Файл: Информация в материальном мире (Кодирование информации).pdf

Кроме того, информация обладает динамическими свойствами. Динамические свойства связаны с изменением информации во времени:

• копирование – размножение информации
• передача от источника к потребителю
• перевод с одного языка на другой
• перенос на другой носитель
• старение (физическое – носителя, моральное – ценностное).

Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная. При этом следует учитывать, что и необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. Социальная (общественная) информация обладает еще и дополнительными свойствами:

• имеет семантический (смысловой) характер, т. е. понятийный, так как именно в понятиях обобщаются наиболее существенные признаки предметов, процессов и явлений окружающего мира.
• имеет языковую природу (кроме некоторых видов эстетической информации, например изобразительного искусства). Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) языках, записано в виде математических формул и т.д.

Со временем количество информации неуклонно растёт, она накапливается и происходит её систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации. Слово кумуляция образовано от латинского cumulatio, и означает "увеличение, скопление".

Информация имеет свойство устаревать. Это проявляется в уменьшении её ценности со временем. Информация устаревает из-за появления новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю. Научно-техническая информация стареет быстрее, а эстетическая (произведения искусства) – медленнее.

2. Кодирование информации

Под кодированием информации понимается её представление в альтернативном виде. В качестве элементов кодируемой информации могут выступать:

• буквы, слова и фразы естественного языка;
• различные символы, такие как знаки препинания, арифметические и логические операции, операторы сравнения и т.д. Следует отметить, что сами знаки операций и операторы сравнения – это кодовые обозначения;
• числа;
• аудиовизуальные образы;
• ситуации и явления;
• наследственная информация.

Кодовые обозначения могут представлять собой:

• буквы и сочетания букв естественного языка;
• числа;
• графические обозначения;
• электромагнитные импульсы;
• световые и звуковые сигналы;
• набор и сочетание химических молекул.

---

Кодирование информации может выполняться в различных целях. Например, в целях удобства хранения, обработки и передачи информации (как правило, закодированная информация представляется более компактно, а также пригодна для обработки и передачи автоматическими программно-техническими средствами). Также кодирование информации способствует удобству информационному обмену между субъектами и наглядности отражения информации.

Кодом называется правило, которое описывает соответствие знаков (или их словосочетаний) одного алфавита знакам (или их сочетаниям) другого алфавита.

Декодирование - операция, обратная кодированию, т.е. восстановление информации в первичном алфавите по полученной последовательности кодов.

Операции кодирования и декодирования являются обратимыми, если в результате их последовательного применения происходит возврат к исходной информации без потерь.

Примером обратимого кодирования является представление знаков в телеграфном коде при передаче сообщений и восстановление их при приеме.

Примером необратимого кодирования является перевод текста с одного естественного языка на другой (обратный перевод побуквенно обычно не соответствует исходному тексту).

Кодирование информации бывает одноуровневым и многоуровневым. Примером одноуровневого кодирования служат световые сигналы, подаваемые светофором (красный – стой, желтый – приготовиться, зеленый – вперед). В качестве многоуровневого кодирования можно привести представление визуального (графического) образа в виде файла фотографии. Вначале визуальная картинка разбивается на составляющие элементарные элементы (пикселы), т.е. каждая отдельная часть визуальной картинки кодируется элементарным элементом. Каждый элемент представляется (кодируется) в виде набора элементарных цветов (RGB: англ. red – красный, green – зеленый, blue – синий) соответствующей интенсивностью, которая в свою очередь представляется в виде числового значения. Впоследствии наборы чисел, как правило, преобразуются (кодируются) с целью более компактного представления информации (например, в форматах jpeg, png и т.д.). И наконец, итоговые числа представляются (кодируются) в виде электромагнитных сигналов для передачи по каналам связи или областей на носителе информации. Следует отметить, что сами числа при программной обработке представляются в соответствии с принятой системой кодирования чисел.

Существуют общедоступные и секретные системы кодирования. Первые используются для облегчения информационного обмена, вторые – в целях сокрытия информации от посторонних лиц.

---

Применения кодов нашло обширное применение в жизни общества. В качестве распространённых кодовых систем можно привести:

• дорожные знаки;
• обозначение химических элементов из периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева;
• сокращенные наименования дисциплин в расписании занятий студентов.

По мере развития человечества, появлялись новые возможности отправки сообщений, в том числе срочных сообщений. В 1831 году Майкл Фарадей сделал открытие, которое буквально перевернуло мир: он изобрел способ получения электрического тока. И чуть ли не сразу же электрический ток был использован для передачи сообщений.

На основе теоретических разработок английского учёного Шиллинга, американский изобретатель Сэмюэл Морзе создал и широко внедрил в практику телеграфные аппараты и линии связи. Морзе пришлось создавать язык, отчасти похожий на язык африканского барабанного телеграфа. И электрический ток, и барабан, имеют весьма небогатый собственный язык. По барабану можно либо стучать, либо нет. Электрический ток или идет, или его нет. Поэтому и кодировка, предложенная Морзе, использовала всего три своеобразные буквы: длинный сигнал (тире), короткий сигнал (точка), нет сигнала (пауза) - для разделения букв. Так, знаменитый сигнал SOS - (Save Our Souls - спасите наши души) кодируется так:

<точка>, <точка>, <точка> - S

<пауза>

<тире>, <тире>, <тире> - O

<пауза>

<точка>, <точка>, <точка> - S

Рис. 2. Фрагмент азбуки Морзе

Одна и та же информация может быть закодирована в нескольких формах. Наиболее распространённым способом является двоичное кодирование. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде символов двоичного алфавита. Двоичный алфавит состоит из двух цифр: 0 и 1. Цифровые ЭВМ (персональные компьютеры относятся к классу цифровых) используют двоичное кодирование любой информации. В основном, это объясняется тем, что построить техническое устройство, безошибочно различающее 2 разных состояния сигнала, технически оказалось проще, чем то, которое бы безошибочно различало 5 или 10 различных состояний.

Двоичное кодирование, к сожалению, не лишено недостатков. К одним из главных недостатков можно отнести длинные записи двоичных кодов, что затрудняет работу с ними.

Среди всего разнообразия информации, обрабатываемой на компьютере, значительную часть составляют числовая, текстовая, графическая и аудиоинформация.

---

2.1. Кодирование символьной (текстовой) информации

С точки зрения ЭВМ, текст состоит из отдельных символов. К числу символов принадлежат не только буквы (заглавные или строчные, латинские или русские), но и цифры, знаки препинания, спецсимволы типа "=", "(", "&" и т.п. и даже пробелы между словами).

Текстовая информация вводится в память компьютера с помощью клавиатуры. На клавишах написаны привычные нам буквы, цифры, знаки препинания и другие символы. В оперативную память они попадают в двоичном коде. Это значит, что каждый символ представляется 8-разрядным двоичным кодом.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту, т. е. I = 1 байт = 8 бит. При помощи формулы, которая связывает между собой количество возможных событий К и количество информации I, можно вычислить сколько различных символов можно закодировать (считая, что символы - это возможные события): К = 2I = 28 = 256, т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и строчные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и пр.

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111. Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.

Удобство побайтового кодирования символов очевидно, поскольку байт - наименьшая адресуемая часть памяти и, следовательно, процессор может обратиться к каждому символу отдельно, выполняя обработку текста. С другой стороны, 256 символов – это вполне достаточное количество для представления самой разнообразной символьной информации.

В процессе вывода символа на экран компьютера произ­водится обратный процесс — декодирование, то есть преоб­разование кода символа в его изображение. Важно, что присвоение символу конкретного кода — это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице.

Теперь нужно определиться, какой именно восьмиразрядный двоичный код поставить в соответствие каждому символу. Понятно, что это дело условное, можно придумать множество способов кодировки. Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255. Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Этот код просто порядковый номер символа в двоичной системе счисления.

---

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки. В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код для информационного обмена), кодирующая первую половину символов с числовыми кодами от 0 до 127 (коды от 0 до 32 отведены не символам, а функциональным клавишам).

Рис. 3. Стандартная часть кода таблицы ASCII

2.2. Кодирование графической информации

Графическая информация может быть представлена в дискретной или аналоговой форе. Так, например, изображение, которое напечатано при помощи принтера и состоит из отдельных точек (элементов) разного цвета, является дискретным представлением, а живописное полотно, созданное художником, является примером аналогового представления.

Преобразованием графической информации из аналоговой формы в дискретную происходит путём разбиения графического изображения. Этот процесс называется дискретизацией. При этом производится кодирование, т.е. присвоение каждому элементу графического изображения конкретного значения в форме кода. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Векторная графика используется для представления таких графических изображений как рисунки, чертежи, схемы. Они формируются из объектов - набора геометрических примитивов (точки, линии, окружности, прямоугольники), которым присваиваются некоторые характеристики, например, толщина линий, цвет заполнения.

Изображение в векторном формате упрощает процесс редактирования, так как изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться. При этом каждое преобразование уничтожает старое изображение (или фрагмент), и вместо него строится новое. Такой способ представления хорош для схем и деловой графики. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты точек, используя которые программа каждый раз воссоздает изображение заново. У векторной графики присутствуют некоторые недостатки, основным из которых является невозможность изображения фотографического качества. В векторном формате изображение всегда будет выглядеть, как рисунок.

---