Современные способы кодирования информации в вычислительной технике

Государственное образовательное  учреждение

Среднего  профессионального  образования

Курганинский  аграрно-технологический  техникум. 
 
 

  

    Реферат 

Тема: «Современные способы  кодирования информации в вычислительной технике». 
 
 
 
 
 
 

                                                                       Подготовила: Аванесян Вероника 

          Аркадьевна

    Учащаяся группы № 6 «А»

            Проверил: Ткачев Сергей

      Николаевич 

      Оценка  ______________ 
 
 
 
 

                                      г. Курганинск

                    

                                 2011-2012 учебный год 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         Содержание: 

1. Введение 

2. История  кодирования информации

3. Способы  кодирования информации

4.Кодирование  текстовой информации

5. Кодирование  графической информации

6. Кодирование  звуковой информации

7. Заключение  и выводы

8. Список используемой  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Введение:

Кодирование. Основные понятия  и определения

Рассмотрим основные понятия, связанные с кодированием информации. Для передачи в канал связи сообщения преобразуются в сигналы. Символы, при помощи которых создаются сообщения, образуют первичный алфавит, при этом каждый символ характеризуется вероятностью его появления в сообщении. Каждому сообщению однозначно соответствует сигнал, представляющий определенную последовательность элементарных дискретных символов, называемых кодовыми комбинациями. Кодирование - это преобразование сообщений в сигнал, т.е. преобразование сообщений в кодовые комбинации. Код - система соответствия между элементами сообщений и кодовыми комбинациями. Кодер - устройство, осуществляющее кодирование. Декодер - устройство, осуществляющее обратную операцию, т.е. преобразование кодовой комбинации в сообщение. Алфавит - множество возможных элементов кода, т.е. элементарных символов (кодовых символов) X = {x_i}, где i = 1, 2,..., m. Количество элементов кода - m называется его основанием. Для двоичного кода x_i = {0, 1} и m = 2. Конечная последовательность символов данного алфавита называется кодовой комбинацией (кодовым словом). Число элементов в кодовой комбинации - n называется значностью (длиной комбинации). Число различных кодовых комбинаций (N = mⁿ) называется объемом или мощностью кода.

Если N₀ - число сообщений источника, то N ³ N₀. Множество состояний кода должно покрывать множество состояний объекта. Полный равномерный n - значный код с основанием m содержит N = mⁿ кодовых комбинаций. Такой код называется примитивным.

  Классификация кодов

Коды можно  классифицировать по различным признакам:

1. По основанию  (количеству символов в алфавите):

бинарные (двоичные m=2) и не бинарные (m ¹ 2).

2. По длине  кодовых комбинаций (слов):

равномерные - если все кодовые комбинации имеют одинаковую длину;

неравномерные - если длина кодовой комбинации не постоянна.

3. По способу  передачи:

последовательные и параллельные;

блочные - данные сначала помещаются в буфер, а потом передаются в канал и бинарные непрерывные. 
 

4. По помехоустойчивости:

простые (примитивные, полные) - для передачи информации используют все возможные кодовые комбинации (без избыточности);

корректирующие (помехозащищенные) - для передачи сообщений используют не все, а только часть (разрешенных) кодовых комбинаций.

5. В зависимости  от назначения и применения  условно можно выделить следующие  типы кодов:

Внутренние  коды - это коды, используемые внутри устройств. Это машинные коды, а также коды, базирующиеся на использовании позиционных систем счисления (двоичный, десятичный, двоично-десятичный, восьмеричный, шестнадцатеричный и др.). Наиболее распространенным кодом в ЭВМ является двоичный код, который позволяет просто реализовать аппаратно устройства для хранения, обработки и передачи данных в двоичном коде. Он обеспечивает высокую надежность устройств и простоту выполнения операций над данными в двоичном коде. Двоичные данные, объединенные в группы по 4, образуют шестнадцатеричный код, который хорошо согласуется с архитектурой ЭВМ, работающей с данными кратными байту (8 бит).

Коды  для обмена данными и их передачи по каналам связи. Широкое распространение в ПК получил код ASCII (American Standard Code for Information Interchange). ASCII - это 7-битный код буквенно-цифровых и других символов. Поскольку ЭВМ работают с байтами, то 8-й разряд используется для синхронизации или проверки на четность, или расширения кода. В ЭВМ фирмы IBM используется расширенный двоично-десятичный код для обмена информацией EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code).

В каналах связи  широко используется телетайпный код  МККТТ (международный консультативный  комитет по телефонии и телеграфии) и его модификации (МТК и др.).

При кодировании  информации для передачи по каналам  связи, в том числе внутри аппаратным трактам, используются коды, обеспечивающие максимальную скорость передачи информации, за счет ее сжатия и устранения избыточности (например: коды Хаффмана и Шеннона-Фано), и коды обеспечивающие достоверность передачи данных, за счет введения избыточности в передаваемые сообщения (например: групповые коды, Хэмминга, циклические и их разновидности).

Коды  для специальных  применений - это коды, предназначенные для решения специальных задач передачи и обработки данных. Примерами таких кодов является циклический код Грея, который широко используется в АЦП угловых и линейных перемещений. Коды Фибоначчи используются для построения быстродействующих и помехоустойчивых АЦП.

Основное внимание в курсе уделено кодам для  обмена данными и их передачи по каналам связи.

ЦЕЛИ  КОДИРОВАНИЯ:

1) Повышение  эффективности передачи данных, за счет достижения максимальной  скорости передачи данных.

2) Повышение  помехоустойчивости при передаче данных.

В соответствии с этими целями теория кодирования  развивается в двух основных направлениях:

1. Теория экономичного (эффективного, оптимального) кодирования занимается поиском кодов, позволяющих в каналах без помех повысить эффективность передачи информации за счет устранения избыточности источника и наилучшего согласования скорости передачи данных с пропускной способностью канала связи.

2. Теория помехоустойчивого кодирования занимается поиском кодов, повышающих достоверность передачи информации в каналах с помехами. 

3. Способы представления  кодов

В зависимости  от применяемых методов кодирования, используют различные математические модели кодов, при этом наиболее часто  применяется представление кодов  в виде: кодовых матриц; кодовых деревьев; многочленов; геометрических фигур и т.д. 
 
 

История кодирования информации:  
 

Код - набор условных обозначений для представления информации.  
 
Кодирование - процесс представления информации в виде кода (представление символов одного алфавита символами другого; переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки). 
 
Обратное преобразование называется декодированием. 
 
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.  
 
Таким образом, кодирование сводиться к использованию совокупности символов по строго определенным правилам. 
 
Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется:

• сокращение записи;
• засекречивание (шифровка) информации;
• удобство обработки;
• и т. п.

 
Существуют три основных способа  кодирования текста:

• графический – с помощью специальных рисунков или значков;
• числовой – с помощью чисел;
• символьный – с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.

 
Наиболее значимым для развития техники оказался способ представления  информации с помощью кода, состоящего всего из двух символов: 0 и 1.  
 
Для удобства использования такого алфавита договорились называть  любой из его знаков «бит» (от английского «binary digit» -двоичный знак). 
 
Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.п.).  
 

Двоичные числа  очень удобно хранить и передавать с помощью электронных устройств.  
 
Например, 1 и 0 могут соответствовать намагниченным и ненамагниченным участкам диска; нулевому и ненулевому напряжению; наличию и отсутствию тока в цепи и т.п.  
 
Поэтому данные в компьютере на физическом уровне хранятся, обрабатываются и передаются именно в двоичном коде.  
 
Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием.  
 
Таким образом, двоичный код является универсальным средством кодирования информации. 
 

 
 
 
 
 
 
 

Кодирование текстовой информации

 
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  
 
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 т.д.  
 
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.  
 
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 т. д.).  
 
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, т.е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.  

 
Тогда слово COMPUTER с помощью ASCII таблицы  кодируется следующим образом:

 
 

С распространением современных информационных технологий в мире возникла необходимость кодировать символы алфавитов других языков: японского, корейского, арабского, хинди, а также других специальных символов. 
 
На смену старой системе пришла новая универсальная – UNICODE, в которой один символ кодируется не одним, а двумя байтами.  
 
В настоящее время существует много различных кодовых таблиц (DOS, ISO, WINDOWS, KOI8-R, KOI8-U, UNICODE и др.), поэтому тексты, созданные в одной кодировке,  могут не правильно отображаться в другой.

Кодирование графической 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.  
 
 
Давайте посмотрим на экран компьютера через увелечительное стекло.  
 
В зависимости от марки и модели техники мы увидим либо множество разноцветных прямоугольничков, либо множество разноцветных кружочков.  
 
И те, и другие группируются по три штуки, причем одного цвета, но разных оттенков.  
 
Они называются ПИКСЕЛЯМИ[1] (от английского PICture's ELement).  
 
Пиксели бывают только трех цветов - зеленого, синего и красного. 
 
Другие цвета образовываются при помощи смешения цветов.  
 
Рассмотрим самый простой случай - каждый кусочек пикселя может либо гореть (1), либо не гореть (0).  
 
Тогда мы получаем следующий набор цветов: 
Из трех цветов можно получить восемь комбинаций.  
 
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. 
 
Число цветов, воспроизводимых на экране монитора (N), и число бит, отводимых в видеопамяти на каждый пиксель (I), связаны формулой: 
 
 
 
Величину I называют битовой глубиной или глубиной цвета. 
 
Чем больше битов используется, тем больше оттенков цветов можно получить. 
 
 
Итак, любое графическое изображение на экране можно закодировать c помощью чисел, сообщив, сколько в каждом пикселе долей красного, сколько - зеленого, а сколько - синего цветов. 
 
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, т.е. количеством точек, из которых оно складывается.  
 
Чем больше разрешающая способность, т.е. чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображение.