Файл: Вопрос Понятие, структура и задачи информатики.docx

мощность алфавита из заглавных русских букв, цифр и дополнительных символов (( ) . , ! ? « « : - ; (пробел)) – равна 54.

Рассмотрим вопрос: сколько информации несет один символ в русском языке? Для простоты предположим, что каждый символ в тексте с одинаковой вероятностью может быть любым символом алфавита.

Тогда, согласно известной нам формуле 2^I =N, каждый такой символ несет I бит информации, которое можно определить из решения уравнения:

 

2^I = 54.

 

Получаем: I = 5.755 бит. Вот сколько информации несет один символ в русском тексте.

А теперь для того, чтобы найти количество информации во всем тексте, нужно посчитать число символов в нем и умножить на I. Посчитаем, например, количество информации на одной странице книги.

Пусть страница содержит 50 строк. В каждой строке – 60 символов. Значит, на странице умещается 50 x 60=3000 знаков. Тогда объем информации будет равен: 5,755бит х 3000 = 17265 бит.

Сформулируем полученный вывод. При алфавитном подходе к измерению информации количество информации зависит не от содержания, а от размера текста и мощности алфавита.

А что если алфавит состоит только из двух символов 0 и 1?

В этом случае:

 

N = 2; 2^I = N = 2; I = 1.

 

Значит, при использовании двоичной системы (алфавит состоит из двух знаков: 0 и 1) каждый двоичный знак несет 1 бит информации.

Интересно отметить, что сама единица измерения информации «бит» получила свое название от английского сочетания «binary digit» – «двоичная цифра».

Удобнее всего измерять информацию, когда размер алфавита N равен целой степени двойки. Например, если N = 16, то каждый символ несет 4 бита информации, потому что 2⁴ = 16. А если N = 32, то один символ «весит» 5 бит. Ограничения на максимальный размер алфавита теоретически не существует. Однако есть алфавит, который можно назвать достаточным. Это алфавит мощностью 256 символов. В алфавит такого размера можно поместить все практически необходимые символы: латинские и русские буквы, цифры, знаки арифметических операций, всевозможные скобки, знаки препинания.

Поскольку 256 = 2⁸, то один символ этого алфавита «весит» 8 бит. Причем 8 бит информации – это настолько характерная величина, что ей даже присвоили свое название – байт.

 

1 байт = 8 бит

 

Сегодня очень многие люди для подготовки писем, документов, статей, книг и пр. используют компьютерные текстовые редакторы. Компьютерные редакторы, в основном, работают с алфавитом размером 256 символов.

---

В этом случае легко подсчитать объем информации в тексте. Если 1 символ алфавита несет 1 байт информации, то надо просто сосчитать количество символов; полученное число даст информационный объем текста в байтах.

Пример. Пусть текст небольшой книжки, набранный с помощью компьютера, содержит 150 страниц, на каждой странице – 40 строк, в каждой строке — 60 символов.

Значит, страница содержит 40 x 60 = 2400 байт информации.

Объем всей информации в книге: 2400 х 150 = 360 000 байт.

---

Вопрос 3. Представление информации в ЭВМ.

Компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видеоинформацию. Вся информация в ЭВМ представлена в виде двоичных кодов. Как известно (из предыдущего раздела), 1 бит – это наименьшая единица информации для обозначения одного двоичного разряда, способного принимать значение 0 или 1.

Биты нумеруются справа налево, начиная с нулевого разряда. С помощью набора битов можно представить любой символ (число, букву или знак). Однако отражать данные в такой форме не совсем удобно, и биты группируются в пакеты по 8 бит. Поэтому обычно информация представляется байтами. Комбинируя возможные комбинации из 8 бит (байт), можно получить 256 (2⁸) различных кодов.

Для кодирования символов в ЭВМ используют кодовые таблицы. На сегодняшний день стандартом де-факто является таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией), в котором каждый символ закодирован десятичным числом (от 0 до 255):

     коды 0…31 — для специальных (управляющих) клавиш;

     коды 32…127 — для цифр, латинских букв и стандартных знаков;

     коды 128…255 — для букв национальных алфавитов и специальных знаков.

 

Кодировка согласно таблице ASCII (код принят в 1963 г.) используется в операционных системах семейства Windows, и ее часто называют кодировкой CP-1251 (Code Page — кодовая страница). Также существуют кодировки CP-866 (для DOS) и КОИ-81 (для Unix). В настоящее время широко распространилась альтернативная кодовая таблица (в стандарте Unicode), позволяющая представить большее количество символов. В ней на каждый символ отводится 2 байта, поэтому можно закодировать 65 536 (216) различных символов.

Графическая информация (в отличие от текстовой) представляется на экране в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих определенное количество точек (пикселей), имеющих свой цвет, заданный специальным кодом. В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация — построение изображения из большого количества отдельных цветных точек.

---

Иначе кодируется звуковая информация. Любая звуковая волна имеет непрерывно меняющиеся частоту и амплитуду. При увеличении амплитуды сигнала усиливается громкость звука, а при увеличении его частоты повышается тональность. Для обработки в ЭВМ звуковая (аналоговая) информация кодируется в виде последовательности цифровых импульсов в процессе дискретизации звука. Дискретизация — это преобразование непрерывных звуков (или изображений) в набор дискретных значений в закодированной форме.

Для представления числовой информации используется двоичная система счисления. В ЭВМ применяются две формы представления чисел:

1)      в естественной форме (с фиксированной запятой) все числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным положением запятой, отделяющей целую часть от дробной, например, 12 345,6789. Эта форма наиболее проста, естественна, но имеет небольшой диапазон представления чисел и поэтому не всегда применима при вычислениях;

2)      в вещественной форме (с плавающей запятой) каждое число изображается в виде двух групп цифр: мантиссы (абсолютная величина которой должна быть меньше 1) и порядка (целое число).

 

Например, числу 2 000 000 в естественной форме соответствует число 0,2Е7 в вещественной форме, где 0,2 — мантисса числа, а 7 — порядок числа (степень, в которую надо возвести основание системы счисления (в нашем примере – 10) для получения исходного числа – 0,2 · 107 = 2 000 000). Эта форма представления имеет огромный диапазон отображения чисел и является основой в современных ЭВМ.

В персональном компьютере могут обрабатываться поля постоянной и переменной длины. Размеры полей постоянной длины:

     полуслово — 1 байт;

     слово — 2 байта;

     двойное слово — 4 байта;

     расширенное слово — 8 байт.

 

Числа с фиксированной запятой чаще всего имеют формат полуслова или слова, числа с плавающей запятой — формат двойного или расширенного слова. Поля переменной длины могут иметь любой целый размер от 1 до 256 байт.

Для измерения «емкости» памяти используются биты и байты. В современных ЭВМ используются производные единицы измерения информации:

     1 килобайт (КБайт — КБ) = 2¹⁰ байт = 1024 байта;

     1 мегабайт (МБайт — МБ) = 2²⁰ байт = 1024 KБ = 1 048 576 байт;

     1 гигабайт (ГБайт — ГБ) = 2

---

³⁰ байт = 1024 МБ;

     1 терабайт (ТБайт — ТБ) = 2⁴⁰ байт = 1024 ГБ;

     1 петабайт (ПБайт — ПБ) = 2⁵⁰ байт = 1024 ТБ;

     1 экзабайт (ЭБайт — ЭБ) = 2⁶⁰ байт = 1024 ПБ;

     1 зеттабайт (ЗБайт — ЗБ) = 2⁷⁰ байт = 1024 ЭБ;

     1 йоттабайт (ЙБайт — ЙБ) = 2⁸⁰ байт = 1024 ЗБ.

 

В физике термин «кило» означает 1000, а в информатике — 1024, так как это число более естественно для вычислительных машин, которые в основе своей арифметики используют число 2 (как человек применяет 10). Поэтому числа 10, 100, 1000 и т.д. удобны для человека, а числа 2, 4, 8, 16, …, 1024 (2¹⁰) и т.д. «удобны» для ЭВМ.

Например, одна страница стандартного машинописного текста формата А4 содержит примерно 3 KБ информации, а цветная фотография размером 10 см х 15 см – около 8 МБ (в несжатом виде).

---