Спосіб кодування інформації за допомогою чисел. Двійкове кодування

У процесі розвитку людство прийшло до усвідомлення необхідності зберігати і передавати на відстані ту чи іншу інформацію. В останньому випадку потрібно її перетворення в сигнали. Цей процес називається кодуванням даних. Текстова інформація, а також графічні зображення при цьому можуть перетворитися в числа. Про те, яким чином це можна зробити, розповість наша стаття.

Передача інформації на відстань

Щоб передати повідомлення від автора до адресата (від джерела до приймача), найчастіше використовуються три види систем передачі: фельдъегерско-поштова; акустична (наприклад, за допомогою гучномовця); на основі того або іншого способу електрозв'язку (дротова, радіо, оптична, радіорелейна, супутникова, оптико-волоконна). Найбільш поширеними на даний момент є системи передачі останнього типу. Проте для їх використання потрібно попередньо застосувати той чи інший спосіб кодування інформації. З допомогою чисел у звичному для сучасної людини десятковому численні зробити це вкрай складно.

Шифрування

Іноді вміст послання потрібно приховати від сторонніх. В такому випадку використовується шифрування. При цьому можуть бути використані різні способи кодування інформації за допомогою чисел.

Двійкова система числення

На зорі комп'ютерної ери вчені були стурбовані пошуками пристрою, яке б дозволило максимально просто представляти числа в ЕОМ. Питання вирішилося, коли Клод Шенон запропонував використовувати двійкову систему числення. Вона була відома з 17 століття, і для її реалізації потрібно пристрій з 2 стійкими станами, відповідними логічної «1» і логічного «0». Їх на той момент було відомо предостатньо - від сердечника, який міг бути або намагніченим, або розмагніченим, до транзистора, здатного перебувати або у відкритому, або в закритому стані.


До плюсів двійковій системи числення відноситься також простота обчислень, які можна виконувати над числами, представленими в двійковій запису.

Як здійснює перетворення звичайної інформації у вид, придатний для обробки і зберігання ЕОМ

Комп'ютерний двійковий код технічно реалізується відсутністю або наявністю імпульсів у мікроскопічних запам'ятовуючих елементів. Ці можуть бути: 1. Фотооптические імпульси. Поверхня будь-якого оптичного диска (DVD, CD або BluRay) складається з спіралі, сформованої з дрібних відрізків. Кожен з них або світлого або темного кольору. Коли диск обертається в дисководі, на його спіральну доріжку фокусується лазер. Його відображення потрапляє на фотоелемент. Останній в даному випадку є приймачем інформації. Світлі ділянки спіралі відбивають світло і передають його на фотоелемент, темні, навпаки, поглинають світло. В результаті на фотоелемент надходить інформація, зашифрована в доріжці диска як темні і світлі точки. 2. Магнітні імпульси. З їх допомогою кодується інформація на жорсткому диску, всередині якого розташована швидко обертова пластина. Як і у випадку з оптичними дисками, вся її поверхня — спіраль, що складається з послідовності дрібних ділянок в кількості декількох мільйонів. Кожен з них являє собою елемент, який здатний приймати одне з двох станів: «намагнічене» або «ненамагниченное». Вони формують двійковий код тієї чи іншої інформації. «З'ясування», в якому стані знаходиться конкретний елемент, здійснюється за допомогою спеціальної голівки, яка переміщується по поверхні пластини.
3. Електричні імпульси. Оперативна пам'ять ЕОМ представляє собою мікросхему, що складається з мільйонів маленьких клітинок, «зібраних» з мікроскопічних конденсаторів і транзисторів. Кожна з них може містити електричний заряд або бути незарядженої. Комбінації комірок оперативної пам'яті, які знаходяться у одному з цих двох можливих станів, формують двійковий код. У всіх інших пристроях на основі запам'ятовуючих мікросхем, наприклад, на флешках, SSD-носіях тощо, інформація зберігається точно таким же чином.

Кодування текстів

Як вже було сказано, є одним з видів перетворення інформації для її передачі і зберігання є шифрування. Воно використовується для захисту від несанкціонованого доступу. Спочатку для шифрування поряд з більш примітивними застосовувалися такі способи кодування інформації: За допомогою квадрата Полібія, що представляє собою таблицю, в яку в певному порядку вписаний весь грецький алфавіт. Кожна буква повідомлення замінювалася парою чисел номер стовпця і рядка. За допомогою диска Альберті, що складається з двох концентричних кіл. На них були нанесені букви і цифри. Вони ставилися один одному у відповідність шляхом обертання дисків. Сучасний спосіб кодування текстової інформації в комп'ютері заснований на схожих принципах. Для його реалізації кожному символу алфавіту відповідає певне ціле число. Потім воно переводиться в двійковий код. Вісім двійкових розрядів дозволяють кодувати 256 різних символів. Їх достатньо для представлення всіх літер англійської і російської мов, включаючи малі, знаків арифметичних дій і знаків, а також деякі загальноприйняті спецсимволов.
На даний момент діє система ASCII. Для неї закріплені 2 таблиці кодування. З них базова визначає значення від 0 до 127 а розширена представлена номерами від 128 до 255.

Як здійснюється кодування монохромного зображення в комп'ютері

Будь чорно-біле зображення, роздрукований на папері, під збільшувальним склом виглядає як безліч точок, які прийнято називати растром. Лінійні координати і яскравість кожної з можна виразити через цілі числа. Це означає, що для растирования зображення можна використовувати двійковий код. Загальноприйнятим на даний момент вважається подання монохромних ілюстрацій у вигляді комбінації великого числа точок з 256 градаціями сірого. Для числового кодування яскравості будь-який з них потрібно восьмиразрядное двійкове число.

Подання кольорових картинок

Спосіб кодування інформації за допомогою чисел для таких зображень реалізується дещо складніше. З цією метою попередньо потрібно декомпозиція картинки на 3 основних кольори (зелений, червоний і синій), так як в результаті їх змішування в певних пропорціях, можна отримати будь-який відтінок, що сприймається людським оком. Такий спосіб кодування зображення з допомогою чисел з використанням 24 двійкових розрядів називається RGB, або повнокольоровим (True Color). Якщо ж мова йде про поліграфії, то використовується система CMYK. Вона заснована на ідеї про те, що кожну з основних компонент RGB можна поставити у відповідність з кольором, доповнює її до білого. Ними є блакитний, пурпурний і жовтий. Хоча їх досить, з метою зниження поліграфічних витрат, додають і четверту компоненту — чорну. Таким чином, для представлення графіки в системі CMYK потрібно 32 двійкових розряду, а сам режим прийнято називати повнокольоровим.

Подання звуків

На питання про те, чи є для цього спосіб кодування інформації за допомогою чисел, відповідь має бути позитивною. Однак на даний момент такі методи не вважаються досконалими. До їх числа відносяться: Метод FM. Він заснований на розкладанні будь-якого складного звуку на послідовність елементарних гармонічних сигналів різних частот, які можна описати кодом. Таблично-хвильовий метод. У заздалегідь складених таблицях зберігають зразки — зразки звуків для різних музичних інструментів. Числові коди висловлюють тип і номер моделі інструменту, висоту тону, інтенсивність і тривалість звуку та ін. Тепер ви знаєте, що двійкове кодування — один з найпоширеніших способів подання інформації, який зіграв величезну роль в розвитку комп'ютерної техніки.