 |
Представлениедругих видов информации
|
|
|
|
До последнего времени практически все системы связи России, системы передачи аудио- и видеоинформации, включая центральное радио и телевидение, строились на принципах передачи аналоговой информации. Это подразумевало выполнение процедур модуляции (преобразование данных в высокочастотные сигналы при передаче) и демодуляции для обратного преобразования и воспроизведения принятых данных.
С развитием микроэлектроники и компьютерных технологий все большее распространение получают цифровые системы передачи данных. В их основу положены процедуры квантования аналоговой информации по времени и величине. Значения функции y=f(t) измеряются с большой точностью в моменты времени 0, Dt, 2Dt,..., nDt (Dt =const). Эта последовательность дискретных измерений пересылается абоненту, у которого по ним воссоздается значение функции. Качество воспроизведения функции y=f(t) при Dt ® 0 может быть очень высоким. Более подробно эти вопросы освещаются в п. 13.6.
По скорости изменения обрабатываемых цифровых данных информация может быть условно разделена на два вида: статический и динамический. Например, числовая, логическая и символическая информация является статической, так как ее значение не связано со временем. В отличие от перечисленных типов вся аудиоинформация имеет динамический характер. Она существует только в режиме реального времени, ее нельзя остановить для более подробного изучения. Если изменить масштаб времени (увеличить или уменьшить), аудиоинформация искажается. Это свойство иногда используется для получения звуковых эффектов.
Видеоинформация может быть как статической, так и динамической. Статическая видеоинформация включает текст, рисунки, графики, чертежи, таблицы и др. Рисунки делятся также на плоские — двумерные и объемные — трехмерные.
|
|
|
Динамическая видеоинформация — это видео-, мульт- и слайд-фильмы. В их основе лежит последовательное экспонирование на экране в реальном масштабе времени отдельных кадров в соответствии со сценарием.
Динамическая видеоинформация используется либо для передачи движущихся изображений (анимация), либо для последовательной демонстрации отдельных кадров вывода (слайд-фильмы).
Для демонстрации анимационных и слайд-фильмов используются различные принципы. Анимационные фильмы демонстрируются так, чтобы зрительный аппарат человека не мог зафиксировать отдельные кадры. В современных высококачественных мониторах и в телевизорах с цифровым управлением электронно-лучевой трубкой кадры сменяются до 70 раз в секунду, что позволяет высококачественно передавать движение объектов.
При демонстрации слайд-фильмов каждый кадр экспонируется на экране столько времени, сколько необходимо для восприятия его человеком (обычно от 30 с до 1 мин.). Слайд-фильмы можно отнести к статической видеоинформации.
По способу формирования видеоизображения бывают растровые, матричные и векторные.
Растровые видеоизображения используются в телевидении, а в ЭВМ практически не применяются.
Матричные изображения получили в ЭВМ наиболее широкое распространение. Изображение на экране рисуется электронным лучом точками.
Информация представляется в виде характеристик значений каждой точки — пиксела (picture element), рассматриваемой в качестве наименьшей структурной единицы изображения. Количество высвечиваемых одновременно пикселов на экране дисплея определяется его разрешающей способностью. В качестве характеристик графической информации выступают: координаты точки (пиксела) на экране, цвет пиксела, цвет фона (градация яркости). Вся эта информация хранится в видеопамяти дисплея. При выводе графической информации на печать изображение также воспроизводится по точкам.
|
|
|
Изображение может быть представлено и в векторной форме. Тогда оно составляется из отрезков линий (в простейшем случае — прямых), для которых задаются: начальные координаты, угол наклона и длина отрезка (может указываться и код используемой линии). Векторный способ имеет ряд преимуществ перед матричным: изображение легко масштабируется с сохранением формы, является «прозрачным» и может быть наложено на любой фон и т.д.
Способы представления информации в ЭВМ, ее кодирование и преобразование имеют очень большое значение в информационных системах. Они сильно зависят от стандартов, используемых в отдельных странах и фирмах, от типа приобретенного и действующего оборудования и других условий. С появлением вычислительных сетей, в которых информация циркулирует между странами и континентами, претерпевая многократные перекодировки, возникла проблема адекватного ее воспроизведения. Существует множество стандартов (и они продолжают множиться), используемых в сетях связи и представлении данных в ПК (МТК-5, КОИ-7, ДКОИ-8, EBDIC, кодировки DOS, 866, Windows-1251, Западно-европейская и др.). Рассмотрим особенности такого кодирования.
Для кодирования символьной и текстовой информации последовательно используется несколько систем кодировок. При вводе информации с клавиатуры нажатие определенной клавиши вырабатывает так называемый scan-код, представляющий собой двоичное число, равное порядковому номеру клавиши.
Номер нажатой клавиши никак не связан с формой символа, нанесенного на клавише. Опознание символа и присвоение ему внутреннего кода ЭВМ производится специальной программой по специальным таблицам: ДКОИ, КОИ-7, ASCII (Американский стандартный код передачи информации).
Всего с помощью таблицы кодирования ASCII (табл. 2.1) можно закодировать 256 различных символов. Эта таблица разделена на две части: основную (с кодами от OOh до 7Fh) и дополнительную (от 80h до FFh, где буква h обозначает принадлежность кода к шестнадцатеричной системе счисления).
Первая половина таблицы стандартизована. Она содержит управляющие коды (от 00h до 20h и 77). Эти коды в таблице занимают две первые строки. Они не относятся к текстовым элементам, поэтому часть из них опущена. Здесь же размещаются знаки пунктуации и математические знаки: 21h —!, 26h — &, 28h — (, 2Bh —+,..., большие и малые латинские буквы: 41h — A, 61h — а,...
|
|
|
Таблица 2.1
Таблица кодирования текстовой информации АSСП
Вторая половина таблицы содержит национальные шрифты, символы псевдографики, из которых могут быть построены таблицы, специальные математические знаки. Нижнюю часть таблицы кодировок можно заменять, используя соответствующие драйверы — управляющие вспомогательные программы. Этот прием позволяет применять несколько шрифтов и их гарнитур.
Дисплей по этому коду должен вывести на экран изображение символа — не просто цифровой код, а соответствующую ему картинку, так как каждый символ имеет свою форму.
Описание формы каждого символа хранится в специальной памяти дисплея — знакогенераторе.
Высвечивание символа на экране дисплея IBM PC осуществляется с помощью точек, образующих символьную матрицу. Каждый пиксел в такой матрице является элементом изображения и может быть ярким или темным. Темная точка кодируется цифрой «О», светлая (яркая) — цифрой «1».
Если изображать в матричном поле знака темные пикселы точкой, а светлые — звездочкой, то можно графически изобразить форму символа.
Программы, работающие в операционной среде Windows, применяют совершенно другую кодовую таблицу, поддерживающую векторные шрифты TrueType. В ней отсутствуют все символы псевдографики, так как используется настоящая графика.
Кодирование аудиоинформации — процесс более сложный. Аудиоинформация является аналоговой. Для преобразования ее в цифровую форму используют аппаратные средства: аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в результате работы которых аналоговый сигнал оцифровывается — представляется в виде числовой последовательности. Для вывода оцифрованного звука на аудиоустройства необходимо проводить обратное преобразование, которое осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).
|
|
|
Арифметические основы ЭВМ
Все современные ЭВМ имеют достаточно развитую систему команд, включающую десятки и сотни машинных операций. Однако выполнение любой операции основано на использовании простейших микроопераций типа сложения и сдвиг. Это позволяет иметь единое арифметико-логическое устройство для выполнения любых операций, связанных с обработкой информации. Правила сложения двоичных цифр двух чисел А и В представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2 Правила сложения двоичных цифр
Здесь показаны правила сложения двоичных цифр аi, bi, одноименных разрядов с учетом возможных переносов из предыдущего разряда рi-1.
Подобные таблицы можно было бы построить для любой другой арифметической или логической операции (вычитание, умножение и т.д.), но именно данные этой таблицы положены в основу выполнения любой операции ЭВМ. Под знак чисел отводится специальный знаковый разряд. Знак «+» кодируется двоичным нулем, а знак «-» — единицей. Действия над прямыми кодами двоичных чисел при выполнении операций создают большие трудности, связанные с необходимостью учета значений знаковых разрядов:
• во-первых, следует отдельно обрабатывать значащие разряды чисел и разряды знака;
• во-вторых, значение разряда знака влияет на алгоритм выполнения операции (сложение может заменяться вычитанием и наоборот). Во всех без исключения ЭВМ все операции выполняются над числами, представленными специальными машинными кодами. Их использование позволяет обрабатывать знаковые разряды чисел так же, как и значащие разряды, а также заменять операцию вычитания операцией сложения.
Различают прямой код (П), обратный код (ОК) и дополнительный код (ДК) двоичных чисел.
Машинные коды
Прямой код двоичного числа образуется из абсолютного значения этого числа и кода знака (нуль или единица) перед его старшим числовым разрядом.
Пример 2.5.
Точечной вертикальной линией здесь отмечена условная граница, отделяющая знаковый разряд от значащих.
Обратный код двоичного числа образуется по следующему правилу. Обратный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Обратный код отрицательного числа содержит единицу в знаковом разряде числа, а значащие разряды числа заменяются на инверсные, т.е. нули заменяются единицами, а единицы — нулями.
Пример 2.6.
Свое название обратный код чисел получил потому, что коды цифр отрицательного числа заменены на инверсные. Укажем наиболее важные свойства обратного кода чисел:
|
|
|
• сложение положительного числа С с его отрицательным значением в обратном коде дает так называемую машинную единицу МЕок=1¦ 11…111, состоящую из единиц в знаковом и в значащих разрядах числа;
• нуль в обратном коде имеет двоякое значение. Он может быть как положительным числом — 0¦ 00...0, так и отрицательным — 1 ¦ 11...11. Значение отрицательного нуля совпадает с МЕок. Двойственное представление нуля явилось причиной того, что в современных ЭВМ все числа представляются не обратным, а дополнительным кодом.
Дополнительный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа представляет собой результат суммирования обратного кода числа с единицей младшего разряда (20 — для целых чисел, 2-k — для дробных).
Пример 2.7.
Укажем основные свойства дополнительного кода:
• сложение дополнительных кодов положительного числа С с его отрицательным значением дает так называемую машинную единицу дополнительного кода:
МЕдк=МЕок+20=10¦ 00...00,
т.е. число 10 (два) в знаковых разрядах числа;
• дополнительный код получил такое название потому, что представление отрицательных чисел является дополнением прямого кода чисел до машинной единицы МЕдк.
Модифицированные обратные и дополнительные коды двоичных чисел отличаются соответственно от обратных и дополнительных кодов удвоением значений знаковых разрядов. Знак «+» в этих кодах кодируется двумя нулевыми знаковыми разрядами, а знак «-» — двумя единичными разрядами.
Пример 2.8.
Целью введения модифицированных кодов являются фиксация и обнаружение случаев получения неправильного результата, когда значение результата превышает максимально возможный результат в отведенной разрядной сетке машины. В этом случае перенос из значащего разряда может исказить значение младшего знакового разряда. Значение знаковых разрядов «01» свидетельствует о положительном переполнении разрядной сетки, а «10» — об отрицательном переполнении. В настоящее время практически во всех моделях ЭВМ роль удвоенных разрядов для фиксации переполнения разрядной сетки играют переносы, идущие в знаковый и из знакового разряда.
|
|
|
