Реферат на тему Кодирование информации и предоставление числовых данных в компьютере

Содержание:

Введение 3

1. Форматы кодирования данных 4

2. Предоставление числовых данных в компьютере 10

Заключение 16

Список использованной литературы 17

Введение:

Кодирование  процесс представления информации (сообщения) в виде кода. Код  это система условных знаков для передачи, обработки и хранения информации. Первым, кто использовал кодирование двухсимвольной информации, был Готфрид Вильгельм Лейбниц. Он считал, что: «Вычисления посредством двоек… являются основой науки и дают начало новым открытиям. Когда числа сводятся к их простейшим началам, которыми являются 0 и 1, повсюду появляется чудесный порядок». К сожалению, в то время на эту систему просто не обратили внимания.

Объект: процесс кодирования информации.

Цель: познакомиться с методами кодирования данных, выявить преимущества и недостатки этих методов.

Задачи:

• Проанализировать литературу по теории информации и кодированию данных.

• Выявить формы представления кодирования информации.

• Ознакомиться с различными методами кодирования информации.

• Выявить достоинства и недостатки методов кодирования данных

• Проанализировать кодирование информации на практическом примере.

В своей работе я постараюсь использовать современные источники, которые наиболее полно описывают информацию о кодировании данных. Несмотря на то, что я начала свою работу с истории, я постараюсь представить наиболее полную и актуальную информацию.

Большинство источников информации, которые будут упомянуты, являются базовыми при изучении дисциплины «Технология программирования» в различных вузах. Некоторые источники, покажут нечто новое, а именно альтернативный взгляд авторов на решение проблем, возникающих при кодировании.

Заключение:

Все современные компьютерные системы хранят числа внутри себя, используя двоичную систему. Помимо чисел, компьютеры должны иметь возможность хранить и обрабатывать другую информацию, например, текст и графику. Поскольку сам компьютер на примитивном уровне может хранить только числа, необходимо было разработать системы для представления текста и других данных в числовом виде.

Техника представления и работы с числами называется системой счисления. Наиболее распространенной системой счисления является десятичная система счисления. Другие популярные системы счисления включают двоичную систему счисления, восьмеричную систему счисления, шестнадцатеричную систему счисления и т.д.

В цифровых системах инструкции передаются через электрические сигналы; изменение осуществляется путем изменения напряжения сигнала. Иметь 10 различных напряжений для реализации десятичной системы счисления в цифровом оборудовании сложно. Поэтому было разработано множество систем счисления, которые легче реализовать в цифровом виде.

Для автоматизации работы с данными, принадлежащими к разным типам, очень важно унифицировать форму их представления. Для этого используется кодирование, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.

В вычислительной технике существует своя система кодирования — она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью только двух символов: 0 и 1. Эти символы называются двоичными цифрами, в английском языке — Binary Digit или сокращенно Bit.

Кодирование  это процесс, в результате которого происходит формирование определенного представления информации.

Фрагмент текста работы:

1. Форматы кодирования данных

«Информация и кодирование — два основных понятия современной информационной технологии. Информация в техническом смысле этого слова и методы защиты информации от ошибок, возникающих при передаче сообщений, являются сегодня основой для подготовки специалистов, работающих в области информационных технологий.» [5].

Кодирование информации — одна из основных тем курса теоретических основ информатики, отражающая фундаментальную необходимость представления информации в любой форме, т.е. кодирования информации. При этом понятие «кодирование» воспринимается не в узком смысле — кодирование как способ сделать сообщение непонятным для всех, кто не знает кодового ключа, а в широком смысле — как представление информации в виде сообщения на любом языке. Большинство кодов основано на системах счисления. Система счисления  это система методов и правил установления соответствия один-к-одному между любым числом и его представлением в виде набора конечного числа символов.

Вся информация, обрабатываемая, хранимая и передаваемая через компьютерные сети, представлена в виде двоичных чисел. [4].

До середины двадцатого века средства и методы кодирования играли случайную роль, но с появлением компьютеров ситуация радикально изменилась. Кодирование находит довольно широкое применение в информационных технологиях и часто является основным вопросом при решении самых разных задач:

— представление данных произвольной природы (чисел, текста, графики) в памяти компьютера;

— оптимальная передача данных по каналам связи;

— защита информации (сообщений) от несанкционированного доступа;

— помехоустойчивость при передаче данных по каналам связи;

— сжатие информации.

На сегодняшний день существуют различные способы кодирования информации. Выбор способа зависит от типа информации, которую необходимо закодировать: текст, число, графическое изображение, звук или видео. [1]

Числовая информация хранится и обрабатывается в компьютерах в двоичной системе счисления — числа представляются в виде последовательностей 0 и 1.

Существует два вида чисел и два способа их представления: форма с плавающей точкой и форма с фиксированной точкой. Форма с плавающей точкой предназначена для вещественных (действительных) чисел, а форма с фиксированной точкой — для целых чисел.

Компьютер работает с числами, которые содержат конечное число двоичных цифр (разрядов). Количество цифр ограничено длиной разрядной сетки машины. Под разрядной сеткой понимается совокупность двоичных разрядов для хранения и обработки машинных слов (двоичных кодов). Количество двоичных разрядов и положение запятой в разрядной сетке машины определяют такие важные характеристики компьютера, как точность и диапазон представляемых чисел. Помимо битов и байтов, для указания длины формата числа используются такие понятия, как машинное слово, полуслово и двойное слово. Двойное слово и полуслово определяются по-разному для разных компьютерных систем. Кроме того, может использоваться понятие тетрады — 4 двоичных разряда, которые могут кодировать, например, одну двоичную цифру. Двоичные цифры в форматах формируются слева направо (начиная с нулевого разряда).

Целочисленные числа хранятся и обрабатываются в компьютере в двоичном формате. При вводе число записывается в знакомой нам десятичной системе счисления, а компьютер переводит его в двоичный код. В математике, как известно, целые числа  это множество натуральных чисел, чисел, противоположных им по знаку, и число ноль. В вычислительной технике и программировании из-за разного внутреннего представления существуют целые числа без знака — беззнаковые целые числа и целые числа со знаком — знаковые целые числа. От представления зависит внутренний формат и диапазон значений чисел. Для хранения целого числа в оперативной памяти выделяется фиксированное количество байт: один, два, четыре или восемь. [2]

Беззнаковые целые числа представляются в двоичной нотации, с диапазоном значений от 0 до 2 n — 1, где n — количество двоичных разрядов. Например, если число представлено 1 байтом (8 бит), оно может иметь диапазон от 0 до 255, а если оно представлено 2 байтами (16 бит) — от 0 до 65535. Представление числа 58 в однобайтовой форме показано на рис. 5: 5810 = 1110102, старшие 6-й и 7-й биты обнулены.

Представление числа 58 в беззнаковом формате Целые числа со знаком представляются в компьютере по-разному. Один, старший, двоичный разряд представляет знак числа: 0 — неотрицательное число, 1 — отрицательное число. Для кодирования отрицательных значений существует 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 Двоичная нотация числа 1 0 Разряды: 7 6 5 4 3 2 высокий низкий 38 прямой, обратный и дополнительный коды. Положительные значения представляются тем же способом в прямом, обратном и дополнительном кодах — двоичными кодами с цифрой 0 в знаковом разряде.

Для представления вещественных чисел используется логарифмическая, экспоненциальная форма или форма с плавающей точкой. Представление числа с плавающей точкой  это представление числа с помощью двух чисел: мантиссы, числового значения числа, и порядка, показателя степени, в которую должно быть возведено основание с.в., в котором представлено число. Форма представления чисел с плавающей точкой в общем виде: X = ± M * q± p, где M — мантисса числа, q — основание с.ц., p — порядок [1].

Кодирование числовой информации является базовым, поэтому свою курсовую работу я начала с его изучения.

С начала семидесятых годов компьютеры стали использоваться для обработки текстовой информации. Эта функция стала основной в современных ПК. При вводе текстовой информации в память компьютера происходит двоичное кодирование, пользователь нажимает клавишу с символом, и в этот момент в память поступает последовательность электрических импульсов (двоичный код символа).

Двоичный код символа хранится в оперативной памяти компьютера. В процессе отображения символа на экране компьютера происходит декодирование, то есть преобразование кода символа в его изображение. Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту, т.е. I = 1 байт = 8 бит. Используя формулу, связывающую количество возможных событий K и количество информации I, можно подсчитать, сколько различных символов можно закодировать (если предположить, что символы — это возможные события) K = 2I = 28 = 256, т.е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит из 256 символов. Суть кодирования заключается в том, что каждому символу присваивается двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий десятичный код от 0 до 255.

Первые 128 кодов (от 0 до 127) должны быть стандартными и обязательными для всех стран и всех компьютеров, а во второй половине (от кода 128 до кода 255) каждая страна может делать все, что хочет, и создавать в этой половине свой национальный стандарт. Первая половина кодовой таблицы называется таблицей ASCII (American Standard Code for Information Interchange), введенной Американским институтом стандартов ANSI. Эта таблица содержит прописные и строчные буквы английского алфавита, символы цифр от 0 до 9, все знаки препинания, символы арифметических операций и некоторые другие специальные коды. Стандарт ASCII не отвечает за вторую половину кодовой таблицы (коды от 128 до 255). Разные страны могут создавать здесь свои собственные таблицы. Часто бывает так, что даже в одной стране существует несколько разных стандартов этой половины, предназначенных для разных компьютерных систем. Тексты, закодированные с помощью одной таблицы, не будут правильно отображаться в другой кодировке. Один двоичный код ставится разным символам.