ЛЕКЦІЯ №3 Фізичне представлення обробляємої інформації

 План лекції:

1 Поняття інформації

2 Класифікація інформації.

3 Способи представлення інформації

4 Кодування алфавітно-цифрової інформації

5 Форми представлення чисел

 

1 Поняття інформації

У побуті інформацією називають будь-які дані чи факти , які кого або цікавлять ( повідомлення про яких або події , про чию-небудь діяльність) .

У техніці під інформацією розуміють повідомлення , передані у формі знаків або сигналів.

У кібернетиці під інформацією розуміють ту частину знань , яка використовується для орієнтування , активної дії , управління, тобто в цілях збереження , вдосконалення , розвитку системи.

 

2 Класифікація інформації.

Інформація може класифікуватися по:

а ) ознаками, що відображає структуру даних і форму подання інформації (за рівнями складності (сигнал , повідомлення документ , інформаційний масив), за типом сигналу ( аналогова , цифрова) , за способами кодування та подання (цифрова , символьна , графічна ), по організації даних ( таблична, текстова , графічна ) .

б) змістом предметної області застосування ( біржова і фінансова, комерційна , науково-технічна , правова , медична та ін.)

 

3 Способи представлення інформації

Першою технологічною формою отримання, передачі, зберігання інформації було аналогове (безперервне) подання звукового, оптичного, електричного або іншого сигналу (повідомлення). Магнітна аудіо-та відеозапис, фотографування, запис на вінілові грамплатівки, провідне й радіомовлення — основні способи збереження і передачі інформації в аналоговій формі.

Аналого-цифрове перетворення (АЦП) полягає у формуванні послідовностей n — розрядних двійкових слів, що представляють із заданою точністю аналогові сигнали. АЦП виготовляються у вигляді інтегральних схем.

Дискретний (цифровий ) сигнал має кінцеве, зазвичай невеличке, число значень .

 

У цифрових системах використовуються двійкові сигнали, що мають значення + і — . Разом з тим , при передачі даних в більшості випадків застосовуються трійчастий сигнали: +, 0, — (рисунок 1). Тут «1» представляється відсутністю потенціалу в каналі, тоді як «0» характеризується позитивним або негативним імпульсом. При цьому полярність імпульсів , що представляють «0» повинна чергуватися, тобто за позитивним (+) повинен слідувати негативний ( -) і навпаки. Цифрові сигнали у порівнянні з аналоговими мають ряд переваг: завадостійкість , легкість відновлення форми, простота апаратури передачі.

 

 

 

 Рисунок 1 – Двійникові та трійчасті сигнали

 

Найбільш популярним пристроєм з цифровим способом зберігання інформації є аудиокомпакт — диск ( digital audio CD ) (рисунок 2) .

 

Рисунок 2 – Кодування звукового сигналу

 

  У цьому випадку звуковий сигнал спочатку перетворюється в дискретну апроксимацію (багаторівневий ступінчастий сигнал), при цьому відбувається квантування в часі, який полягає у вимірюванні в дискретні проміжки часу необхідного параметра аналогового сигналу. Крім того здійснюється квантування по амплітуді. Елемент розбиття цього сигналу іменують квантом .

 4 Кодування алфавітно-цифрової інформації

4.1 Двійкове кодування мультимедіа інформації

Графічна інформація на екрані дисплея представляється у вигляді зображення , яке формується з точок (пікселів). Роздільна здатність (кількість точок на екрані дисплея) , а також кількість квітів залежать від відеоадаптера і можуть мінятися програмно .

Кольорові зображення можуть мати різні режими : 16 , 256 , 65536 ( high color), 16 777 216 ( true color ) кольорів.

Кількість біт на точку (піксель) , наприклад режиму high color , одно: I = log265536 = 16біт = 2 байти.

Найбільш поширеною роздільною здатністю екрану є 800 на 600 точок , тобто 480000 точок . Тоді необхідний для режиму high color обсяг відеопам’яті:

V = 2 байта × 480000 = 960000 байт = 937,5 Кбайт.

У відеопам’яті комп’ютера зберігається бітовий план, який є двійковим кодом зображення , звідси вона зчитується (не рідше 50 разів на сек.) і відображається на екрані.

 

4.1 Двійкове кодування звукової інформації.

При довічним кодуванні аналогового звукового сигналу безперервний сигнал дискретизується (оцифровується) тобто замінюється серією окремих вибірок . Якість двійкового кодування залежить від двох параметрів: кількості розпізнаваних дискретних рівнів сигналу і кількості вибірок в секунду. Наприклад обсяг моноаудіофайла з тривалістю звучання 1 с. при середній якості звуку ( 16 біт (карта вибірки ) , 22 кГц (частота дискретизації )) .

Для цього 16 біт * 22000 вибірок в сек. = 43 Кбайта .

 

4.2 Кодування відеоінформації .

У зв’язку з великим обсягом інформації, що міститься в відео потоці , для запису інформації в ЕОМ зазвичай застосовують стислий кодування даних на вході з використанням алгоритмів сімейства MPEG \ JPEG.

5 Форми представлення чисел.

У ЕОМ застосовуються дві форми подання чисел :

 — Природна форма , або форма з фіксованою комою — ФК ;

 — Нормальна форма , або форма з плаваючою комою — ПК .

 

У формі подання з фіксованою комою числа зображуються у вигляді послідовності цифр з постійним для всіх чисел становищем коми, що відокремлює цілу частину від дробової .

Наприклад , +00721,35500

+00000,00328

-10301,20260

Ця форма найбільш проста, але має невеликий діапазон представлення чисел і тому найчастіше неприйнятна при обчисленнях .

У пам’яті ЕОМ числа з фіксованою точкою зберігаються в трьох форматах:

а ) півслово — ( 16 біт або 2 байти);

б) слово — ( 32 біта або 4 байти);

в) подвійне слово — ( 64 біта або 8 байтів ) .

Негативні числа в ФК записуються в розрядну сітку в додаткових кодах.

 

У формі подання з плаваючою комою число зображується у вигляді двох груп цифр : мантиса і порядок.

Наприклад: +0,721335 ´103

+0,325 ´10-3

-0,32659336 ´105

Ця форма подання забезпечує великий діапазон відображення чисел і є основною в комп’ютерах.

10,3510 = 0,1035 ´ 10 +2

0,000072458 = 0,7245 ´ 8-4

F5C , 9B16 = 0 , F5C9B ´16 +3

У пам’яті ЕОМ числа з плаваючою точкою зберігаються у двох форматах:

а ) слово — ( 32 біта або 4 батів ) ;

б) подвійне слово — ( 64 біта або 8 батів ) .


Додаткові матеріали:

  1. СРС 3. Вимірення кількості інформації
  2. Мультимедійна презентація «Кодування інформації»  ПЕРЕГЛЯНУТИ
  3. Відео-урок «Кодування даних в комп’ютері»


Контрольні питання:

  1. Що собою представляє інформація у побуті?
  2. Що собою представляє інформація у техніці?
  3. Що собою представляє інформація у кібернетиці?
  4. За якими ознаками класифікується інформація ?
  5. У якій першій технологічній формі подавалася інформація ?
  6. Що таке АЦП?
  7. Які є способи кодування цифрових сигналів?
  8. Як проходить кодування (оцифровка) аналогового звукового сигналу?
  9.   Як проводиться двійкове кодування мультимедіа інформації ?
  10.  Як проводиться двійкове кодування звукової інформації ?
  11. Як проводиться двійкове кодування відеоінформації ?
  12. Які є форми подання чисел ?
  13. Які з форм представлення чисел найбільш проста?
  14. Яка з форм являється основною в комп’ютерах ?

 


 

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.

2 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 5-е издание, Питер, 2007. – 830 с.

3 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html