.с. (Hewlett-Packard) 112 300
IBM 99,750
Hitachi 87 510
Microsoft 86830
Амазонка 74,450
Sony 72,340
Panasonic 70 830
Google 59 820
Dell 56 940
Toshiba 56 200
LG 54,750
Intel 52,700
  1. «Цапля Александрийская».Проверено 15 января 2008.
  2. ↑ Говард Р. Тернер (1997), Наука в средневековом исламе: иллюстрированное введение , стр. 184, Техасский университет Press, ISBN 0-292-78149-0
  3. ↑ Дональд Рутледж Хилл, "Машиностроение на Средневековом Ближнем Востоке", Scientific American , май 1991 г., стр. 64-9 (сравните Дональд Рутледж Хилл, Машиностроение)
  4. 4,0 4,1 Древние открытия, Эпизод 11: Древние роботы , History Channel, получено 6 сентября 2008 г.
  5. ↑ Fuegi & Francis 2003, стр.16–26.
  6. Филлипс, Ана Лена (2011). «Краудсорсинг гендерного равенства: День Ады Лавлейс и сопутствующий ему веб-сайт направлен на повышение роли женщин в науке и технологиях». Американский ученый . 99 (6): 463.
  7. «Ада Лавлейс удостоена чести Google Doodle», The Guardian , 10 декабря 2012 г., получено 10 декабря 2012 г. .
  8. ↑ Не путайте аналитическую машину с разностной машиной Бэббиджа, которая была непрограммируемым механическим калькулятором.
  9. Миллер, Мэтью. «В 2008 году Nokia была крупнейшим производителем компьютеров в мире». ZDNet . Проверено 18 июля 2020.

Примечания [изменение | изменить источник]

  • a Кемпф, Кар (1961). " Историческая монография: Электронные компьютеры в артиллерийском корпусе ". Абердинский полигон (армия США).
  • a Филлипс, Тони (2000). «Антикиферский механизм I».Американское математическое общество. Проверено 5 апреля 2006.
  • a Шеннон, Клод Элвуд (1940). « Символьный анализ цепей реле и коммутации ». Массачусетский Технологический Институт.
  • a Digital Equipment Corporation (1972). Руководство по процессору PDP-11/40 (PDF). Мейнард, Массачусетс: Корпорация цифрового оборудования.
  • a Verma, G .; Мильке, Н.(1988). « Показатели надежности флэш-памяти на основе ETOX ». Международный симпозиум IEEE по физике надежности.
  • a Меуэр, Ханс (13 ноября 2006 г.). «Архитектуры делятся во времени». Штромайер, Эрих; Саймон, Хорст; Донгарра, Джек. ТОП500. Проверено 27 ноября 2006.
  • Стокс, Джон (2007). Внутри машины: иллюстрированное введение в микропроцессоры и компьютерную архитектуру . Сан-Франциско: Пресса без крахмала.ISBN 978-1-59327-104-6 .
.

Как используются компьютеры?

Обновлено: 31.08.2020, Computer Hope

Сегодня в повседневной жизни используются многие типы компьютеров. В большинстве стран мира невозможно использовать продукт или услугу, в которых не используется компьютер. Ниже приведены примеры отраслей, областей и различных областей, в которых используются компьютеры.

Банки и финансы

Компьютеры играют важную роль в обращении всех мировых денег. Ниже приведены примеры использования компьютеров на финансовом рынке и в местах работы с деньгами.

  • ATM - Когда вы снимаете деньги в банкомате, вы используете компьютер.
  • Цифровая валюта - При внесении денег в банк они сохраняются в виде цифровой записи. Компьютер отслеживает, сколько денег находится на вашем счете.
  • Торговля - Акции и товары торгуются с помощью компьютеров. Фактически, сегодня есть даже тысячи компьютеров, использующих продвинутые алгоритмы, которые обрабатывают торговлю без участия людей.

Бизнес

Бизнес - еще один крупный сектор компьютеров, и большая часть заработанных и потраченных денег осуществляется с помощью компьютеров.Ниже приведены некоторые примеры использования компьютеров в бизнесе.

  • Регистр - Если бизнес занимается продажей товаров потребителю (например, продуктовый магазин), кассовый аппарат, который представляет собой компьютер, используется для завершения транзакций.
  • Рабочий компьютер - Многие предприятия назначают каждому сотруднику компьютер, который позволяет им выполнять работу и решать проблемы для компании.
  • Сервер - Если компания использует компьютеры, подключается к Интернету или обрабатывает электронную почту и файлы, для управления всем используется сервер.

Связь

Сегодняшняя связь во всем мире почти полностью цифровая и осуществляется с помощью компьютеров. Ниже приведены примеры использования компьютеров в индустрии связи.

  • Смартфон - Если у вас есть смартфон, у вас есть компьютер в кармане.
  • Электронная почта - Сегодня отправляется больше электронной почты (e-mail), чем обычной почты (обычная почта), и компьютеры обрабатывают все создание и распространение этой электронной почты.
  • VoIP - Вся передача голоса по IP (VoIP) осуществляется с помощью компьютеров.
  • Компьютерная речь - Люди с ограниченными возможностями или не могут говорить с помощью компьютера, чтобы помочь им общаться. Например, Стивен Хокинг для общения использует компьютер.
  • Распознавание голоса - Система распознавания голоса использует компьютер для преобразования записанного звука в текст или другие данные.

Оборона и военное дело

Многие технологии (например,g., GPS и Интернет) изначально создавались или запускались с оборонной целью. Сегодня компьютеры по-прежнему являются важным аспектом оборонной промышленности.

  • Шифрование - Безопасная связь жизненно важна в оборонной промышленности, и компьютеры шифруют сообщения, которые должны оставаться в секрете.
  • GPS - Использование компьютеров с GPS позволяет военным отслеживать людей и оборудование и используется до сих пор.
  • Управляемый компьютером полет - Многие современные реактивные и другие летательные аппараты требуют компьютеров для полета и работы.
  • Дроны - Дрон может работать автономно или удаленно и использует компьютеры для работы.

Образование

По мере развития компьютеров меняется и то, как компьютеры используются в сфере образования. Ниже приведен список того, как компьютер можно использовать в образовании.

  • Интернет - Подключение студента к Интернету дает ему или ей доступ к бесконечному запасу знаний. Как упоминалось позже, Интернет был бы невозможен без компьютеров.
  • Обучение - Компьютеры также могут использоваться для разработки и создания более наглядного опыта обучения для учащихся. Использование электронных досок с компьютерами также может принести пользу учащимся, давая им более практический опыт.
  • Написание - Хотя отчеты по-прежнему можно создавать с помощью ручки, карандаша или даже пишущей машинки, компьютер упрощает написание, форматирование, сохранение, отправку и печать отчетов.
  • Вести записи - Компьютеры отслеживают успеваемость учащихся, выявляют учащихся, испытывающих трудности, и создают итоговый отчет.
  • Тестирование - Компьютеры могут помочь учащимся и учителям в процессе тестирования, помогая учащемуся ответить на ряд вопросов и отслеживать результаты.

Интернет

Без компьютеров Интернет не существовал бы. Ниже приведены несколько примеров того, как компьютеры помогают запускать Интернет.

  • DNS - Когда вы вводите URL-адрес, например https://www.computerhope.com/, DNS преобразует его в IP-адрес, который направляет компьютер на сервер.
  • Веб-сервер - Для каждой веб-страницы требуется веб-сервер или компьютер, способный принимать и отправлять запросы, когда кто-то хочет просмотреть веб-страницу.
  • Программы - Компьютер также необходим для запуска сценариев и программ. Например, поисковая система, корзина для покупок или форум - все это примеры программ, которым нужен компьютер.
  • Службы - Другие службы, такие как электронная почта, FTP и SSH, также требуют наличия компьютера или являются демонами на веб-сервере.

Медицинский

Медицина или здравоохранение - еще одно место, где компьютеры жизненно важны и используются каждый день. Ниже приведены примеры того, как компьютеры помогают специалистам в области медицины.

  • Медицинские карты - Все больше и больше медицинских записей хранятся в цифровом виде. Хранение этих файлов в цифровом виде обеспечивает быстрый доступ и передачу медицинской информации, чтобы врачи могли знать вашу историю болезни.
  • Мониторинг - Компьютеры помогают контролировать пациента и могут предупредить персонал в случае возникновения чрезвычайной ситуации.
  • Исследования - Большая часть медицинских исследований проводится с помощью компьютера. Без помощи компьютера это либо было бы невозможно, либо заняло бы слишком много времени.
  • Диагностика - Компьютеры могут помочь в диагностике пациента, от сбора истории болезни и состояния пациента до сравнения этой информации с существующей базой данных.
  • Хирургия - Хотя большая часть операций по-прежнему проводится на людях, они становятся все более практичными и доступными для хирургии с использованием компьютерных роботов.После программирования эти роботы могут сделать операции более точными, быстрыми и менее подверженными человеческим ошибкам.

Транспорт

Компьютеры также играют важную роль в транспортировке. Ниже приведены несколько примеров того, как компьютеры помогают в сфере транспорта.

  • Автомобили - Многие могут не осознавать этого, но все современные автомобили сегодня имеют несколько компьютеров, которые помогают контролировать транспортное средство и управлять им.
  • Светофоры - Светофоры, которые помогают контролировать движение, управляются компьютерами.
  • GPS - Автомобили с картографической системой GPS оснащены компьютерами для отображения и расчета маршрутов.
  • Самолеты - Самолеты, которые помогают перевозить миллионы людей и грузов каждый год, оснащены компьютерами, которые помогают управлять самолетом.
  • Общественный транспорт - Поезд, автобус, метро и все виды общественного транспорта в значительной степени зависят от компьютеров для управления транспортным потоком, контроля работы и обработки платежей.
  • Беспилотные автомобили - Несмотря на то, что беспилотные автомобили относительно новые, они становятся все более популярными и полагаются на компьютер для принятия всех решений о том, как водить машину.

Компьютеры также играют важную роль в видео и аудио. Ниже приведены примеры использования компьютеров в кино- и аудиоиндустрии.

  • Редактирование - После создания фильма, видео, песни или звуковой дорожки компьютер может редактировать этот носитель вместо того, чтобы вручную делать нарезки в фильме или звуковой дорожке.
  • CGI - Компьютерная анимация и CGI стали нормой в высокобюджетных фильмах. Для создания этих эффектов используются компьютеры, а иногда и фермы серверов.
  • Манипуляции - Компьютеры могут манипулировать изображениями, видео и аудио. Например, кто-то может использовать Adobe Photoshop для добавления или удаления элементов изображения.
  • Запись и воспроизведение - Компьютеры также могут использоваться для записи аудиодорожек и последующего выборочного воспроизведения каждой аудиодорожки.
  • Creation - Компьютеры также могут использоваться для создания нового мультимедийного контента. Например, создание 3D-анимации, 3D-модели или техно-звуковой дорожки можно сделать на компьютере. После создания 3D-модели 3D-принтер также можно использовать для создания продукта.
  • Телевизор, DVD, медиаплееры - Современные телевизоры Smart TV, DVD-плееры, видеорегистраторы и т. Д. Содержат простые вычислительные схемы для подключения устройства к Интернету, запуска приложений и многого другого.

Робототехника

Индустрия робототехники стремительно развивается, и компьютеры снова играют важную роль в управлении роботами.Ниже приведены примеры того, как компьютеры помогают управлять роботизированной техникой.

  • Control - Компьютеры помогают управлять робототехникой. Например, без компьютера роботизированная рука не знала бы, где разместить деталь.
  • Обучение - Компьютеры могут принимать данные, поступающие от робота, и использовать эту информацию для обучения и адаптации к новым условиям.

Моделирование

Некоторые задачи настолько сложны, что люди не могут их вычислить или рассчитать слишком долго.Компьютеры помогают своевременно решать эти сложные проблемы.

  • Прогноз погоды - Земля имеет чрезвычайно сложную погодную систему, и компьютеры собирают все переменные и создают отчеты о погоде.
  • Моделирование продуктов - Перед тем, как некоторые продукты будут запущены в разработку, компьютеры имитируют их работу в реальном мире. Создав симуляцию, компания или государственное учреждение могут внести коррективы до того, как продукт будет запущен в разработку.
  • Моделирование больших данных - Благодаря дешевым системам хранения данных компании теперь могут хранить огромные объемы данных. С этими большими данными компьютер может находить неизвестные закономерности.
.

Что такое компьютер? Типы компьютеров |

Что такое компьютер?

Компьютер - это один из типов машин, управляющий различными программами для выполнения полезных задач для пользователей. Компьютер дает правильный ответ пользователям посредством набора инструкций, расположенных в надлежащем порядке. Он обладает емкостью памяти и преимуществами исполнения. Компьютеры могут выполнять как сложные, так и простые операции. Основываясь на типах действий, компьютеры проектируют в нескольких форматах со спецификациями оборудования и программного обеспечения.Компьютер содержит провода, транзисторы, схемы, аппаратные части и т. Д. Компьютерные конструкции с программным и аппаратным обеспечением. Программное обеспечение - это процесс подготовки программы с помощью инструкций и данных. Обычные компьютеры изготовлены со следующими типами компонентов оборудования.

1. ЦП

2. Память

3. Устройства I / P

4. Устройства O / P

Процессор:

Центральный процессор поддерживает три вида действий по хранению данных и обработке данных с помощью нескольких видов операций.PU - это основная часть компьютера, которая сообщает компьютеру, какую задачу он должен выполнять каждый раз.

Память:

Память - это часть, в которой хранятся данные, программы и т. Д. Она подразделяется на несколько типов, которые могут работать по специальному назначению.

Устройства I / P:

Устройства, которые используются для предоставления входных данных компьютеру, которые будут обрабатываться для обеспечения вывода с других устройств.

O / P устройств:

Устройства ввода подают данные на компьютеры.После обработки входных данных соответствующий вывод будет передан пользователям с устройств вывода.

Типы компьютеров:

1. Персональный компьютер

2. Мини-компьютер

3. Главный блок компьютера

4. Супер компьютер

5. Рабочее место

Персональный компьютер:

Поддерживает приведенный выше список аппаратных и программных компонентов. Его можно определить как небольшой, который варьируется до ограниченных фунтов. Он появился в 1970-х годах и работал с небольшими процессорами, оперативной памятью и микросхемами памяти.Это полезно для обработки текстов, бухгалтерского учета, настольных компьютеров, приложений для управления базами данных и т. Д. Многие домашние пользователи используют это программное обеспечение для игр и легко учатся чему-либо из Интернета.

Персональный компьютер обслуживает несколько типов компьютеров, например следующие.

1. Ноутбук

2. Башенный компьютер

3. Ноутбук

4. Субноутбук

5. Портативный

6. Plamtop

7. КПК

Мини-компьютер:

Это компьютер среднего размера, используемый на рабочих станциях, который может одновременно обслуживать 200 пользователей.

Рабочее место:

Он разрабатывает инженерные приложения SDLC и различные виды приложений с умеренной мощностью и графическими технологиями. Обычно он поддерживает большой объем носителей вместе с большой оперативной памятью. Рабочие станции работают только с операционными системами UNIX и Linux. У него есть несколько типов носителей, на которых можно обслуживать как бездисковые рабочие станции, так и рабочие станции с дисковыми накопителями.

Суперкомпьютер и мэйнфрейм:

Суперкомпьютер - самый быстрый компьютер в мире, который стоит очень дорого.Он работает на основе математических расчетов, поэтому все работает хорошо с простой процедурой. Суперкомпьютеры занимаются научным моделированием, анимированной графикой, электрическим дизайном, выполняют динамические расчеты и т. Д.

Связанные

.

Смотрите также