в какой форме представлена информация в компьютере

12.12.202310.09.2023 admin 0 Comments

Урок информатики на тему Представление информации в компьютере. Кодирование информации.

Что такое информация?

Как представлена информация в компьютере?

Информация в компьютере представлена в виде двоичного кода, алфавит которого состоит из двух цифр: 0 и 1.

0 — отсутствие электрического сигнала;

1 — наличие электрического сигнала.

Язык как способ представления информации.

Естественные языки. Например мы общаемся или переписываемся на русском или белорусском языке. Алфавит естественного языка является кодом письменной культуры. При разговоре этот код передается звуками, при письме — буквами.

Формальные языки — языки, в которых заложены строгие однозначные правила и ограниченный словарь. Например математические, физические или химические формулы., азбука Морзе и так далее.

Что такое кодирование информации?

Кодирование информации — это процесс преобразования информации из одной формы в другую. Например, перевод с одного языка на другой или шифровка и передача сигнала, азбука Морзе.

Код и декодирование.

Код — это совокупность условных знаков, каждому из которых присваивается определенное значение.

Декодирование — процесс обратный кодированию.

ВЫВОД: 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 и декодирование.

Источник

В какой форме представлена информация в компьютере

Электронные облака

Лекции

Рабочие материалы

Тесты по темам

Template tips

Задачи

Логика вычислительной техники и программирования

Лекция «Представление информации в компьютере. Структура внутренней памяти.»

Основные понятия: бит, байт, дискретность, отрицательные числа, дополнительный код, двоичные и шестнадцатеричные числа, целые и вещественные числа, мантисса, машинный порядок, нормализованное представление, машинное слово, адресуемость.

Биты и байты

Написание программ требует знаний организации всей системы компьютера. В основе компьютера лежат понятия бита и байта. Они являются тем средством, благодаря которым в компьютерной памяти представлены данные и команды.

Для выполнения программ компьютер временно записывает программу и данные в основную память. Компьютер имеет также ряд pегистров, которые он использует для временных вычислений.

Минимальной единицей информации в компьютере является бит.

Бит – ячейка памяти, хранящая один двоичный знак. Битовая структура памяти определяет первое свойство памяти – дискретность.

Бит может быть выключен, так что его значение есть нуль, или включен, тогда его значение равно единице. Единственный бит не может представить много информации в отличие от группы битов.

Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер называется его адресом. В компьютере адреса обозначаются двоичным кодом. Используется также шестнадцатеричная форма обозначения адреса.

Двоичные числа

Так как компьютер может различить только нулевое и единичное состояние бита, то он работает системе исчисления с базой 2 или в двоичной системе. Фактически бит унаследовал свое название от английского «BInary digiT» (двоичная цифра).

Сочетанием двоичных цифр (битов) можно представить любое значение. Значение двоичного числа определяется относительной позицией каждого бита и наличием единичных битов. Ниже показано восьмибитовое число, содержащее все единичные биты:

Позиционные веса	128	64	32	16	8	4	2	1
Включенные биты	1	1	1	1	1	1	1	1

Двоичное сложение

Микрокомпьютер выполняет арифметические действия только в двоичном формате.

0 + 0 = 0
1 + 0 = 1
1 + 1 = 10
1 + 1 + 1 = 11

Обратите внимание на перенос единичного бита в последних двух операциях. Теперь, давайте сложим 01000001 и 00101010.(число 65 и число 42):

Двоичные	Десятичные
01000001	65
00101010	42
01101011	107

Проверьте, что двоичная сумма 01101011 действительно равна 107. Рассмотрим другой пример:

Двоичные	Десятичные
00111100	60
00110101	53
01110001	113

Представление целых чисел

Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера ячеек памяти, используемых для их хранения. В k-разрядной ячейке может храниться 2 k различных значений целых чисел.

Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо:

1) перевести число N в двоичную систему счисления;
2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов

Отрицательные числа

Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (-N) необходимо:

1) получить внутреннее представление положительного числа N;
2) получить обратный код этого числа заменой 0 на 1 и 1на 0;
3) к полученному числу прибавить 1.

Данная форма представления целого отрицательного числа называется дополнительным кодом. Использование дополнительного кода позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения уменьшаемого числа с дополнительным кодом вычитаемого.

Двоичные разряды в ячейке памяти нумеруются от 0 до k справа налево. Старший, k-й разряд во внутреннем представлении любого положительного числа равен нулю, отрицательного числа – единице. Поэтому этот разряд называется знаковым разрядом.

65	01000001
+(-42)	11010110
23	(i)00010111

Результат 23 является корректным. В рассмотренном примере произошел перенос в знаковый разряд и из разрядной сетки.

Шестнадцатеричное представление

Представим, что необходимо просмотреть содержимое некоторых байт в памяти. Требуется определить содержимое четырех последовательных байт (двух слов), которые имеют двоичные значения. Так как четыре байта включают в себя 32 бита, то специалисты разработали «стенографический» метод представления двоичных данных. По этому методу каждый байт делится пополам и каждые полбайта выражаются соответствующим значением. рассмотрим следующие четыре байта:

Двоичное	0101	1001	001	0101	1011	1001	110	1110
Десятичное	5	9	3	5	11	9	12	14

Так как здесь для некоторых чисел требуется две цифры, расширим систему счисления так, чтобы 10=A, 11=B, 12=C, 13=D, 14=E, 15=F. Таким образом, получим более сокращенную форму, которая представляет содержимое вышеуказанных байт:

Такая система счисления включает «цифры» от 0 до F, и так как таких цифр 16, она называется шестнадцатеричным представлением.

Шестнадцатеричный формат нашел большое применение в языке ассемблера.

Если немного поработать с шестнадцатеричным форматом, то можно быстро привыкнуть к нему.

Следует помнить, что после шестнадцатеричного числа F следует шестнадцатеричное 10, что равно десятичному числу 16.

Машинное слово

Вся информация (данные) представлена в виде двоичных кодов. Для удобства работы введены следующие термины, обозначающие совокупности двоичных разрядов (см. табл.). Эти термины обычно используются в качестве единиц измерения объемов информации, хранимой или обрабатываемой в компьютере.

Источник

Представление информации в компьютере. Единицы измерения информации

Вы уже владеете одним языком, а быть может и несколькими. Знаете некоторые понятия из химии, физики, математики и других наук. А для того, чтобы понимать и использовать компьютерный язык нужно иметь знания о представлении информации в памяти компьютера. В этой статье поговорим о представлении текста, графики, звука в ПК и рассмотрим основные положения, касающиеся этой темы.

Введение

Для того чтобы было намного проще понять, как представляются файлы в компьютере приведем несколько примеров из жизни с которыми сталкивался каждый:

А теперь переведем эти ситуации на язык информатики – в данных ситуациях светофор и фары передают код. Красный сигнал говорит нам о том, что нужно остановиться, а моргание фарами это “код” с помощью которого мы просим уступить дорогу. Быть может вы удивитесь, но в основу любого человеческого языка тоже положен код, только символы в нем называются алфавитом. Теперь рассмотрим это определение более подробно. Итак:

Код – набор обозначений, с помощью которого можно представить информацию.

Кодирование – процесс, при котором данные переводятся в код.

По мере развития информационной сферы учеными и разработчиками предлагались многие способы кодирования информации. Некоторые из них остались незамеченными, другими же мы пользуемся до сих пор. В качестве примера приведем азбуку Морзе, разработанную Самюэлем Морзе в 1849 году. Буквы и цифры определяются в ней тремя символами:

Однако наибольшую популярность завоевал “двоичный код”, который предложил использовать Вильгельм Лейбниц в семнадцатом веке. Информация в нем определяется двумя символами – 0 и 1. Разработчикам данный метод кодирования сильно понравился из-за простоты его реализации. 0- это пропуск сигнала, а число 1- его наличие. Именно двоичное представление используется сегодня в ПК и в другой цифровой технике.

Представление и устройство памяти персонального компьютера

Скорее всего, вы знаете, что внутренняя память компьютера состоит из двух частей – оперативной и основной:

Чтобы иметь представление, как работает внутренняя память компьютера, и как её использовать, нужно заглянуть внутрь системного блока. Здесь можно провести аналогию с тетрадным листом “в клеточку”. Каждая клетка содержит в себе одно из двух состояний – 0 или 1. Если в ячейке стоит 1, то это говорит о том, что данная ячейка внутренней памяти включена, если 0, то выключена. Этот способ представления информации называется цифровым кодированием.

Каждая ячейка внутренней памяти ПК хранит в себе единицу информации, которая называется битом. Составляя различные последовательности из битов, мы можем определить различную информацию. У цифрового кодирования много преимуществ – легко копировать и переносить материалы с одного носителя на другой. При создании дубликата копия полностью идентична оригиналу, что невозможно осуществить с данными, которые представлены в аналоговой форме. Из-за большого количества преимуществ в 80-х годах 20 века люди начали использовать способы представления текста, звука и фото с помощью цифр.

Представление графических типов информации в ПК

Сейчас существует два способа представления графических данных в машинном коде.

Растровый

Суть этого способа заключается в том, что графическое изображение делится на маленькие фрагменты, которые называются пиксели. Каждый пиксель содержит в себе информацию о своем цвете. Данный способ называется растровым кодированием.

Так в черно-белой графической картинке цвет точки описывается одним битом. Если пиксель черный, то 1, если белый, то 0. Для того, чтобы представить цветную картинку используют палитру цветов RGB. Каждый оттенок получается с помощью смешивания красного, зеленого и синего цвета. В этом случае один фрагмент кодируется 24 битами, а пиксель может содержать один из шестнадцати миллионов оттенков. Данный способ имеет большой недостаток — при изменении масштаба документа теряется его качество.

Векторный

В отличие от растрового кодирования, в данном способе представление графики описывается с помощью векторов. Каждому вектору задают координаты начала и конца, толщину и цвет. Например, для отрисовки окружности надо будет задать координаты её центра и радиус, цвет заполнения (если он есть), а также цвет и толщину контура.

Преимущества такого представления в том, что при изменении размера изображения его качество остается неизменным. Однако есть один существенный недостаток — при обработке сложного фотографического изображения необходимо большое количество фигур для его описания. Этот тип графики применяется для работы с чертежами и разработки рекламных баннеров.

Текст и числа

Представление текстовой информации во внутренней памяти персонального компьютера осуществляется с помощью специальных таблиц. На данный момент, распространение получили стандарты ASCII и UTF-8

ASCII

Таблица была разработана и стандартизирована в 1963 в США. Она предназначалась для обмена данными по телетайпу. Однако сейчас, с её помощью, можно определить различные буквы, знаки и числа. Один знак в этой таблице кодируется восемью битами.

Стандарт был предложен в 1992 году. Её разработали Кен Томпсон и Роб Пайк. С помощью этой кодировки можно представить все знаки в мире. Обладает большой популярностью в интернете – большинство сервисов и сайтов используют именно это таблицу.

Для записи голоса используется микрофон и звуковая плата компьютера. Чтобы компьютер смог определить звуковую информацию – её необходимо перевести в цифровую. Для этого аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь. Там он разбивается на маленькие временные кусочки, каждому из которых устанавливается величина интенсивности голоса.

В результате функция A(t) преобразуется в дискретную последовательность. Качество звуковой информации полученной на выходе определяется частотой дискретизации.

Частота дискретизации – количестве измерений уровней громкости за одну секунду. Чем больше это значение, тем лучше качество.

Видео

Заключение

Теперь вы знаете о представлении информации в памяти компьютера. Если разобраться в цифровом кодировании и устройстве внутренней памяти ПК, то вы сможете понять и другие, более серьезные разделы информатики, такие как программирование, IP-адресация и другие. Если у вас возникли вопросы по теме, то задавайте их в комментариях к статье.

Источник

Представление информации

Для представления целых чисел в компьютере существуют два представления: беззнаковое (для неотрицательных чисел) и знаковое.

Если нужно представлять не только положительные, но и отрицательные значения, обычно используют дополнительный код. Он имеет следующие особенности:

Для положительных чисел дополнительный код совпадает с прямым (т.е. фактически его двоичной записью).

Фактически, дополнительный код — это число, которое нужно добавить к модулю исходного, чтобы достичь переполнения разрядной сетки. От этого и происходит название «дополнительный».

Для получения дополнительного кода отрицательного числа следует сделать следующее:

Пример работы с числами в дополнительном коде

72₁₀ = 1001000₂. Запись в восьмиразрядной сетке: 01001000.

Таким образом получаем запись в дополнительном коде: 11010010.

Сложим полученные числа:

Перенос из старшего разряда выходит за разрядную сетку и просто отбрасывается: 00011010.

Полученное число переведем в десятичную систему счисления:

Числа с плавающей точкой

Для представления вещественных (действительных) чисел в современных компьютерах принят способ представления с плавающей точкой (запятой). Этот способ представления опирается на нормализованную (ее еще называют экспоненциальной) запись действительных чисел.

0,123456789 = 0,123456789 ⋅ 10 0 ;

Для хранения чисел с плавающей точкой в компьютерах обычно отводится 4, 8 или 10 байт.

Чем больше разрядов отводится под запись мантиссы, тем выше точность представления числа.

Чем больше разрядов занимает порядок, тем шире диапазон от наименьшего до наибольшего представимого числа.

Найти в Интернет более подробную информацию о кодировании чисел

Текст — это последовательность символов (букв, цифр, знаков препинания, математических знаков и т.д.). Как и любая другая информация, в компьютере текст представляется двоичным кодом. Для этого каждому символу ставится в соответствие некоторое положительное число, двоичная запись которого и будет записана в память компьютера. Соответствие между символом и его кодом определяется кодовой таблицей.

Современные кодовые таблицы ведут начало от американского стандартного кода обмена информацией ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Он был семибитным и, соответственно, позволял представить 2 7 =128 различных символов. Таблица включала буквы латинского алфавита, цифры, основные знаки и управляющие символы (перевод строки, возврат каретки, табуляция и др.).

В дальнейшем широкое распространение получили восьмибитные кодировки, в которых каждый символ текста был представлен полным байтом. В большинстве из них первые 128 кодов повторяли таблицу ASCII, а следующие («верхняя половина кодовой таблицы») использовались для представления символов национальных алфавитов и полиграфических знаков.

Во многих случаях для одного и того же языка было создано несколько кодировок. Например, для кодирования русскоязычных текстов достаточно широко использовалось (и до сих пор в некоторых случаях используются) пять кодировок:

Основные недостатки восьмибитных кодировок:

Для устранения этих недостатков в 1991 году был предложен стандарт Unicode («Юникод»). Он включает универсальный набор символов (UCS, Universal Character Set) и форматы машинного представления их кодов (UTF, Unicode Transformation Format).

Первая версия Юникода представляла собой кодировку с фиксированным размером символа в 16 бит, то есть общее число кодов было 2 16 (65 536). Отсюда происходит практика обозначения символов четырьмя шестнадцатеричными цифрами (например, U+0410). При этом в Юникоде планировалось кодировать не все существующие символы, а только те, которые необходимы в повседневном обиходе.

В дальнейшем было принято решение расширить набор символов за счет различных способов кодирования. Поскольку в ряде систем уже началось использование 16-битной версии Unicode, за основными символами сохранили принятые в ней коды (образовавшие «основную многоязычную плоскость»), а для более редко применяемых назначили «суррогатные пары» — четырехбайтные коды. Эта система кодирования получила обозначение UTF-16. В UTF-16 можно отобразить только 2 20 +2 16 −2048 (1112064) символов, это число и было выбрано в качестве окончательной величины кодового пространства Юникода. Но и этого более чем достаточно — сейчас используется немногим более 100000 кодовых позиций. Unicode включает символы практически всех современных, а также многих древних систем письма.

Для обеспечения совместимости со старыми системами, использовавшими 8-битное кодирование, была разработана система кодирования UTF-8. Она использует коды переменной длины: для символов, входящих в ASCII, применяются коды длиной 1 байт, полностью совпадающие с кодами ASCII. Для остальных символов — коды длиной от 2 до 4 байт (теоретически, до 6).

Существует также UTF-32, в которой для записи любого символа используется 4 байта. Из-за очень неэкономного расхода памяти (в 2-4 раза больше, чем UTF-8, и почти вдвое больше, чем UTF-16) на практике она используется достаточно редко.

В Интернет наибольшее распространение получила система кодирования UTF-8, в MS Windows преимущественно используют UTF-16, в Unix-подобных ОС (включая Linux и Mac OS X) — в основном UTF-8.

В отличие от чисел и текста, графическая и звуковая информация по своей природе — аналоговая (т.е. представляется непрерывным изменением некоторой величины). Компьютер же может работать только с дискретной («разрывной», представляемой скачкообразными изменениями). Поэтому непосредственно закодировать изображение или звук невозможно.

И для одного, и для другого вида информации существуют два способа представления: либо искусственно разбить на малые элементы, либо описать правила формирования.

Источник

В какой форме представлена информация в компьютере