ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.06.2021
Просмотров: 1833
Скачиваний: 5
6
- длиной – число позиций в коде
- структурой – порядок расположения в коде символов, используемых для обозначения
классификационного признака.
Можно выделить две группы системы кодирования:
3.1 Классификационное кодирование:
Применяется после проведения классификации.
-
последовательное кодирование
используется для иерархической классификационной
структуры. Суть метода заключается в следующем: сначала записывается код старшей группировки 1-
го уровня, затем 2-го и т.д. В результате получается комбинация, каждый разряд которой содержит
информацию о специфике выделенной группы на каждом уровне иерархической структуры.
-
параллельное кодирование
используется для фасетной системы классификации. Суть метода
заключается в следующем: все фасеты кодируются независимо друг от друга, для каждого фасета
выделяется определенное количество разрядов кода.
3.2Регистрационное кодирование:
Используется для однозначной идентификации объектов и не требуют предварительной
классификации объектов.
-
порядковое кодирование
предполагает последовательную нумерацию объектов числами
натурального ряда. Этот порядок может быть случайным или определяться после предварительного
упорядочивания объектов.
-
серийно-порядковое кодирование
предусматривает предварительное выделение групп
объектов, которые составляют серию, а затем в каждой серии производится порядковая нумерация
объектов. Каждая серия будет иметь порядковую нумерацию.
3.3Кодирование числовой информации. Кодирование целых и действительных чисел
Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто - необходимо взять целое число и
делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от
каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог
десятичного числа.
Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). 16
бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 – уже более 16,5 миллионов различных
значений.
3.4 КОДИРОВАНИЕ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Соответствие между символом и его цифровым кодом называется таблицей кодировки.
Существует множество таблиц кодировки букв национальных алфавитов, например кириллицы. В
современных информационных системах часто используют двухбайтовую таблицу Unicode, в которой
каждый символ кодируется двумя байтами, что позволяет кодировать 2
16
=65536 символов. Такая
таблица разработана одна и содержит символы всех национальных алфавитов и множество
специальных символов.
В традиционных кодировках для кодирования одного символа используется 8 бит. Легко
подсчитать по формуле 2.3, что такой 8-разрядный код позволяет закодировать 256 различных
символов.
Присвоение символу определенного числового кода – это вопрос соглашения. В качестве
международного стандарта принята
(American Standard Code for Information
Interchange), кодирующая первую половину символов с числовыми кодами от 0 до 127 (коды от 0 до 32
отведены не символам, а функциональным клавишам).
Национальные стандарты кодировочных таблиц включают международную часть кодовой
таблицы без изменений, а во второй половине содержат коды национальных алфавитов, символы
псевдографики и некоторые математические знаки. К сожалению, в настоящее время существуют пять
различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO), что вызывает
дополнительные трудности при работе с русскоязычными документами.
В конце 90-ых годов появился новый международный стандарт Unicode, который отводит под
один символ не один байт, а два, и поэтому с его помощью можно закодировать не 256, а 65536
различных символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие,
7
вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических,
музыкальных, химических и прочих символов.
3.5Кодирование графической информации
Компьютерная графика позволяет создавать и редактировать рисунки, схемы, чертежи,
преобразовывать изображения (фотографии, слайды и т.д.), представлять статистические данные
в форме деловой графики, создавать анимационные модели (научные, игровые и т.д.), обрабатывать
«живое видео».
В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация.
Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики
(большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие
фрагменты (точки), причем каждому элементу присваивается значение его цвета, т.е. код цвета (красный,
зеленый, синий и т.д.). Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых,
качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее
количество точек составляет изображение.
Во-вторых, чем большее количество цветов, т.е. большее количество возможных состояний точки
изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет
большее количество информации). Совокупность используемого набора цветов образует палитру цветов.
Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения,
которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат
определенное количество точек (пикселей).
Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно
выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет
использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний
день считается представление чёрно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями
серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно
восьмиразрядного двоичного числа.
Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции
произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три
основные цвета: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). На практике считается, что любой цвет,
видимый человеческим глазом, можно получить механического смешения этих трёх цветов. Такая
система кодирования получила название RGB по первым буквам основных цветов.
Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется
полноцветным (True Color).
Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, т.е. цвет,
дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов
дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно
дополнительными цветами являются: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow).
Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не
только для основных цветов, но и для дополнительных, т.е. любой цвет можно представить в виде
суммы голубой, пурпурной и жёлтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в
полиграфии, но в полиграфии используется ещё и четвёртая краска – чёрная (Black). Поэтому данная
система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (чёрный цвет обозначается буквой К,
потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе
надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим также называется полноцветным.
Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой
точки, то можно сократить объём данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно
сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом
High Color.
При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256
оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным.
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек,
из которых оно складывается. и глубиной цвета. Цветные изображения формируются в соответствии с
двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь
8
различную глубину цвета, которая задается используемым количеством бит для кодирования цвета
точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку.
Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов,
отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле (2.1):
N
= г
I
Глубина цвета и количество отображаемых цветов
Глубина цвета (I)
Количество отображаемых цветов (N)
4
2
4
=16
8
2
8
= 256
16 (Hiqh Color)
2
1в
= 65 536
24 (True Color)
2
24
= 16777216
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов:
красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB моделью, по 11111111)
Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото- и
кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой компьютерный формат путем пространственной
дискретизации. Это реализуется путем сканирования, результатом которого является растровое
изображение. Растровое изображение состоит из отдельных точек (пикселей - англ. pixel образовано от
словосочетания picture element, что означает элемент изображения), каждая из которых может иметь
свой цвет.
Качество растрового изображения определяется его разрешением (количеством точек по
вертикали и по горизонтали) и используемой палитрой цветов (16, 256, 65536 цветов и более). Из
формулы 2.2 можно определить какое количество бит информации необходимо выделить для хранения
цвета точки (глубину цвета) для каждой палитры цветов.
В современных компьютерах используются различные графические режимы экрана монитора,
каждый из которых характеризуется разрешающей способностью и глубиной цвета. Для реализации
каждого графического режима требуется определенный объем видеопамяти компьютера.
Пример Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации
графического режима монитора
High Color
с разрешающей способностью 1024
768 точек и палитрой из
65536 цветов.
Глубина цвета составляет: I = log
2
65 536 = 16 бит
Количество точек изображения равно: 1024
768 = 786 432
Требуемый объем видеопамяти равен: 16 бит
786 432 = 12 582 912 бит
1,2 Мбайта
Важнейшими характеристиками монитора являются размеры его экрана, которые задаются
величиной его диагонали в дюймах (15”, 17”, 21” и т.д.) и размером точки экрана (0,25 мм или 0,28 мм),
а разрешающая способность экрана монитора задается количеством точек по вертикали и горизонтали
(640
480, 800
600 и т.д.). Следовательно, для каждого монитора существует физически максимально
возможная разрешающая способность экрана.
К СЕМИНАРУ. Пример . Определить максимально возможную разрешающую способность
экрана для монитора с диагональю 15” и размером точки экрана 0,28 мм.
Выразим размер диагонали в сантиметрах: 2,54 см
15 = 38,1 см
Определим соотношение между высотой и шириной экрана для режима 1024
768 точек: 768 :
1024 = 0,75 . Определим ширину экрана. Пусть ширина экрана равна L, тогда высота равна 0,75L. По
теореме Пифагора имеем: L
2
+ (0,75L)
2
= 38,1
2
1,5625L
2
= 1451,61 L
2
929 L
30,5 см
Количество точек по ширине экрана равно: 305 мм : 0,28 мм = 1089 Максимально возможным
разрешением экрана монитора является 1024
768.
3.6 Двоичное кодирование звуковой информации
В аналоговой форме звук представляет собой волну с непрерывно меняющейся амплитудой и
частотой. При преобразовании звука в цифровую дискретную форму производится временная
дискретизация, при которой в определенные моменты времени амплитуда звуковой волны измеряется и
квантуется, т.е. ей присваивается определенное значение из некоторого фиксированного набора.
Данный метод называется еще импульсно-кодовой модуляцией PCM (Pulse Code Modulation).
9
Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность звуковых импульсов
различной амплитуды производится с помощью аналого-цифрового преобразователя размещенного на
звуковой плате. Современные 16-битные звуковые карты обеспечивают возможность кодирования
65536 различных уровней громкости или 16-битную глубину кодирования звука. Качество кодирования
звука зависит и от частоты дискретизации — количества измерений уровня сигнала в единицу времени.
Эта величина может принимать значения от 8 до 48 кГц.
Пример 2.54. Оцените информационный объем высокачественного стереоаудиофайла
длительностью звучания 1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц.
Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит
48 000
2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт
Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен: 187,5 Кбайт/с
60 с
11 Мбайт
Записанные звуковые файлы можно редактировать, т.е. вырезать, копировать и вставлять
фрагменты файла. Кроме того, можно увеличивать или уменьшать громкость, применять различные
звуковые эффекты (эхо, уменьшение или увеличение скорости воспроизведения, воспроизведение в
обратном направлении и др.), а также накладывать файлы друг на друга (микшировать). Можно также
изменять качество звука путем уменьшения или увеличения глубины кодирования и частоты
дискретизации. Для редактирования звуковых файлов применяются специальные программы –
звуковые редакторы.
5.История развития вычислительной техники
1.1История создания ВТ.
В 1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673
г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре
арифметических действия.
Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислителной машины
определил английский математик Чарльз Бэббидж (1792 – 1871). В 1833 был создан первый
многоцелевой компьютер, названный “аналитической машиной”. Она могла оперировать с 50
десятичными знаками и сохраняла до 1000 чисел. Бэббидж предложил не только идею программного
управления процессом вычислений, но и использование перфокарт для ввода и вывода данных.
Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий ученый
Конрад Цузе. Работы им начаты в 1933 г., а через три года построена модель механической
вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, а в качестве
элементной базы - реле.
Первым электронным компьютером можно назвать систему, созданную в 1942 году Джоном
Атанасовым. В этом устройстве в качестве переключателей использовались вакуумные лампы.
В 1943 г. американец Говард Айкен с помощью работ Бэббиджа на основе электромеханических
реле, смог построить на одном из предприятий фирмы IBM машину под названием “Марк – 1” – первый
программно-управляемый компьютер.
В 1943 г. под руководством Джона Мошли и Преспера Экерта были начаты работы по созданию
первой электронной машины ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) на основе
электронных ламп, выполнявшая 300 оп/с.
В 1945 г. математик Джон фон Нейман в одном из своих докладов сформулировал общие
принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. А именно компьютер должен
иметь:
Арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические
операции;
Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
Внешние устройства для ввода-вывода информации.
Он также выдвинул идею о том, что программы можно изменять, не меняя аппаратного
обеспечения. Первая российская ЭВМ - МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) была создана
в 1951 г. под руководством С. А. Лебедева. Она была одной из первых в мире и первой на европейском
континенте ЭВМ с хранимой в памяти программой.
10
a.
История развития ВТ.
Первое поколение. К
первому поколению
обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х
годов. В их схемах использовались
электронные лампы
. Эти компьютеры были
огромными,
неудобными и слишком дорогими машинами
, которые могли приобрести только крупные
корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли
много тепла. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.
Для ввода-вывода
использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.
Второе поколение.
Второе поколение
компьютерной техники — машины, сконструированные
примерно в 1955—65 гг. Характеризуются использованием в них как
электронных ламп
, так и
дискретных транзисторных логических элементов
. Их оперативная память была построена на
магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-
вывода, появились высокопроизводительные
устройства для работы с магнитными лентами,
магнитные барабаны и первые магнитные диски
.
Быстродействие
— до сотен тысяч операций в секунду,
ёмкость памяти
— до нескольких
десятков тысяч слов.
Третье поколение. Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов.
Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество
людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться
установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием
различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры.
Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно
совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также
называются микросхемами.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают
возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ.
Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная
система или же непосредственно сама машина.
Примеры машин третьего поколения — семейства IBM—360, IBM—370, ЕС ЭВМ (Единая
система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.
Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов
операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
Четвёртое поколение
— это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после
1970 года.
Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно
отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения
проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и
упрощение процесса программирования для конечного пользователя.
В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование
интегральных схем
в
качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с
произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.
C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой
многопроцессорные и
многомашинные комплексы,
работающие на общую память и общее поле внешних устройств.
Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость
оперативной памяти порядка 1 — 64 Мбайт.
Для них характерны:
применение персональных компьютеров;
телекоммуникационная обработка данных;
широкое применение систем управления базами данных;
элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.