Лекции по «Информатике» 2 курс (стр. 7 )

Если в компьютере нужно поддерживать два алфавита, например, английский и русский, то семи разрядов кода (128 символов) уже недостаточно. По­этому для кодирования символов используется 8-битный код. Старшие разряды в кодовой таблице пробегают уже ряд значений от 0 до 15 (а не от 0 до 7, как в ASCII). Кодом длиной 1 байт можно закодировать 28 = 256 символов. Каждому символу ставится в соответствие уникальная последовательность, которая может принимать значения от (00000000)2 до (11111111)2.

Обычно для каждого алфавита разрабатывается своя кодовая страница. Первые 128 кодов (первая половина таблицы) предназначаются для таблицы ASCII - эта часть кодов обязательна для всех кодовых страниц. Последующие коды, начиная с кода 128 до 255 (вторая половина таблицы), отдаются под национальный стандарт, то есть под алфавит того или иного языка.

В 90-х годах был разработан стандарт Unicode, согласно которому для представления каждого символа используются два байта. Это позволяет зако­дировать очень большое число символов из разных алфавитов (теоретически 216= 65536 символов). В документах могут соседствовать, например, матема­тические символы, кириллица, латинские, греческие буквы и даже китайские иероглифы. При использовании стандарта Unicode отпадает необходимость в кодовых страницах.

Мы описали преобразование символов в двоичные коды, которое вы­полняется в устройстве ввода. При выводе информации осуществляется обрат­ное преобразование: двоичный код символов переводится в их графическое представление так, чтобы эта информация могла быть прочитана человеком.

Контрольные вопросы

Что такое код и в чем состоит кодирование информации? В какой системе счисления производится обработка чисел в компьютере? Какой метод перевода чисел из одной системы счисления в другую вам известен? Какая единица информации является основной при кодировке символов? Что такое кодировка ASCII? В чем разница между алфавитом и таблицей кодов?

Упражнения

Найдите методом деления на основание двоичные коды чисел 40, 123, 513. Переведите в десятичный код числа (10010010)2, и (100101011)2. С помощью деления на основание переведите восьмеричное число (127)8 в двоичный код.

Кодирование информации. Изображения и звук

План лекции:

- принципы формирования изображения в компьютере; - характеристики цветов; - принципы кодирования звука.

Формирование изображения в компьютере

Изображение на экране монитора очень напоминает лист бумаги в клеточку. Каждая такая клеточка закрашена своим цветом и называется пикселем.

Пиксел - это минимальный элемент изображения, формируемого на экране монитора. Из пикселов, как из кирпичиков, складывается экранное изображение (рис.6.1). Чем плотнее расположены пикселы, тем лучше выглядит изображение на экране монитора. Обратите внимание, что на приведенном рисунке границы объектов выглядят ступеньками. Это связано с тем, что плотность пикселов не высока. Чем выше плотность пикселов, тем более четкими будут получаться границы объектов изображения.

Плотность пикселов измеряется как количество пикселов на единицу длины. Наиболее распространены единицы, назы­ваемые кратко как dpi (dots per inch - количество точек на дюйм, 1 дюйм = 2,54 см). Единица dpi общепринята в области компьютерной графики и издательского дела. Обычно плотность пикселов для экранного изображения составляет 72 dpi или 96 dpi.

Простейшим видом изображения является черно-белое изображение, состоящее из белых и черных пикселов. Его также называют битовым, поскольку оно кодируется с помощью двух цифр: 0 (белый цвет) и 1 (черный цвет). То есть в черно-белом изображении одному пикселу отвечает один бит информации.

Чтобы пикселы отображали цвета, с каждым пикселом связывается более одного бита информации о цвете. Например, если каждому пикселу приписать 4 бита цветовой информации, можно будет отобразить 24 = 16 цветов.

Смешивание цветов

Удобнее всего цвета представлять как результат смешивания основных (базовых) цветов. Вспомните, как при рисовании вы смешиваете краски из палитры. С помощью всего десятка красок палитры вы можете получить на бумаге множество цветов и их оттенков. Аналогично формируется цветное изображение на экране монитора. При этом в качестве основных цветов используются красный (red), зеленый (green) и синий (blue) цвета. Еще одна компонента, которая участвует в создании цветной картинки, - это яркость (intensity - интенсивность).

Отличие между смешиванием акварельных красок на бумаге и смешиванием базовых цветов на экране все же существует. Цвет акварельных красок получается в результате отражения падающего на них света, в то время как цвет на экране монитора формируется в результате излучения света. Поэтому, когда вы смешиваете на бумаге три основные краски (красную, зеленую и синюю), то получаете черный цвет. А при смешивании этих же цветов максимальной яркости на экране получается белый цвет.

При смешивании максимально ярких красного и зеленого цветов получается желтый цвет. Если же яркость красного и зеленого цветов невелика, получится коричневый цвет. Смешивание четырех основных компонент цвета можно описать с помощью таблицы

Рассмотрим возможности цветовых палитр большего размера. С помощью 8 битов можно отобразить всего 256 цветов (28 = 256). Этого количества цветов, маловато, чтобы получить качественную картинку на экране. Однако вполне достаточно, чтобы отобразить различные оттенки серого цвета (всего 256 оттенков). Пример картинки, полученной в серых цветах, показан на рисунке 6.1.

Для отображения большего количества цветов каждый пиксел должен содержать больше битов информации. Число доступных цветов N, как мы выяснили, выражается в виде следующей формулы:

N = 2d,

где d - показатель степени, равный количеству битов в пикселе. При d = 4 могут быть отображены 16 цветов.

Показатель d называется также глубиной цвета. Чем больше глубина цвета, тем больше оттенков цветов можно отобразить на экране. Если глубина цвета составляет 16, то можно отобразить 65536 цветов. Для высококачественного воспроизведения цвета требуются уже как минимум 24 бита в каждом пикселе. В этом случае поддерживается до 16 миллионов цветов. Такая глубина цвета применяет­ся, например, при обработке высококачественных фотографий, а также изобра­жений для журналов и иллюстрированных книг.

Кодирование звука

Задавались ли вы вопросом, что такое звук? В старших классах из курса физики вы узнаете, что звуки, создаваемые любым объектом (человеком, автомобилем, собакой и проч.), представляют собой колебания воздуха. Область сжатого воздуха следует за областью разреженного воздуха, и эти области распространяются в пространстве.

Звуковые колонки, подключенные к компьютеру, также воспроизводят колебания воздуха. Эти колебания получаются благодаря тому, что к колонкам подводится электрический сигнал, заставляющий колонки звучать. Сигнал, подводимый к колонке, по форме напоминает сигнал, созданный первоначально источником звука: диктором, певцом, музы­кальным инструментом. Однако сигнал в колонке - это не точная копия сигнала от микрофона, поскольку сигнал на своем пути претерпевает несколько преобразований.

Непрерывный электрический сигнал от источника звука (например, микрофона) должен быть преобразован в дискретный сигнал. Такое преобразование мы уже рассматривали в пункте «Представление информации в виде сигналов». Величина импульсов дискретного сигнала выбирается равной амплитуде аналогового сигнала от источника звука. Чтобы преобразование в дискретный сигнал получилось достаточно точным, импульсы должны часто следовать друг за другом.

Амплитуды импульсов затем приближенно представляются в виде двоичных чисел. Весь диапазон изменения амплитуды разбивается на множество дискретных значений (обычно это 216 = 65 536 значений). И амплитуде импульса присваивается ближайшее дискретное значение. В результате всех этих преобразований для звукового сигнала получается последовательность двоичных чисел.

Обратное преобразование дискретного сигнала в аналоговый сигнал выполняется в специальных устройствах, подключаемых к компьютеру, - звуковых платах. При наличии звуковой платы вы можете прослушивать на компьютере цифровые музыкальные диски. Современные звуковые платы работают со звуком, представляемым в виде 16-битных двоичных чисел (отсюда и количество значений амплитуд звукового сигнала, равное 216 = 65 536).

Контрольные вопросы

Как формируется картинка на экране монитора? Что такое пиксел? Чем определяется четкость границ объектов, отображаемых на экране? Что такое базовые цвета? Как кодируются различные цвета? Что такое глубина цвета? Как выполняется кодирование звука?

Упражнения

Найдите количество пикселов в строке изображения, если длина строки равна 29 см, а разрешение экрана - 72 dpi. Каков будет размер изображения на экране монитора (в сантиметрах), если известно, что разрешение составляет 72 dpi, ширина изображения - 800 пикселов, а высота - 600 пикселов? Каким цветам отвечают шестнадцатеричные числа АН, 6Н, 7Н и ЕН в случае 4-битной палитры, описываемой таблицей 6.1? Вычислите количество цветов, которые поддерживает система при глубине цвета d = 24 и d = 32.

Общие сведения о вычислительной технике

История вычислительной техники

План лекции:

история появления первых счетных устройств; развитие механических средств вычислительной техники; поколения электронных вычислительных машин.

Счетные устройства до появления ЭВМ

Еще во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи,  связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков и т. д. Рост объемов этих расчетов приводил даже к тому, что из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владевшие техникой арифметического счета. Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов.  Так в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак (от греческого слова abakion - «дощечка, покрытая пылью»). Абак называют также римскими счетами (по-латински - abacus). Эти счеты пред­ставляли собой костяную, каменную или бронзовую доску с углублениями-поло­сами. В углублениях находились костяшки (или камни), и счет осуществлялся передвижением костяшек.