Лекция 17

Устройства и системы ввода-вывода

текстовой и графической информации

Принцип кодирования текстовой информации

План

1. Кодирование текстовой информации в ЭВМ.

2. Ручной ввод текстовой информации с клавиатуры.

1. Кодирование текстовой информации в ЭВМ

Текстовая информация представляется последовательностью алфавитно-цифровых символов, каждый из которых определённым образом кодируется. Существуют четыре основных принципа кодирования символов.

1. Символы кодируются в виде последовательности двоичных цифр. Количество разрядов на один символ определяется по формуле

, (17.1)

где S - множество всех символов, используемых для кодирования текста; H_Х(S) - энтропия по Хартли (мера неопределённости). Эта величина характеризует количество информации в каком-либо сообщении.

; (17.2)

.

Эта энтропия обладает свойством адитивности, т.е. . Например, код символа складывается из буквенного обозначения и цифрового X={A, B, C, D}, Y={1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, …, 16}; тогда

, .

Большинство кодировок используют один байт для кодирования символов.

2. Символы, относящиеся к одной группе по каким-либо признакам желательно кодировать в виде односвязного множества в одномерном пространстве кодов (рис. 17.1).

Р
ис. 17.1. Одномерное пространство кодов символов

3. Коды символов должны отражать порядок следования букв в алфавите.

4. Желательно, чтобы преобразование строчных букв в прописные и обратно сводилось к прибавлению или вычитанию некоторой константы или к гашению/записи некоторых бит.

Принцип 2 и 4 не всегда соблюдаются.

Для кодирования символов в качестве внутреннего кода ЭВМ наиболее часто используется двоичный код обработки информации (ДКОИ), построенный на основе международного кода EBCDIC.

Наиболее часто символы в тексте в пределах информационных блоков встречаются с различной вероятностью, что позволяет сократить затраты разрядов на кодирование. Для этого количество информации рассчитывается при помощи энтропии по Шеннону H_S(X), и в общем случае HS(S)< HX(S).

, (17.3)

где N – мощность множества X(N=|X|); P_i – вероятность поступления событий (встречаемость символов в тексте); .

Если события равновероятны, то P_i = 1/N =>

. (17.4)

Свойства энтропии по Шеннону:

а) она всегда положительна;

б) она максимальна, т.е. равна энтропии по Хартли, когда события равновероятны;

в) для независимых событий из множеств X и Y, энтропия произведения X и Y равна сумме отдельных энтропий

H_S(XY)=H_S(X)+ H_S(Y).

Энтропия по Шеннону и энтропия по Хартли также используются для теоретического анализа каналов передачи информации.

Разобьем множество символов S на m подмножеств ( ), в которых символы встречаются с равной вероятностью.

, (17.5)

где р_i – вероятность встретить символ, принадлежащий подмножеству S_i.

Количество бит для кодирования одного символа определяется как

. (17.6)

Экономия в разрядах на один символ проявляется, когда n1bit, тогда для кодирования используют n₁ разряд, а для переключения с одной группы символов на другие используют специальные коды, которые включаются в каждую группу. Таким кодом является международный телеграфный код (МТК-2, МТК-5), который используется в системах связи и телеобработки.

Если условие

, (12.7)

где - средняя длина информационного блока, содержащего символы из одной группы; выполняется, то кодирование считается эффективным.

2. Ручной ввод текстовой информации с клавиатуры

Клавиатуры могут характеризоваться:

1) эксплуатационными характеристиками:

а) количество типов клавиш;

б) количество клавиш каждого типа;

в) расположение клавиш. По расположению клавиш наибольшее распространение получила клавиатура QWERTY, однако, возможны и другие варианты расположения символов клавиатуры (Дворака и Делея);

2) механическими характеристиками, основной из которых является функция упругости клавиш.

По способу обнаружения нажатия клавиш выделяют три типа клавиатур:

1) с гальваническим контактом или с открытым (не герметичным контактом). Для них характерна низкая стоимость и малое время наработки на отказ;

2) с магнитным принципом обнаружения (на основе магниточувствительных и проводниковых структур). Для них характерна большая стоимость, но очень высокая надёжность;

3) с ёмкостным принципом обнаружения нажатия. Для них характерна высокая износостойкость, низкая надёжность и сложность настройки.

Принцип кодирования клавиш клавиатуры не зависит от кодирования символов. В системное устройство ПЭВМ посылается не код символа, которому соответствует данная клавиша, а позиционный код клавиши. Переход к коду символа осуществляется специальной схемой управления клавиатурой, которую можно перепрограммировать.

К
лавиатура включает в себя совокупность ключей клавиш и схемы управления для формирования кода при замыкании ключа, исключения неоднозначности кодирования из-за “дребезга” контактов и выполнения других управляющих функций. Клавиатура проектируется как конечный автомат (рис. 17.2)

Д
ешифратор последовательно опрашивает состояние ключей, расположенных с столбцах X матрицы клавиатуры. Если какая-либо клавиша нажата, то сигнал через замкнутый контакт поступает на соответствующую горизонтальную шину Y и через селектор (регистр) поступает на вход ПЛМ. Сигналы с дешифратора и селектора образуют адресный вход ПЛМ, в ячейках которой записаны коды символов (их младшие разряды). Код символа записывается в выходной регистр. Старшие разряды кода определяются содержимым специального регистра, изменяющего своё значение только при нажатии клавиши изменения регистров (Shift, Alt и др.).

Проблема “дребезгов” клавиатуры решается использованием вместо ПЛМ микропроцессора. Вертикальные и горизонтальные шины матрицы контактов подключаются, соответственно, к портам вывода и ввода (Пвыв) и (Пвв), для передачи в ЭВМ сформированного кода символа используется второй порт вывода микропроцессора (см. рис. 17.3).

Для устранения “дребезгов” используется накопление веса нажатой клавиши за несколько циклов опроса, образующих период опроса. Если в период опроса координаты клавиши не совпали, то инициируется сброс счётчика веса и начинается новый период опроса.

Вопросы к лекции

1. Проверить эффектность кодирования символом кодом КОИ-7, в котором |S|=128, все символы разбиты на 8 групп m=8 с равной вероятностью встречаемости символов в группе. Определить, сколько разрядов в этом коде отводится под специальные коды переключения между группами.

________________________________________________________________________________________________

Курс «Периферийные устройства»

(лекции)

-6-