 |
Системы счисления как способ кодирования числовой информации
|
|
|
|
Лекция 2.
Вычислительные основы информационных технологий
Содержание
Введение
Учебные вопросы:
1. Представление информации в ЭВМ.
2. Системы счисления как способ кодирования числовой информации.
3. Кодирование информации в ЭВМ.
4. Измерение информации.
Заключение
Форма № 1
Текст лекции
Введение
Отличительная черта современной информации и информации будущего — ее цифровая форма.
Уже сейчас во многих библиотеках печатные материалы сканируют и хранят как электронные данные на обычных или на компакт-дисках. Газеты и журналы теперь зачастую готовят в электронной форме, а печатают на бумаге только для распространения. Электронную информацию можно хранить вечно — или столько, сколько нужно — в компьютерных базах данных. Гигантские объемы репортерской информации легко доступны через оперативные службы.
Фотографии, фильмы и видеозаписи тоже преобразуются в цифровую информацию. С каждым годом совершенствуются методы сбора информации и превращения ее в квадрильоны крошечных пакетов данных. Как только цифровая информация помещается в то или иное «хранилище», любой, у кого есть персональный компьютер и средства доступа к базам данных, может «мгновенно» обратиться к ней и использовать ее по своему усмотрению. Характерная особенность нашего периода истории как раз в том и заключается, что информацию мы изменяем и обрабатываем совершенно новыми способами и гораздо быстрее. Появление компьютеров, «быстро и дешево» обрабатывающих и передающих цифровые данные, обязательно приведет к трансформации обычных средств связи в домах и офисах.
Цель настоящей лекции – изучить принципы представления информации в ЭВМ в цифровом виде, правила перевода чисел из одной системы счисления в другую, принципы кодирования информации в компьютере.
|
|
|
Ключевыми терминами и понятиями лекции являются: аналоговая и цифровая информация, системы счисления (двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная), код, кодировочные таблицы, единицы измерения информации.
Представление информации в ЭВМ
Дискретный и аналоговый вид информации
Если множество состояний носителя информации конечно или счетное (состояниям можно сопоставить натуральные числа), соответствующая информация называется дискретной или цифровой. Если какое-то состояние определяется бесконечным непрерывным множеством значений, информация называется аналоговой.
Например, на выходе устройства возможны два состояния: подается или не подается напряжение, в таком случае состояниям можно сопоставить цифры 1 и 0, и информация дискретная. Если на выходе может быть любое напряжение в некотором диапазоне, информация аналоговая.
Одну и ту же информацию можно отразить в разных видах. Например, время может отражаться на часах в цифровом виде, а может в аналоговом – времени будет соответствовать угол поворота стрелок.
Аналоговые и цифровые компьютеры
Компьютер – устройство или система, способная выполнять определенную последовательность операций, которая описывается программой.
Частным случаем компьютера является электронная вычислительная машина, использующая электронные компоненты в качестве функциональных узлов. Компьютер в общем случае может быть основан не только на электронных, но и на оптических, квантовых, механических, биологических и других явлениях.
Многие разные непрерывные явления с некоторой точностью подчиняются похожим закономерностям. Например, в равномерном механическом движении скорость определяется:
v = S / t
Такая же по виду связь существует для силы постоянного тока в проводнике:
|
|
|
I = U / R,
поэтому мы можем, используя это сходство (аналогию), механическое движение и другие физические явления заменять (моделировать) электрическими схемами.
Эта идея используется в аналоговых компьютерах, которые работают с непрерывными входными данными одной природы, моделируя их непрерывными процессами другой природы – электрическими, механическими, оптическими, биологическими и т.д.
В противоположность этой идее, цифровые компьютеры используют дискретное представление информации. Это представление отражает конечное или счетное число состояний объекта, которые могут отражаться в виде чисел.
Информация любого типа: символьная, графическая, звуковая, командная для представления на электронных носителях кодируется на основании алфавита, состоящего только из двух символов (0, 1). Информация представленная в аналоговом виде, для того, чтобы быть сохраненной в электронной памяти, оцифровывается и приводится к двоичному коду.
Каждая ячейка электронной памяти обладает информационной ёмкостью 1 бит. Физически, в зависимости от способа регистрации информации, это может быть конденсатор, находящийся в одном из двух состояний: разряжен (0), заряжен (1); элемент магнитного носителя: размагничен (0), намагничен (1); элемент поверхности оптического диска: нет лунки (0), есть лунка (1). Одним из первых носителей информации, представленной в двоичном коде, была бумажная перфокарта, пробитое отверстие на которой означало 1, а цельная поверхность 0.
Системы счисления как способ кодирования числовой информации
Код - это набор условных сигналов для записи или передачи некоторых заранее определенных понятий.
Рис. 1. Примеры систем кодирования.
Любой способ кодирования характеризуется наличием основы (алфавит, спектр цветности, система координат, основание системы счисления…) и правил конструирования информационных образов на этой основе.
|
|
|
