Конспект лекций по информатике, страница 7

Алгоритмоперации: если цифра в нулевой позиции множителя = 1, томножимоепереписываетсяподсоответствующимиразрядами, умножение на последующие единицы приводятк сдвигу слагаемого влево на 1 позицию. Если цифрамножителя = 0, то следующее слагаемое смещается на двепозиции влево1510 * 13100 0 0 0 1 1 1 1 (15) множимое* 0 0 0 0 1 1 0 1 (13) множитель00001111+0000111100001111_0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 2 = 1*27+1*26+1*21+1*20=19510Деление: при выполнении операции несколько разпроизводитсяоперациявычитания.Поэтомупредварительно находят дополнительный код делителя.Деление производится путем повторного вычитания исдвига.3.6 Кодирование текстовых данныхМножество символов, используемых при записи текста,называется алфавитом.

Количество символов в алфавитеназывается его мощностью.Каждый знак текстовой информации (буква, цифра,запятая, тире, точка, кавычки и т.д.) кодируетсяопределенным числом. Соответствие между набором знаков(символов) и числами называется кодировкой (или кодовойтаблицей). Присвоение символу определенного кода – это49вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовойтаблице.При использовании алфавита мощностью 28 = 256символов двоичный код каждого символа занимает 8 бит(1 байт) в памяти компьютера. Все символы такогоалфавита пронумерованы от 0 до 255, а каждому номерусоответствует 8-разрядный двоичный код от 00000000 до11111111.Примечание:Одним битом можно закодировать 2 (21) разных значения:0 и 1.Двумя битами можно закодировать 4 (22) разных значения:00, 01, 10 и 11.Тремя битами можно закодировать 8 (23) разных значений:000,001,010,011,100,101,110,111.…Восемью битами можно закодировать 256 (28) разныхзначений.…N битами можно закодировать 2N разных значений.Для разных типов ЭВМ и операционных системиспользуютсяразличныетаблицыкодировки.Международным стандартом на персональных компьютерахявляется таблица кодировки ASCII (American Standard Codefor Information Interchange).Принцип последовательного кодирования алфавитазаключается в том, что в кодовой таблице ASCII латинскиебуквы (прописные и строчные) располагаются валфавитномпорядке.Расположениецифртакжеупорядочено по возрастанию значений.Стандартными в этой таблице являются только первые128 символов, т.

е. символы с номерами от нуля (двоичный50код 00000000) до 127 (01111111). Сюда входят буквылатинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки инекоторые другие символы. Остальные 128 кодов, начинаясо 128 (двоичный код 10000000) и кончая 255 (11111111),используются для кодировки букв национальныхалфавитов, символов псевдографики и научных символов.Существует несколько различных кодовых таблиц длярусских букв (КОИ-8, СР-1251, СР-866, Mac, ISO), причемтексты, созданные в одной кодировке, могут неправильноотображаться в другой.

Решается такая проблема спомощью специальных программ перевода текста из однойкодировки в другую. В операционной системе Windows длякириллицы используется кодировка Windows 1251 (Win1251).В течение долгого времени понятия "байт" и "символ"были почти синонимами. Однако, в конце концов, сталоясно, что 256 различных символов – это не так много. Вматематических текстах используются греческие буквы испециальные знаки, в текстах могут встретиться символы изразличных алфавитов, иногда необходимы символы валют(€, $, £, ¥). Для решения этой проблемы была разработанауниверсальная система кодирования текстовой информации– Unicode.

В этой кодировке для каждого символа отводитсяне один, а два байта, т.е. 16 бит. Таким образом, доступно65536 (216) различных кодов. Этого хватит и на латинскийалфавит, и на кириллицу, и на другие алфавиты планеты, ина специализированные символы. Главный недостатокUnicode состоит в том, что все тексты в этой кодировкестановятся в два раза длиннее. В настоящее времястандарты ASCII и Unicode мирно сосуществуют.Вопрос: Сколько байт в двоичном коде слова«информация»?Правильный ответ: зависит от кодировки – для 851битной получается 10 байт, а для Unicode – 20.Вопрос: Сколько байт в двоичном коде записи«E-mail: primer@mail.ru»?Правильный ответ: зависит от кодировки – для 8битной 22 байта, а для Unicode – 44 (подсчитываетсяпробел, двоеточие, @, точка и дефис).3.7 Кодирование графических данныхРазличают три вида компьютерной графики –растровую, векторную и фрактальную.Растровыеизображенияпредставляютсобойоднослойную сетку точек, называемых пикселями.

Кодпикселя содержит информацию о его цвете.Чаще всего растровые изображения получают спомощью сканирования фотографий и других изображений,с помощью цифровой фотокамеры или путем "захвата"кадра видеосъемки. Растровые изображения можнополучить и непосредственно в программах растровойграфики (например, редактор Paint, встроенный в Windows).При кодировании любого изображения необходиморазбить его на точки (наложением мелкой сетки) и цветкаждой точки закодировать.На черно-белом изображении (без полутонов) пиксельможет принимать только два значения: белый и черный(светится – не светится), а для его кодирования достаточноодного бита памяти: 1 – белый, 0 – черный.На цветном изображении каждый пиксель может иметьразличную окраску.

Нужно представить любой оттенок вчисловой форме, для этого цвет разделяется насоставляющие компоненты в соответствии с цветовоймоделью. В компьютерной графике применяются трицветовые модели: RGB, CMYK и HSB. Наиболеераспространенным способом кодирования цвета является52модель RGB, в ней любой цвет представляется в видекомбинации трех цветов: красного (Red), зеленого (Green) исинего (Blue), взятых с разной интенсивностью.Интенсивность каждого из трех цветов записывается водном байте (т. е. это число от 0 до 255, которое можнопредставить двумя 16-ричными цифрами от 00 до FF).Таким образом, цвет удобно записывать тремя парами 16ричных цифр, как это принято, например, в HTMLдокументах.Итак, если для кодирования цвета одной точкииспользуют 3 байта (24 бита), то потенциально рисунокможет содержать 224=16 777 216 различных цветов иоттенков! Такая кодировка называется 24-bit True Color.Количество битов (N) для кодирования цвета однойточки называется глубиной цвета.

При этом количестворазличных возможных цветов К = 2N.Размер файла Bitmap (расширение .ВМР), хранящегорастровое изображение, где последовательно записаныкоды(цвета)каждогопикселя,определяетсяперемножением размера по горизонтали на размер повертикали и на глубину цвета.Например, растровый рисунок 200 х 300 точек сглубиной цвета 24 может храниться в BMP-файле размером200*300*24 = 1 440 000 бит = 180 000 байт.Кроме BMP существует множество форматов файловрастровой графики, и каждый из них предусматриваетсобственный способ кодирования информации обизображении.Перечислимнекоторые,наиболеераспространенные форматы:JPEG (Joint Photographic Experts Group – Объединеннаяэкспертная группа по фотографии) хранит изображения сбольшой глубиной цвета, однако использует алгоритмсжатия с потерями (т.е. распакованное изображение не в53точности соответствует оригиналу, приносится в жертвучасть информации об изображении, чтобы достичьбольшего коэффициента сжатия).GIF (Graphics Interchange Format) также хранитрастровые изображения с сжатием, позволяет записыватьизображение "через строчку", однако возможно не более256 цветов, для полиграфии этого недостаточно.PSD (PhotoShop Document) – собственный форматпопулярной программы редактирования фотографий, безсжатия (поэтому размеры файлов очень велики), отличаетсябольшой глубиной цвета (48 бит) и, соответственно,отличной цветопередачей.Векторное изображение представляется в видекомбинациипростыхгеометрическихфигур,такназываемых примитивов – точек, отрезков, окружностей,прямоугольников и т.

п. Каждый элемент векторногоизображения можно описывать с помощью математическихформул (уравнения линий, дуг, окружностей и т.д.).Векторные изображения создаются специальнымипрограммами, например, встроенным в Microsoft Wordредактором рисунков, системой AutoCAD и другими.Программы векторной графики используются длярисунков, которые легко представить в виде комбинациипростейших фигур, например, технические чертежи, схемы,логотипы, шрифты и т.п.У векторной графики много достоинств. Она экономнав плане дискового пространства, необходимого дляхранения изображений: это связано с тем, что сохраняетсяне само изображение, а только некоторые основные данные,используя которые, программа всякий раз воссоздаетизображение заново.

Объекты векторной графики, вотличие от растровой графики, легко модифицируются безпотери качества. Масштабирование, поворот, искривление54могут быть сведены к паре-тройке элементарныхпреобразований над векторами.Но с другой стороны, векторная графика ограничена вживописных средствах: в программах векторной графикипрактически невозможно создавать фотореалистическиеизображения.3.8 Кодирование звукаИз курса физики известно, что звук – это колебаниечастиц воздуха, непрерывный сигнал с меняющейсяамплитудой.При кодировании звука этот сигнал надо представить ввиде последовательности нулей и единиц. Еслипреобразовать звук в электрический сигнал (например, спомощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся стечением времени напряжение. Будем измерять напряжениечерез равные промежутки времени и записыватьполученные значения в память компьютера.

Этот процессназывается дискретизацией (или оцифровкой), а устройство,выполняющее его – аналого-цифровым преобразователем(АЦП).Для того чтобы воспроизвести закодированный такимобразом звук, нужно выполнить обратное преобразование(для него служит цифро-аналоговый преобразователь –ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.Чем выше частота дискретизации (т. е. количествоотсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится длякаждого отсчета, тем точнее будет представлен звук.

Но приэтом увеличивается и размер звукового файла.Описанный способ кодирования звуковой информациидостаточно универсален, он позволяет представить любойзвук и преобразовывать его самыми разными способами. Нобывают случаи, когда действуют иначе.Человек издавна использует довольно компактный55способ представления музыки – нотную запись. В нейспециальными символами указывается, какой высоты звук,на каком инструменте и как сыграть. Фактически, ее можносчитать алгоритмом для музыканта, записанным на особомформальном языке. В 1983 г. ведущие производителикомпьютеров и музыкальных синтезаторов разработалистандарт, определивший такую систему кодов. Он получилназвание MIDI.Существуют и другие, чисто компьютерные, форматызаписи музыки. Среди них следует отметить формат MP3,позволяющий с хорошим качеством и высокой степеньюсжатия кодировать звуковую информацию. При этом настандартный компакт-диск (CD-ROM) вместо 18-20музыкальных композиций помещается около 200.3.9 Единицы измерения количества информацииИтак, любая информация может быть закодированадвоичным кодом, последовательностью двоичных цифр (0и 1).Одна двоичная цифра – один бит информации.1 байт = 8 бит1 Килобайт = 210 байт = 1024 байт1 Мегабайт = 220 байт = 1024 Кбайт1 Гигабайт = 230 байт = 1024 Мбайт1 Терабайт = 240 байт = 1024 Гбайт1 Петабайт = 250 байт = 1024 Тбайт1 Экзабайт= 260 байт = 1024 Пбайт4.