Вспомним некоторые известные нам факты:

Множество символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом .

Число символов в алфавите - это его мощность .

Формула определения количества информации: N = 2 b ,

где N - мощность алфавита (количество символов),

b - количество бит (информационный вес символа).

В алфавит мощностью 256 символов можно поместить практически все необходимые символы. Такой алфавит называется достаточным.

Т.к. 256 = 2 8 , то вес 1 символа - 8 бит.

Единице измерения 8 бит присвоили название 1 байт:

1 байт = 8 бит.

Двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт памяти.

Каким же образом текстовая информация представлена в памяти компьютера?

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.

Теперь возникает вопрос, какой именно восьмиразрядный двоичный код поставить в соответствие каждому символу.

Понятно, что это дело условное, можно придумать множество способов кодировки.

Международным стандартом для ПК стала таблица ASCII (читается аски) (Американский стандартный код для информационного обмена).

Международным стандартом является лишь первая половина таблицы, т.е. символы с номерами от 0 (00000000), до 127 (01111111).

Обращаю ваше внимание на то, что в таблице кодировки буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке, а цифры упорядочены по возрастанию значений. Такое соблюдение лексикографического порядка в расположении символов называется принципом последовательного кодирования алфавита.

Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251.

С конца 90-х годов проблема стандартизации символьного кодирования решается введением нового международного стандарта, который называется Unicode . Это 16-разрядная кодировка, т.е. в ней на каждый символ отводится 2 байта памяти. Конечно, при этом объем занимаемой памяти увеличивается в 2 раза. Но зато такая кодовая таблица допускает включение до 65536 символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Попробуем с помощью таблицы ASCII представить, как будут выглядеть слова в памяти компьютера.

При вводе текстовой информации в компьютер символы (буквы, цифры, знаки) кодируются с помощью различных кодовых систем, которые состоят из набора кодовых таблиц, размещенных на соответствующих страницах стандартов для кодирования текстовой информации. В таких таблицах каждому символу присваивается определенный числовой код в шестнадцатеричной или десятичной системе счисления, т. е. кодовые таблицы отражают соответствие между изображениями символов и числовыми кодами и предназначены для кодирования и декодирования текстовой информации. При вводе текстовой информации с помощью клавиатуры компьютера каждый вводимый символ подвергается кодированию, т. е. преобразуется в числовой код, при выводе текстовой информации на устройство вывода компьютера (дисплей, принтер или плоттер) по числовому коду символа строится его изображение. Присвоение символу определенного числового кода является результатом соглашения между соответствующими организациями разных стран. В настоящее время нет единой универсальной кодовой таблицы, удовлетворяющей буквам национальных алфавитов разных стран.

Современные кодовые таблицы включают в себя международную и национальную части, т. е. содержат буквы латинского и национального алфавитов, цифры, знаки арифметических операций и препинания, математические и управляющие символы, символы псевдографики. Международная часть кодовой таблицы, базирующаяся на стандарте ASCII (American Standard Code for Information Interchange), кодирует первую половину символов кодовой таблицы с числовыми кодами от 0 до 7F 16 , или в десятичной системе счисления от 0 до 127. При этом коды от 0 до 20 16 (0 ? 32 10) отведены функциональным клавишам (F1, F2, F3 и т. д.) клавиатуры персонального компьютера. На рис. 3.1 приведена международная часть кодовых таблиц, основанная на стандарте ASCII. Ячейки таблиц пронумерованы соответственно в десятичной и шестнадцатеричной системе счисления.

Рис 3.1. Международная часть кодовой таблицы (стандарт ASCII) с номерами ячеек, представленных в десятичной (а) и шестнадцатеричной (б) системе счисления

Национальная часть кодовых таблиц содержит коды национальных алфавитов, которую называют также таблицей наборов символов (charset).

В настоящее время для поддержки букв русского алфавита (кириллицы) существует несколько кодовых таблиц (кодировок), которые используются различными операционными системами, что является существенным недостатком и в ряде случаев приводит к проблемам, связанным с операциями декодирования числовых значений символов. В табл. 3.1 приведены названия кодовых страниц (стандартов), на которых размещены кодовые таблицы (кодировки) кириллицы.

Одним из первых стандартов кодирования кириллицы на компьютерах был стандарт КОИ8-Р. Национальная часть кодовой таблицы этого стандарта приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Национальная часть кодовой таблицы стандарта КОИ8-Р

В настоящее время применяется и кодовая таблица, размещенная на странице СР866 стандарта кодирования текстовой информации, которая используется в операционной системе MS DOS или сеансе работы MS DOS для кодирования кириллицы (рис. 3.3, а).

Рис. 3.3. Национальная часть кодовой таблицы, размещенная на странице СР866 (а) и на странице СР1251 (б) стандарта кодирования текстовой информации

В настоящее время для кодирования кириллицы наибольшее распространение получила кодовая таблица, размещенная на странице СР1251 соответствующего стандарта, которая используется в операционных системах семейства Windows фирмы Microsoft (рис. 3.2, б). Во всех представленных кодовых таблицах, кроме таблицы стандарта Unicode, для кодирования одного символа отводится 8 двоичных разрядов (8 бит).

В конце прошлого века появился новый международный стандарт Unicode, в котором один символ представляется двухбайтовым двоичным кодом. Применение этого стандарта – продолжение разработки универсального международного стандарта, позволяющего решить проблему совместимости национальных кодировок символов. С помощью данного стандарта можно закодировать 2 16 = 65536 различных символов. На рис. 3.4 приведена кодовая таблица 0400 (русский алфавит) стандарта Unicode.

Рис. 3.4. Кодовая таблица 0400 стандарта Unicode

Поясним сказанное, касающееся кодирования текстовой информации, на примере.

Закодировать слово «Компьютер» в виде последовательности десятичных и шестнадцатеричных чисел, используя кодировку СР1251. Какие символы будут отображены в кодовых таблицах СР866 и КОИ8-Р при использовании полученного кода.

Последовательности шестнадцатеричного и двоичного кода слова «Компьютер» на основе кодировочной таблицы СР1251 (см. рис. 3.3, б) будут выглядеть следующим образом:

Данная кодовая последовательность в кодировках СР866 и КОИ8-Р приведет к отображению следующих символов:

Для преобразования русскоязычных текстовых документов из одного стандарта кодирования текстовой информации в другой используются специальные программы – конверторы. Конверторы обычно встраиваются в другие программы. Примером может служить программа браузер – Internet Explorer (IE), которая имеет встроенный конвертор. Программа браузер – это специальная программа для просмотра содержимого Web-страниц в глобальной компьютерной сети Интернет. Воспользуемся этой программой для подтверждения полученного в примере 3.1 результата отображения символов. Для этого выполним следующие действия.

1. Запустим программу Блокнот (NotePad). Программа Блокнот в операционной системе Windows ХР запускается с помощью команды: [Кнопка Пуск – Программы – Стандартные – Блокнот]. В открывшемся окне программы Блокнот напечатаем слово «Компьютер» с использованием синтаксиса языка разметки гипертекстовых документов – HTML (Hyper Text Markup Language). Этот язык используется для создания документов в Интернете. Текст должен выглядеть следующим образом:

Компыотер

и

Рис. 3.5. Отображение текста в окне Блокнот

Сохраним этот текст, выполнив команду: [Файл – Сохранить как…] в соответствующей папке компьютера, при сохранении текста файлу присвоим имя – Прим, с расширением файла. html.

2. Запустим программу Internet Explorer, выполнив команду: [Кнопка Пуск – Программы – Internet Explorer]. При запуске программы появится окно, представленное на рис. 3.6

Рис. 3.6. Окно доступа в автономный режим

Выберем и активизируем кнопку Автономно при этом не произойдет подключение компьютера к глобальной сети Интернет. Появится основное окно программы Microsoft Internet Explorer, представленное на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Основное окно Microsoft Internet Explorer

Выполним следующую команду: [Файл – Открыть], появится окно (рис. 3.8), в котором необходимо указать имя файла и нажать кнопку ОК или нажать кнопку Обзор… и найти файл Прим.html.

Рис. 3.8. Окно «Открыть»

Основное окно программы Internet Explorer примет вид, показанный на рис. 3.9. В окне отобразится слово «Компьютер». Далее, используя верхнее меню программы Internet Explorer, выполним следующую команду: [Вид – Кодировка – Кириллица (DOS)]. После выполнения этой команды в окне программы Internet Ехplorer отобразятся символы, показанные на рис. 3.10. При выполнении команды: [Вид – Кодировка – Кириллица (KOI8-R) ] в окне программы Internet Explorer отобразятся символы, показанные на рис. 3.11.

Рис. 3.9. Символы, отображаемые при кодировке СР1251

Рис. 3.10. Символы, отображаемые при включении кодировки СР866 для кодовой последовательности, представляемой в кодировке СР1251

Рис. 3.11. Символы, отображаемые при включении кодировки КОИ8-Р для кодовой последовательности, представляемой в кодировке СР1251

Таким образом, полученные с помощью программы Internet Explorer последовательности символов совпадают с последовательностями символов, полученных с помощью кодовых таблиц СР866 и КОИ8-Р в примере 3.1.

Графическая информация, представленная в виде рисунков, фотографий, слайдов, подвижных изображений (анимация, видео), схем, чертежей, может создаваться и редактироваться с помощью компьютера, при этом она соответствующим образом кодируется. В настоящее время существует достаточно большое количество прикладных программ для обработки графической информации , но все они реализуют три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.

Если более пристально рассмотреть графическое изображение на экране монитора компьютера, то можно увидеть большое количество разноцветных точек (пикселов – от англ. pixel, образованного от picture element – элемент изображения), которые, будучи собраны вместе, и образуют данное графическое изображение. Из этого можно сделать вывод: графическое изображение в компьютере определенным образом кодируется и должно быть представлено в виде графического файла. Файл является основной структурной единицей организации и хранения данных в компьютере и в данном случае должен содержать информацию о том, как представить этот набор точек на экране монитора.

Файлы, созданные на основе векторной графики, содержат информацию в виде математических зависимостей (математических функций, описывающих линейные зависимости) и соответствующих данных о том, как построить изображение объекта с помощью отрезков линий (векторов) при выводе его на экран монитора компьютера.

Файлы, созданные на основе растровой графики, предполагают хранение данных о каждой отдельной точке изображения. Для отображения растровой графики не требуется сложных математических расчетов, достаточно лишь получить данные о каждой точке изображения (ее координаты и цвет) и отобразить их на экране монитора компьютера.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация, т. е. изображение разбивается на отдельные точки и каждой точке задается код цвета (желтый, красный, синий и т. д.). Для кодирования каждой точки цветного графического изображения применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные его составляющие, в качестве которых используют три основных цвета: красный (английское слово Red, обозначают буквой К), зеленый (Green, обозначают буквой G), синий (Blue, обозначают букой В). Любой цвет точки, воспринимаемый человеческим глазом, можно получить путем аддитивного (пропорционального) сложения (смешения) трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Такая система кодирования называется цветовой системой RGB. Файлы графических изображений, в которых применяется цветовая система RGB, представляют каждую точку изображения в виде цветового триплета – трех числовых величин R, G и В, соответствующих интенсивностям красного, зеленого и синего цветов. Процесс кодирования графического изображения осуществляется с помощью различных технических средств (сканера, цифрового фотоаппарата, цифровой видеокамеры и т. д.); в результате получается растровое изображение. При воспроизведении цветных графических изображений на экране цветного монитора компьютера цвет каждой точки (пикселя) такого изображения получается путем смешения трех основных цветов R,G и B.

Качество растрового изображения определяется двумя основными параметрами – разрешением (количеством точек по горизонтали и вертикали) и используемой палитрой цветов (количеством задаваемых цветов для каждой точки изображения). Разрешение задается указанием числа точек по горизонтали и по вертикали, например 800 на 600 точек.

Между количеством цветов, задаваемых точке растрового изображения, и количеством информации, которое необходимо выделить для хранения цвета точки, существует зависимость, определяемая соотношением (формула Р. Хартли) :

где I – количество информации; N – количество цветов, задаваемых точке.

Количество информации, необходимое для хранения цвета точки, называют также глубиной цвета, или качеством цветопередачи.

Так, если количество цветов, задаваемых для точки изображения, N = 256, то количество информации необходимое для ее хранения (глубина цвета) в соответствии с формулой (3.1) будет равно I = 8 бит.

В компьютерах для отображения графической информации используются различные графические режимы работы монитора. Здесь необходимо отметить, что кроме графического режима работы монитора есть также текстовый режим, при котором экран монитора условно разбивается на 25 строк по 80 символов в строке. Эти графические режимы характеризуются разрешением экрана монитора и качеством цветопередачи (глубиной цвета). Для установки графического режима экрана монитора в операционной системе MS Windows ХР необходимо выполнить команду: [Кнопка Пуск – Настройка – Панель управления – Экран]. В появившемся диалоговом окне «Свойства: Экран» (рис. 3.12) необходимо выбрать вкладку «Параметры» и с помощью ползунка «Разрешение экрана» выбрать соответствующее разрешение экрана (800 на 600 точек, 1024 на 768 точек и т. д.). С помощью раскрывающегося списка «Качество цветопередачи» можно выбрать глубину цвета – «Самое высокое (32 бита)», «Среднее (16 бит)» и т. д., при этом количество цветов, задаваемых каждой точке изображения, будет соответственно равно 2 32 (4294967296), 2 16 (65536) и т. д.

Рис. 3.12. Диалоговое окно «Свойства: Экран»

Для реализации каждого из графических режимов экрана монитора необходим определенный информационный объем видеопамяти компьютера. Необходимый информационный объем видеопамяти (V) определяется из соотношения

где К – количество точек изображения на экране монитора (К = А · В); А – количество точек по горизонтали на экране монитора; В – количество точек по вертикали на экране монитора; I – количество информации (глубина цвета).

Так, если экран монитора имеет разрешающую способность 1024 на 768 точек и палитру, состоящую из 65 536 цветов, то глубина цвета в соответствии с формулой (3.1) составит I = log 2 65 538 = 16 бит, количество точек изображения будет равно: К = 1024 х 768 = 786432, и требуемый информационный объем видеопамяти в соответствии с (3.2) будет равен

V = 786432 · 16 бит = 12582912 бит = 1572864 байт = 1536 Кбайт = 1,5 Мбайт.

В заключение необходимо заметить, что кроме перечисленныхарактеристик важнейшими характеристиками монитора являются геометрические размеры его экрана и точки изображения. Геометрические размеры экрана задаются величиной диагонали монитора. Величина диагонали мониторов задается в дюймах (1 дюйм = 1" = 25,4 мм) и может принимать значения, равные: 14", 15", 17", 21" т. д. Современные технологии производства мониторов могут обеспечить размер точки изображения равный 0,22 мм.

Таким образом, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана, определяемая величиной его диагонали и размером точки изображения.

1. С помощью программы MS Excel преобразовать кодовые таблицы ASCII, СР866, СР1251, КОИ8-Р к таблицам вида: в ячейки первого столбца таблиц записать в алфавитном порядке заглавные, а затем строчные буквы латиницы и кириллицы, в ячейки второго столбца – соответствующие буквам коды в десятичной системе счисления, в ячейки третьего столбца – соответствующие буквам коды в шестнадцатеричной системе счисления. Значения кодов необходимо выбрать из соответствующих кодовых таблиц.

2. Закодировать и записать в виде последовательности чисел в десятичной и шестнадцатеричной системе счисления следующие слова:

a) Internet Explorer, б) Microsoft Office; в) CorelDRAW.

Кодирование произвести с помощью модернизированной кодировочной таблицы ASCII, полученной в предыдущем упражнении.

3. Декодировать с помощью модернизированной кодировочной таблицы КОИ8-Р последовательности чисел записанных в шестнадцатеричной системе счисления:

а) FC CB DA C9 D3 D4 C5 CE C3 C9 D1;

б) EB CF CE C6 CF D2 CD C9 DA CD;

в) FC CB D3 D0 D2 C5 D3 C9 CF CE C9 DA CD.

4. Как будет выглядеть слово «Кибернетика», записанное в кодировке СР1251, при использовании кодировок СР866 и КОИ8-Р? Проверить полученные результаты с помощью программы Internet Explorer.

5. Используя кодовую таблицу, приведенную на рис. 3.1а, декодировать следующие кодовые последовательности, записанные в двоичной системе счисления:

а) 01010111 01101111 01110010 01100100;

б) 01000101 01111000 01100011 01100101 01101100;

в) 01000001 01100011 01100011 01100101 01110011 01110011.

6. Определить информационный объем слова «Экономика», закодированного с помощью кодовых таблиц СР866, СР1251, Unicode и КОИ8-Р.

7. Определить информационный объем файла, полученного в результате сканирования цветного изображения размером 12x12 см. Разрешающая способность сканера, используемого при сканировании данного изображения, равна 600 dpi. Сканер задает глубину цвета точки изображения равной 16 бит.

Разрешающая способность сканера 600 dpi (dotper inch – точек на дюйм) определяет возможность сканера с такой разрешающей способностью на отрезке длиной 1 дюйм различить 600 точек.

8. Определить информационный объем файла, полученного в результате сканирования цветного изображения размером А4. Разрешающая способность сканера, используемого при сканировании данного изображения, равна 1200 dpi. Сканер задает глубину цвета точки изображения равной 24 бит.

9. Определить количество цветов в палитре при глубине цвета 8, 16, 24 и 32 бита.

10. Определить требуемый объем видеопамяти для графических режимов экрана монитора 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точек при глубине цвета точки изображения 8, 16, 24 и 32 бита. Результаты свести в таблицу. Разработать в MS Excel программу для автоматизации расчетов.

11. Определить максимальное число цветов, которое допустимо использовать для хранения изображения размером 32 на 32 точки, если в компьютере выделено под изображение 2 Кбайт памяти.

12. Определить максимально возможную разрешающую способность экрана монитора, имеющего длину диагонали 15" и размер точки изображения 0,28 мм.

13. Какие графические режимы работы монитора может обеспечить видеопамять объемом 64 Мбайт?

Сожержание

I. История кодирования информации………………………………..3

II. Кодирование информации…………………………………………4

III. Кодирование текстовой информации…………………………….4

IV. Виды таблиц кодировок…………………………………………...6

V. Расчет количества текстовой информации………………………14

Список используемой литературы…………………………………..16

I . История кодирования информации

Человечество использует шифрование (кодировку) текста с того самого момента, когда появилась первая секретная информация. Перед вами несколько приёмов кодирования текста, которые были изобретены на различных этапах развития человеческой мысли:

Криптография – это тайнопись, система изменения письма с целью сделать текст непонятным для непосвященных лиц;

Азбука Морзе или неравномерный телеграфный код, в котором каждая буква или знак представлены своей комбинацией коротких элементарных посылок электрического тока (точек) и элементарных посылок утроенной продолжительности (тире);

сурдожесты – язык жестов, используемый людьми с нарушениями слуха.

Один из самых первых известных методов шифрования носит имя римского императора Юлия Цезаря (I век до н.э.) . Этот метод основан на замене каждой буквы шифруемого текста, на другую, путем смещения в алфавите от исходной буквы на фиксированное количество символов, причем алфавит читается по кругу, то есть после буквы я рассматривается а. Так слово «байт» при смещении на два символа вправо кодируется словом «гвлф». Обратный процесс расшифровки данного слова – необходимо заменять каждую зашифрованную букву, на вторую слева от неё.

II. Кодирование информации

Код – это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или передачи) некоторых заранее определенных понятий.

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Обычно каждый образ при кодировании (иногда говорят – шифровке) представлении отдельным знаком.

Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

На компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме, а все необходимые преобразования выполняют программы, работающие на компьютере.

III. Кодирование текстовой информации

Одна и та же информация может быть представлена (закодирована) в нескольких формах. C появлением компьютеров возникла необходимость кодирования всех видов информации, с которыми имеет дело и отдельный человек, и человечество в целом. Но решать задачу кодирования информации человечество начало задолго до появления компьютеров. Грандиозные достижения человечества - письменность и арифметика - есть не что иное, как система кодирования речи и числовой информации . Информация никогда не появляется в чистом виде, она всегда как-то представлена, как-то закодирована.

Двоичное кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.

Начиная с конца 60-х годов, компьютеры все больше стали использоваться для обработки текстовой информации, и в настоящее время основная доля персональных компьютеров в мире (и большая часть времени) занята обработкой именно текстовой информации. Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде, т. е. используется алфавит мощностью два (всего два символа 0 и 1). Связано это с тем, что удобно представлять информацию в виде последовательности электрических импульсов: импульс отсутствует (0), импульс есть (1).

Такое кодирование принято называть двоичным, а сами логические последовательности нулей и единиц - машинным языком.

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 (обратите особое внимание !) пробелы между словами.

Тексты вводятся 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.

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 возникает вопрос, 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.

IV . Виды таблиц кодировок

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).

Таблица кодов ASCII делится на две части.

Международным стандартом является лишь первая половина таблицы, т.е. символы с номерами от 0 (00000000), до 127 (01111111).

Структура таблицы кодировки ASCII

Первая половина таблицы кодов ASCII

Обращается внимание на то, что в таблице кодировки буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке, а цифры упорядочены по возрастанию значений. Такое соблюдение лексикографического порядка в расположении символов называется принципом последовательного кодирования алфавита.

Для букв русского алфавита также соблюдается принцип последовательного кодирования.

Вторая половина таблицы кодов ASCII

К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO). Из-за этого часто возникают проблемы с переносом русского текста с одного компьютера на другой, из одной программной системы в другую.

Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 ("Код обмена информацией, 8-битный"). Эта кодировка применялась еще в 70-ые годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80-х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX.

От начала 90-х годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP866 ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница").

Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку Mac.

Кроме того, Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO 8859-5.

Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251. Введена компанией Microsoft; с учетом широкого распространения операционных систем (ОС) и других программных продуктов этой компании в Российской Федерации она нашла широкое распространение.

С конца 90-х годов проблема стандартизации символьного кодирования решается введением нового международного стандарта, который называется Unicode.

Это 16-разрядная кодировка, т.е. в ней на каждый символ отводится 2 байта памяти. Конечно, при этом объем занимаемой памяти увеличивается в 2 раза. Но зато такая кодовая таблица допускает включение до 65536 символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Внутреннее представление слов в памяти компьютера

с помощью таблицы ASCII

Иногда бывает так, что текст, состоящий из букв русского алфавита, полученный с другого компьютера, невозможно прочитать - на экране монитора видна какая-то "абракадабра". Это происходит оттого, что на компьютерах применяется разная кодировка символов русского языка.

Таким образом, каждая кодировка задается своей собственной кодовой таблицей . Как видно из таблицы, одному и тому же двоич­ному коду в различных кодировках поставлены в соответ­ствие различные символы.

Например, последовательность числовых кодов 221, 194, 204 в кодировке СР1251 образует слово «ЭВМ», тогда как в других кодировках это будет бессмысленный набор символов.

К счастью, в большинстве случаев пользователь не дол­жен заботиться о перекодировках текстовых документов, так как это делают специальные программы-конверторы, встроенные в приложения.

V . Расчет количества текстовой информации

Задача 1: Закодируйте слово “Рим” с помощью таблиц кодировок КОИ8-Р и CP1251.

Решение:

Задача 2: Считая, что каждый символ кодируется одним байтом, оцените информационный объем следующего предложения:

“Мой дядя самых честных правил,

Когда не в шутку занемог,

Он уважать себя заставил

И лучше выдумать не мог.”

Решение: В данной фразе 108 символов, учитывая знаки препинания, кавычки и пробелы. Умножаем это количество на 8 бит. Получаем 108*8=864 бита.

Задача 3: Два текста содержат одинаковое количество символов. Первый текст записан на русском языке, а второй на языке племени нагури, алфавит которого состоит из 16 символов. Чей текст несет большее количество информации?

Решение:

1) I = К * а (информационный объем текста равен произведению числа символов на информационный вес одного символа).

2) Т.к. оба текста имеют одинаковое число символов (К), то разница зависит от информативности одного символа алфавита (а).

3) 2 а1 = 32, т.е. а 1 = 5 бит, 2 а2 = 16, т.е. а 2 = 4 бит.

4) I 1 = К * 5 бит, I 2 = К * 4 бит.

5) Значит, текст, записанный на русском языке в 5/4 раза несет больше информации.

Задача 4: Объем сообщения, содержащего 2048 символов, составил 1/512 часть Мбайта. Определить мощность алфавита.

Решение:

1) I = 1/512 * 1024 * 1024 * 8 = 16384 бит – перевели в биты информационный объем сообщения.

2) а = I / К = 16384 /1024 =16 бит – приходится на один символ алфавита.

3) 2*16*2048 = 65536 символов – мощность использованного алфавита.

Задача 5: Лазерный принтер Canon LBP печатает со скоростью в среднем 6,3 Кбит в секунду. Сколько времени понадобится для распечатки 8-ми страничного документа, если известно, что на одной странице в среднем по 45 строк, в строке 70 символов (1 символ – 1 байт)?

Решение:

1) Находим количество информации, содержащейся на 1 странице: 45 * 70 * 8 бит = 25200 бит

2) Находим количество информации на 8 страницах: 25200 * 8 = 201600 бит

3) Приводим к единым единицам измерения. Для этого Мбиты переводим в биты: 6,3*1024=6451,2 бит/сек.

4) Находим время печати: 201600: 6451,2 =31 секунда.

Список используемой литературы

1. Агеев В.М. Теория информации и кодирования: дискретизация и кодирование измерительной информации. - М.: МАИ, 1977.

2. Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. - Киев, Вища школа, 1986.

3. Простейшие методы шифрования текста/ Д.М. Златопольский. – М.: Чистые пруды, 2007 – 32 с.

4. Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов / Н.Д.Угринович. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. – 512 с.

5. http://school497.spb.edu.ru/uchint002/les10/les.html#n

Материал для самостоятельного изучения по теме Лекции 2

Кодировка ASCII

Кодировочная таблица ASCII (ASCII - American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код для обмена информацией).

Всего с помощью таблицы кодирования ASCII (рисунок 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).

Рисунок 1

Для кодировки одного символа из таблицы отводится 8 бит (1 байт). При обработке текстовой информации один байт может содержать код некоторого символа - буквы, цифры, знака пунктуации, знака действия и т.д. Каждому символу соответствует свой код в виде целого числа. При этом все коды собираются в специальные таблицы, называемые кодировочными. С их помощью производится преобразование кода символа в его видимое представление на экране монитора. В результате любой текст в памяти компьютера представляется как последовательность байтов с кодами символов.

Например, слово hello! будет закодировано следующим образом (таблица 1).

Таблица 1

На рисунке 1 представлены символы, входящие в стандартную (английскую) и расширенную (русскую) кодировку ASCII.

Первая половина таблицы ASCII стандартизована. Она содержит управляющие коды (от 00h до 20h и 77h). Эти коды из таблицы изъяты, так как они не относятся к текстовым элементам. Здесь же размещаются знаки пунктуации и математические знаки: 2lh - !, 26h - &, 28h - (, 2Bh -+,..., большие и малые латинские буквы: 41h - A, 61h – а.

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 каждому коду символа 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 IBМ PC, например, 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 0, светлая (яркая)- 1. Если изображать в матричном поле знака темные пикселы точкой, а светлые - звездочкой, то можно графически изобразить форму символа.

Люди в разных странах используют символы для записи слов их родных зыков. В наши дни большинство приложений, включая системы электронной почты и вэб-браузеры, являются чисто 8-битными, то есть они могут показывать и корректно воспринимать лишь 8-битные символы, согласно стандарту ISO-8859-1.

Существует более 256 символов в мире (если учесть кириллицу, арабский, китайский, японский, корейский и тайский языки), а также появляются все новые и новые символы. И это создает следующие пробелы для многих пользователей:

Невозможно использовать символы различных наборов кодировок в одном и том же документе. Так как каждый текстовый документ использует свой собственный набор кодировок, то возникают большие трудности с автоматическим распознаванием текста.

Появляются новые символы (например: Евро), вследствие чего ISO разрабатывает новый стандарт ISO-8859-15, который весьма схож со стандартом ISO-8859-1. Разница состоит в следующем: из таблицы кодировки старого стандарта ISO-8859-1 были убраны символы обозначения старых валют, которые не используются в настоящее время, для того, чтобы освободить место под вновь появившиеся символы (такие, как Евро). В результате у пользователей на дисках могут лежать одни и те же документы, но в разных кодировках. Решением этих проблем является принятие единого международного набора кодировок, который называется универсальным кодированием или Unicode.

Кодировка Unicode

Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода» (англ. Unicode Consortium, Unicode Inc.). Применение этого стандарта позволяет закодировать очень большое число символов из разных письменностей: в документах Unicode могут соседствовать китайские иероглифы, математические символы, буквы греческого алфавита, латиницы и кириллицы, при этом становится ненужным переключение кодовых страниц.

Стандарт состоит из двух основных разделов: универсальный набор символов (англ. UCS, universal character set) и семейство кодировок (англ. UTF, Unicode transformation format). Универсальный набор символов задаёт однозначное соответствие символов кодам - элементам кодового пространства, представляющим неотрицательные целые числа. Семейство кодировок определяет машинное представление последовательности кодов UCS.

Стандарт Unicode был разработан с целью создания единой кодировки символов всех современных и многих древних письменных языков. Каждый символ в этом стандарте кодируется 16 битами, что позволяет ему охватить несравненно большее количество символов, чем принятые ранее 8-битовые кодировки. Еще одним важным отличием Unicode от других систем кодировки является то, что он не только приписывает каждому символу уникальный код, но и определяет различные характеристики этого символа, например:

тип символа (прописная буква, строчная буква, цифра, знак препинания и т.д.);

атрибуты символа (отображение слева направо или справа налево, пробел, разрыв строки и т.д.);

соответствующая прописная или строчная буква (для строчных и прописных букв соответственно);

соответствующее числовое значение (для цифровых символов).

Весь диапазон кодов от 0 до FFFF разбит на несколько стандартных подмножеств, каждое из которых соответствует либо алфавиту какого-то языка, либо группе специальных символов, сходных по своим функциям. На приведенной ниже схеме содержится общий перечень подмножеств Unicode 3.0 (рисунок 2).

Рисунок 2

Стандарт Unicode является основой для хранения и текста во многих современных компьютерных системах. Однако, он не совместим с большинством Интернет-протоколов, поскольку его коды могут содержать любые байтовые значения, а протоколы обычно используют байты 00 - 1F и FE - FF в качестве служебных. Для достижения совместимости были разработаны несколько форматов преобразования Unicode (UTFs, Unicode Transformation Formats), из которых на сегодня наиболее распространенным является UTF-8. Этот формат определяет следующие правила преобразования каждого кода Unicode в набор байтов (от одного до трех), пригодных для транспортировки Интернет-протоколами.

Здесь x,y,z обозначают биты исходного кода, которые должны извлекаться, начиная с младшего, и заноситься в байты результата справа налево, пока не будут заполнены все указанные позиции.

Дальнейшее развитие стандарта Unicode связано с добавлением новых языковых плоскостей, т.е. символов в диапазонах 10000 - 1FFFF, 20000 - 2FFFF и т.д., куда предполагается включать кодировку для письменностей мертвых языков, не попавших в таблицу, приведенную выше. Для кодирования этих дополнительных символов был разработан новый формат UTF-16.

Таким образом, существует 4 основных способа кодировки байтами в формате Unicode:

UTF-8: 128 символов кодируются одним байтом (формат ASCII), 1920 символов кодируются 2-мя байтами ((Roman, Greek, Cyrillic, Coptic, Armenian, Hebrew, Arabic символы), 63488 символов кодируются 3-мя байтами (Китайский, японский и др.) Оставшиеся 2 147 418 112 символы (еще не использованы) могут быть закодированы 4, 5 или 6-ю байтами.

UCS-2: Каждый символ представлен 2-мя байтами. Данная кодировка включает лишь первые 65 535 символов из формата Unicode.

UTF-16:Является расширением UCS-2, включает 1 114 112 символов формата Unicode. Первые 65 535 символов представлены 2-мя байтами, остальные - 4-мя байтами.

USC-4: Каждый символ кодируется 4-мя байтами.

Множество символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом .

Число символов в алфавите – это его мощность .

Формула определения количества информации: N = 2 b ,

где N – мощность алфавита (количество символов),

b – количество бит (информационный вес символа).

В алфавит мощностью 256 символов можно поместить практически все необходимые символы. Такой алфавит называется достаточным.

Т.к. 256 = 2 8 , то вес 1 символа – 8 бит.

Единице измерения 8 бит присвоили название 1 байт:

1 байт = 8 бит.

Двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт памяти.

Каким же образом текстовая информация представлена в памяти компьютера?

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.

Теперь возникает вопрос, 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.

Международным стандартом для ПК стала таблица ASCII (читается аски) (Американский стандартный код для информационного обмена).

Таблица кодов ASCII делится на две части.

Международным стандартом является лишь первая половина таблицы, т.е. символы с номерами от 0 (00000000), до 127 (01111111).

Структура таблицы кодировки ASCII

Первая половина таблицы кодов ASCII

Обращаю ваше внимание на то, что в таблице кодировки буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке, а цифры упорядочены по возрастанию значений. Такое соблюдение лексикографического порядка в расположении символов называется принципом последовательного кодирования алфавита.

Для букв русского алфавита также соблюдается принцип последовательного кодирования.

Вторая половина таблицы кодов ASCII

К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO). Из-за этого часто возникают проблемы с переносом русского текста с одного компьютера на другой, из одной программной системы в другую.

Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 ("Код обмена информацией, 8-битный"). Эта кодировка применялась еще в 70-ые годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80-х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX.

От начала 90-х годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP866 ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница").

Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку Mac.

Кроме того, Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO 8859-5.

Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251.

С конца 90-х годов проблема стандартизации символьного кодирования решается введением нового международного стандарта, который называется Unicode . Это 16-разрядная кодировка, т.е. в ней на каждый символ отводится 2 байта памяти. Конечно, при этом объем занимаемой памяти увеличивается в 2 раза. Но зато такая кодовая таблица допускает включение до 65536 символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Попробуем с помощью таблицы ASCII представить, как будут выглядеть слова в памяти компьютера.

Внутреннее представление слов в памяти компьютера

Иногда бывает так, что текст, состоящий из букв русского алфавита, полученный с другого компьютера, невозможно прочитать - на экране монитора видна какая-то "абракадабра". Это происходит оттого, что на компьютерах применяется разная кодировка символов русского языка.

Наложение символов

Благодаря символу BS (возврат на шаг) на принтере можно печатать один символ поверх другого. В ASCII было предусмотрено добавление таким образом диакритики к буквам, например:

• a BS " → á
• a BS ` → à
• a BS ^ → â
• o BS / → ø
• c BS , → ç
• n BS ~ → ñ

Примечание : в старых шрифтах апостроф " рисовался с наклоном влево, а тильда ~ была сдвинута вверх, так что они как раз подходили на роль акута и тильды сверху.

Если на символ накладывается тот же символ, то получается эффект жирного шрифта, а если на символ накладывается подчёркивание, то получается подчёркнутый текст.

• a BS a → a
• a BS _ → a

Примечание : это используется, например, в справочной системе man .

Национальные варианты ASCII

Стандарт ISO 646 (ECMA-6) предусматривает возможность размещения национальных символов на месте @ [ \ ] ^ ` { | } ~ . В дополнение к этому, на месте # может быть размещён £ , а на месте $ - ¤ . Такая система хорошо подходит для европейских языков, где нужны лишь несколько дополнительных символов. Вариант ASCII без национальных символов называется US-ASCII, или «International Reference Version».

Впоследствии оказалось удобнее использовать 8-битные кодировки (кодовые страницы), где нижнюю половину кодовой таблицы (0-127) занимают символы US-ASCII, а верхнюю (128-255) - дополнительные символы, включая набор национальных символов. Таким образом, верхняя половина таблицы ASCII до повсеместного внедрения Юникода активно использовалась для представления локализированных символов, букв местного языка. Отсутствие единого стандарта размещения кириллических символов в таблице ASCII доставляло множество проблем с кодировками (КОИ-8 , Windows-1251 и другие). Другие языки с нелатинской письменностью тоже страдали из-за наличия нескольких разных кодировок.

На тех компьютерах, где минимально адресуемой единицей памяти было 36-битное слово, поначалу использовали 6-битные символы (1 слово = 6 символов). После перехода на ASCII на таких компьютерах в одном слове стали размещать либо 5 семибитных символов (1 бит оставался лишним), либо 4 девятибитных символа.

ASCII-коды используются также для определения нажатой клавиши при программировании. Для стандартной QWERTY-клавиатуры таблица кодов выглядит следующим образом: