Кодування даних двійковим кодом

Дані

Інформація у матеріальному світі

Інформація та інформатика

Ми живемо у матеріальному світі і оточені фізичними тілами чи фізичними полями. Фізичні об'єкти перебувають у стані безперервного руху, що супроводжується обміном енергії.

Усі види енергообміну супроводжуються появою сигналів. При взаємодії сигналів з фізичними тілами відбуваєтьсяреєстрація сигналів, при цьому утворюються дані.Дані– це зареєстровані сигнали. Вони несуть інформацію про події у матеріальному світі. Але дані не тотожні інформації. Наприклад, прослуховуючи передачу незнайомою мовою, ми отримуємо дані, але не отримуємо інформації, т.к. не володіємо шляхом перетворення даних у відомі нам поняття. Таким чином,інформація– це продукт взаємодії даних та адекватних їм методів. Як і будь-який об'єкт, вона має властивості.

З погляду інформатики найважливішими властивостями інформації є:

Об'єктивність та суб'єктивність. Об'єктивнішою вважається та інформація, до якої методи вносять менший суб'єктивний елемент. Тому фотографія дає об'єктивнішу інформацію, ніж малюнок того ж об'єкта. У ході інформаційного процесу рівень об'єктивності інформації завжди знижується
Повнота -характеризує якість інформації та визначає достатність даних для прийняття рішень.
Достовірність.Вона знижується за наявності «інформаційного шуму».
Адекватність.- це ступінь відповідності реальному об'єктивному стану справи.
Доступність –міра можливості отримати ту чи іншу інформацію.
Актуальність -це ступінь відповідності інформації поточному моменту часу.

Дані – складова інформація. Дані можуть зберігатися та транспортуватися на носіях різних видів (папір, магнітні диски, фотографія тощо). Будь-який носій можна характеризувати параметромроздільна здатність(кількість даних, записаних в одиниці виміру для даного носія) ідинамічним діапазоном(логарифмічне відношення інтенсивності амплітуд максимального та мінімального реєстрованого сигналів). Від цих властивостей носія нерідко залежить повнота, доступність та достовірність інформації. Завдання перетворення інформації з метою зміни носія є одним із найважливіших завдань інформатики.

У ході інформаційного процесу дані перетворюються з одного виду на інший за допомогою методів. Обробка даних включає безліч різних операцій. Можна виділити такіосновніоперації:

збір даних- накопичення інформації;
формалізація даних- приведення даних, що надходять з різних джерел, до однакової форми;
фільтрація даних– відсіювання «зайвих» даних, у яких немає необхідності прийняття рішень;
сортування даних- упорядкування даних за заданою ознакою;
архівація даних- організація зберігання даних у зручній та легкодоступній формі;
захист даних– комплекс заходів для запобігання втраті, відтворення та модифікації даних;
транспортування даних– прийом та передача даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу;
перетворення даних– переведення даних з однієї форми в іншу або з однієї структури в іншу.

Робота з інформацією може мати величезну трудомісткість і її треба автоматизувати. Для автоматизації роботи з даними, що належать дорізним типам, важливо уніфікувати їхню форму подання. Для цього використовуються прийомкодування, тобто вираз даних одного типу через дані іншого типу. Природні людські мови – це що інше, як системи кодування понять висловлювання думок у вигляді промови. До мов близько примикаютьазбуки– системи кодування компонентів мови за допомогою графічних символів.

Система кодування в обчислювальній техніці називаєтьсядвійковим кодуваннямі заснована на поданні даних послідовністю двох знаків: 0 і 1 – двійкові цифри (bi nary digit ), скорочено bit (біт).

Одним бітом можуть бути виражені 2 поняття: 0 чи 1 (так чи ні).

Двома бітами можна закодувати чотири різні поняття:

Трьома бітами – вісім:

000 001 010 011 100 101 110 111

Загальна формула має вигляд:N = 2 m, де

N – кількість незалежних значень, що кодуються;

m – розрядність двійкового кодування, прийнята у цій системі.

Цілі числакодуються досить просто - достатньо взяти ціле число і ділити його навпіл до тих пір, поки в залишку не утворюється 0 або 1. Сукупність залишків від кожного поділу, записана справа наліво разом з останнім залишком, і утворює двійковий аналог десяткового числа. Наприклад:

19:2 = 9+1 9:2 = 4+1 4:2 = 2+0 2:2 =1+0

Перевірка:1 *2 0 +1 *2 1 +0 *2 2 +0 *2 3 +1 *2 4 =19

Для кодування цілих чисел від 0 до 256 достатньо мати 8 розрядів (28 = 256). 16 біт дозволяють закодувати цілі числа в діапазоні від 0 до 65535, а 24 біти – вже понад 16.5 мільйонів різних значень.

Для кодуваннядійсних чиселвикористовують 80-розряднекодування. Число спочатку перетворюється на нормалізовану форму. Наприклад,

35468, 24627 =0.3546824627∙10 5

Більшість з 80 біт відводять для зберігання мантиси разом із знаком числа, а кілька розрядів – для характеристики разом із знаком порядку.

Якщо кожному символу алфавіту можна порівняти певне ціле число (наприклад, порядковий номер), то за допомогою двійкового коду можна кодувати текстову інформацію. Для кодування 256 знаків досить 8 біт.

Інститут стандартизації США ввів у дію систему кодування ASCII (American Standard Code for Information Interchange – стандартний код інформаційного обміну США).

У системі ASCII закріплені дві таблиці кодування -базоватарозширена. Базова таблиця закріплює значення кодів від 0 до 127, а розширена відноситься до символів із номерами від 128 до 255.

Коди від 0 до 31 – це коди для керування виведенням даних. Починаючи з коду 32 по код 127 розміщені коди розділових знаків, цифр, арифметичних дій, деяких допоміжних символів і символів англійського алфавіту. Великі та малі символи української мови в комп'ютерах, що працюють на платформі Windows, розміщені, починаючи з кодів 192(А) по 255(я) –кодування Windows 1251.

У СРСР було розроблено систему кодування КОІ -7, в українському секторі Інтернет зараз використовують КОІ - 8.

Графічне зображення складається з дрібних точок, що утворюють візерунок, званийрастром.Оскільки лінійні координати і яскравість кожної точки можна виразити за допомогою цілих чисел, то растрове кодування дозволяє використовувати двійковий код для представлення графічних даних.

Для кодуваннячорно-білого зображеннядостатньо 8-розрядного коду.Для кодування кольорових зображень застосовується принцип декомпозиції довільного кольору на основні складові: Червоний (Red, R), зелений (Green, G), синій (Blue, B) – система RGB. Якщо для кодування яскравості кожної складової використовувати 256 значень (8 біт), то кодування однієї точки треба витратити 24 розряду. При цьому система кодування забезпечує однозначне визначення 16500000 різних кольорів, що близько до чутливості людського погляду.

Кодуваннязвукової інформаціїприйшло до обчислювальної техніки пізніше, тому методи кодування її двійковим кодом далекі від стандартизації.