ВУЗ: Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Информатика
Добавлен: 25.10.2018
Просмотров: 9524
Скачиваний: 95
11
кодирования 256 различных символов. Для того чтобы все оди-
наково кодировали текстовые данные, нужны единые таблицы
кодирования [1].
В 1963 г. была разработана и стандартизована в США систе-
ма кодирования ASCII (American Standard Code for Information
Interchange – стандартный код информационного обмена США).
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.
Коды базовой таблицы с 0 по 31 – это так называемые управ-
ляющие коды, которым не соответствуют никакие символы. Они
отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь
производителям компьютеров и печатающих устройств).
Символы английского алфавита, знаков препинания, цифр,
арифметических действий и некоторых вспомогательных симво-
лов размещены, начиная с кода 32 по код 127.
Расширенная часть системы кодирования, определяющая
значения кодов со 128 по 255, – это национальная система коди-
рования. Отсутствие единого стандарта в этой области привело
к множественности одновременно действующих кодировок.
Только в России можно указать три действующих стандарта ко-
дировки: windows-1251, КОИ-8 (код обмена информацией, вось-
мизначный), ISO.
Разнообразие кодировок вызвано ограниченным набором
кодов (256) при восьмиразрядном кодировании. Универсальная
система кодирования UNICODE, основанная на 16-разрядном
кодировании символов, позволяет обеспечить уникальные коды
для 65 536 различных символов – этого достаточно для разме-
щения в одной таблице символов большинства языков планеты.
В системе кодирования UNICODE все текстовые документы ав-
томатически становятся вдвое длиннее по сравнению с 8-раз-
рядным кодированием.
Коды в стандарте UNICODE разделены на несколько облас-
тей. Область с кодами от U+0000 до U+007F содержит символы
набора ASCII с соответствующими кодами. Далее расположены
12
области знаков различных письменностей, знаки пунктуации
и технические символы. Часть кодов зарезервирована для ис-
пользования в будущем.
В настоящий момент идет массовый переход к использова-
нию семейства кодировок стандарта UNICODE, а однобайтовые
кодировки, такие как windows-1251, поддерживаются в основ-
ном для совместимости с документами, созданными ранее.
Кодирование графических данных
В зависимости от способа формирования изображений ком-
пьютерную графику подразделяют:
– на растровую (графический объект представлен в виде
комбинации точек, образующих растр и обладающих свойства-
ми яркости и цвета);
– векторную (элементарным объектом является не точка,
а линия);
– фрактальную (базовым элементом является математиче-
ская формула).
Трехмерная (3D) графика сочетает в себе векторный и рас-
тровый способ формирования изображений.
Вследствие того, что линейные координаты и индивидуаль-
ные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью
целых чисел, растровое кодирование позволяет использовать дво-
ичный код для представления графических данных. Кодирование
черно-белых изображений осуществляется восьмиразрядным ко-
дированием, что позволяет отобразить 256 оттенков серого цвета.
Для кодирования цветных графических изображений приме-
няется принцип декомпозиции (разложения) произвольного цвета
на основные составляющие. В качестве таких составляющих ис-
пользуют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green,
G) и синий (Blue, B). Такая система кодирования называется сис-
темой RGB. Если для кодирования яркости каждой из основных
составляющих использовать по 256 значений (8 двоичных разря-
дов), то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 раз-
ряда, что обеспечивает определение 16,5 млн различных цветов.
Такой режим называется полноцветным (True Color).
13
Каждому из основных цветов можно поставить в соответст-
вие дополнительный цвет, т.е. цвет, дополняющий основной
цвет до белого. Для любого из основных цветов дополнитель-
ным будет цвет, образованный суммой пары остальных основ-
ных цветов. Соответственно, дополнительными цветами явля-
ются: голубой (Cyan, C), пурпурный (Magenta, M) и желтый
(Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на со-
ставляющие компоненты применяется не только для основных
цветов, но и для дополнительных, т.е. любой цвет можно пред-
ставить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляю-
щей. Такой метод кодирования цвета с использованием четвер-
той краски – черной (Black, K) – принят в полиграфии. Данная
система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK и
для представления цветной графики в этой системе используется
32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцвет-
ным (True Color).
Кодирование звуковой информации
В кодировании звуковой информации можно выделить два
основных направления.
Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что тео-
ретически любой сложный звук можно разложить на последова-
тельность простейших гармонических сигналов разных частот,
каждый из которых представляет собой правильную синусоиду
и, следовательно, может быть описан числовыми параметрами,
т.е. кодом. Разложение звуковых сигналов в гармонические ряды
и представление их в виде дискретных цифровых сигналов вы-
полняют специальные устройства – аналого-цифровые преобра-
зователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения
звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-
аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях
неизбежны потери информации, поэтому качество звукозаписи
не вполне удовлетворительное. В то же время данный метод ко-
дирования обеспечивает весьма компактный код.
14
Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше
соответствует современному уровню развития техники. Если
говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее
подготовленных таблицах хранятся образцы звуков (сэмплы) для
множества различных музыкальных инструментов. Числовые
коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту то-
на, продолжительность и интенсивность звука, динамику его
изменения и др. Звук, полученный в результате синтеза, получа-
ется достаточно высокого качества.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
2.1. История развития ЭВМ. Поколения ЭВМ
Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было рас-
пространено простейшее приспособление для счета: доска, раз-
деленная на полосы, где перемещались камешки или кости. Та-
кая счетная дощечка называлась абак и использовалась для руч-
ного счета. Абак позволял лишь запоминать результат, а все
арифметические действия должен был выполнять человек.
Первая механическая машина была построена немецким
ученым Вильгельмом Шиккардом (предположительно в 1623 г.).
Машина была реализована в единственном экземпляре и предна-
значалась для выполнения арифметических операций. Из-за не-
достаточной известности машины Шиккарда более 300 лет счи-
талось, что первую суммирующую машину сконструировал
французский математик и физик Блез Паскаль.
Блез Паскаль в 1642 г. изобрел механическую счетную ма-
шину, выполнявшую сложение, а в 1673 г. немецкий философ,
математик и физик Готфрид Лейбниц расширил возможности
машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и из-
влечения квадратного корня. Специально для своей машины
Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо
привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0. Двоичная сис-
тема счисления широко используется в современных ЭВМ.
15
Ни одна из этих машин не была автоматической и требовала
непрерывного вмешательства человека. В 1834 г. английский ма-
тематик и изобретатель Чарльз Бэббидж первым разработал под-
робный проект автоматической вычислительной машины. Он так
и не построил свою машину, так как в то время невозможно было
достичь требуемой точности изготовления ее узлов. Особенностью
его машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип
разделения информации на команды и данные. И сегодня в вычис-
лительной технике принцип раздельного рассмотрения программ
и данных учитывается и при разработке архитектур современных
компьютеров, и при разработке компьютерных программ.
Ч. Бэббидж выделял в своей машине следующие составные
части:
– «склад» для хранения чисел (в современной терминологии –
память);
– «мельницу» для производства арифметических действий
(арифметическое устройство, процессор);
– устройство, управляющее последовательностью выполне-
ния операций (устройство управления);
– устройства ввода и вывода данных.
В качестве источника энергии для приведения в действие
механизмов машины Ч. Бэббидж предполагал использовать па-
ровой двигатель. Бэббидж предложил управлять своей машиной
с помощью перфорированных карт, содержащих коды команд,
подобно тому как использовались перфокарты в ткацких станках
Жаккара. На этих картах было представлено то, что сегодня мы
назвали бы программой.
Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, свя-
занные с программированием. В частности, им была разработана
весьма важная для программирования идея «условной передачи
управления». Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором
со временем были построены ЭВМ. Первые программы для вы-
числительной машины Бэббиджа создавала Ада Лавлейс – дочь
известного поэта Джорджа Байрона, в честь которой впоследст-
вии был назван один из языков программирования.