Реферат: Кодирование и передача информации в компьютере осуществляются с помощью электрических сигналов. Обработка этих сигналов происходит в микросхемах

ГОУ СПО «Уфимский механико - технологический колледж»


Лекционно-практическое занятие

«Представление информации

в компьютере»

по дисциплине «Информатика»


Разработал преподаватель

Кондаратцева Т.П.


Рассмотрено на заседании цикловой комиссии математических дисциплин и вычислительной техники

Согласовано: Протокол № от

Методист колледжа Председатель

________Р. Г. Юнусова Н. А. Логинова


2005


Физические основы кодирования

Кодирование и передача информации в компьютере осуществляются с помощью электрических сигналов. Обработка этих сигналов происходит в микросхемах. Уровню напряжения от 0 до 0,5 В (вольт) условно поставлена в соответствие цифра 0, а уровню напряжения от 2,5 до 5 В цифра 1. В компьютере есть особое устройство – генератор тактовой частоты. Это особая электронная схема, которая вырабатывает импульсы тока (такты) с постоянной частотой, фиксированной для каждого компьютера. Эти импульсы синхронизируют работу всех устройств и элементов компьютера и их частота измеряется в мегагерцах, сокращенно МГц (MHz); 1Мгц = 1000000 тактов в секунду. Тактовая частота современных микропроцессоров лежит в пределах от 500 Мгц до 2 ГГц (гигагерц). (1ГГц=1000 МГц)

Таким образом, цепочку электрических импульсов можно рассматривать как последовательность цифр 0 и 1. Такая последовательность называется двоичным кодом.

Каждый символ записывается кодом из восьми нулей и единиц. (Вспомните: один символ занимает в памяти компьютера 1 байт, в котором восемь битов, а бит – это 0 или 1). Например, рассмотрим код буквы M – 11010100. Прохождение электрических импульсов, передающих эту букву, можно проиллюстрировать следующей схемой:





Кодировка текстов

Обычно текст состоит из следующего набора символов:

большие ^ Русские буквы
маленькие


31


33



Всего:


 160 символов
большие ^ Латинские буквы
маленькие


26


26
Знаки



30
Цифры



10


Каждый символ занимает один байт, то есть представим цепочкой из восьми нулей и единиц. Сколько комбинаций можно составить на восьми позициях из двух знаков: нуля и единицы? Оказывается, что количество этих комбинаций можно вычислить по формуле:

2 = 256 > 160 символов,

то есть этих комбинаций достаточно, чтобы закодировать любой текст. Всеобщим соглашением установлена единая таблица кодов для текстовой информации. Часть кодов отводится для кодировки национальных алфавитов, а другая часть (латинские буквы, цифры, знаки) едина во всем мире, что и делает возможным функционирование всемирной компьютерной сети Интернет.

Кодировка изображений

Изображения на экране компьютера разбиваются на маленькие квадратики – пикселы. Чем больше пикселов, тем качественнее изображение. На мониторах обычно бывает 800х600 или 1024х768 пикселов и выше.

Каждый пиксел имеет свой цвет, который складывается путем смешивания трех основных цветов:

Красный Red R

Зеленый Green G Палитра RGB

Синий Blue B


Различаются 256 оттенков каждого цвета: по номерам от 0 до 255. Значит, всего из 256 оттенков трех основных цветов можно образовать

2 * 2 * 2 = 256 *256 *256 16,7 млн. цветов.

Каждый оттенок основного цвета хранится в одном байте. Число 255 в двоичном виде представляется восемью единицами. Значит, цвет пиксела хранится в трех байтах. В графическом редакторе Paint цвет пиксела обычно задается тройкой чисел:

(0,0,0) - черный, в двоичном виде: 00000000,00000000,00000000

(255,255,255) - белый, в двоичном виде: 11111111,11111111,11111111

(255,0,0) - красный, в двоичном виде: 11111111,00000000,00000000

(0,128,128) - бирюзовый, в двоичном виде:00000000,10000000,10000000


Кодировка чисел


Кодировка числовой информации в компьютере производится на основе представления привычных нам десятичных чисел в так называемой двоичной системе счисления. В компьютерах также используют шестнадцатеричную систему счисления (с. сч.).

Познакомимся с этими системами счисления и со способами перевода чисел из одной системы в другую. Для этого вспомним несколько определений из математики.

Системой счисления называется способ записи чисел с помощью некоторого набора цифр.

Примеры:

Десятичная с. сч.

Набор цифр: 0,1,2, …, 9 Числа: 2, 301, …



основание=10

Двоичная с. сч.

Набор цифр: 0,1 Числа: 0, 1, 10, 101, …




основание =2

3. Шестнадцатеричная с. сч.

Набор цифр: 0,1,2, …, 9, A, B ,C, D, E, F Числа: 37, A5, F0




основание=16

Основанием системы счисления называется количество цифр, используемых для записи числа (см. примеры выше).

Все рассмотренные системы счисления являются позиционными, то есть значение каждой цифры зависит от ее позиции в записи числа.

Число в позиционной системе счисления можно представить в виде суммы произведений составляющих его цифр на соответствующие степени основания системы:

Примеры:

Десятичная с. сч.

Разряды 2 1 0

3 0 1 = 1 * 10 + 0 * 10 + 3 * 10

единицы 10 =1

десятки 10 =10

сотни 10 =100



Двоичная с. сч.


Разряды 4 3 2 1 0

1 1 1 0 1 = 1*2+ 0*2+1*2+1*2+1*2=

Теперь вычислим полученную сумму:

= 1 + 0 + 4 + 8 + 16 = ^ 29

Итак, из исходного двоичного числа получили десятичное число.


Перевод двоичных чисел в десятичные


^ Как перевести двоичное число в десятичное

Двоичное число надо представить в виде суммы произведений составляющих его цифр на соответствующие степени числа 2, а затем вычислить полученную сумму.

Степени числа 2:

2 =1 2=2 2=4 2=8 2=16 2 =32

2=64 2=128 2=256 2=512 2=1024

Упражнения: Перевести двоичные числа 1). 1011

2). 10000000

3). 110011010

в десятичные.

Решение:

1).

3 2 1 0

1 0 1 1 = 1*2+ 1*2+ 0*2+1*2 =

= 1 + 2 + 0 + 8 = 11

Ответ: 11

2).

7 6 5 4 3 2 1 0

1 0 0 0 0 0 0 0 = 1* 2= 128

Ответ: 128

3).

7 6 5 4 3 2 1 0

1 0 0 1 1 0 1 0 =0*2+ 1*2+0*2+1*2+1*2+0*2+0*2+1*2=

= 0 + 2 + 0 + 8 + 16 + 0 + 0 + 128 = 154

Ответ: 154

3. Шестнадцатеричная с. сч.


Разряды 1 0

А 5 = 5 * 16 + А * 16

Чтобы вычислить полученную сумму, следует понять, как быть с буквой ^ А? Оказывается, шестнадцатеричную цифру А при подсчете суммы надо заменить на десятичное число 10. Это видно из таблицы соответствия чисел в разных системах счисления (см. таблицу). Получим:

= 5 + 10 * 16 = ^ 165

Итак, из исходного шестнадцатеричного числа получили десятичное число.

Перевод шестнадцатеричных чисел в десятичные


^ Как перевести шестнадцатеричное число в десятичное

Шестнадцатеричное число надо представить в виде суммы произведений составляющих его цифр на соответствующие степени числа 16, а затем вычислить полученную сумму. При этом цифры A, B, C, D, E, F надо заменить соответственно на 10, 11,12,13,14 или 15.

Степени числа 16:

16 =1 16=16 16=256 16=4096 16=65536

Таблица

^ Соответствие чисел в различных системах счисления


Десятичные

Шестнадцатеричные

Двоичные

0

0

0

1

1

1

2

2

10

3

3

11

4

4

100

5

5

101

6

6

…

7

7

Вы-

8

8




9

9

чис-

10

A




11

B

лить

12

C




13

D

са-

14

E




15

F

мим

16

10

10000



Упражнения: Перевести шестнадцатеричные числа 4). 37

5). FF

6). 3EC

в десятичные.

Решение:

4).

1 0

3 7 = 7*16 + 3*16 = 7 + 48 = 55

^ Ответ: 55

5).

1 0

F F = F*16+ F*16 = 15 + 15 * 16 = 255

Ответ: 255

6).

2 1 0

3 E C = C * 16+ E * 16 + 3 * 16 =

= 12 * 1 + 14 * 16 + 3 *256 =12 + 224 + 768 = 1004

^ Ответ: 1004


Перевод десятичных чисел в двоичные



Как перевести десятичное число в двоичное

Десятичное число надо последовательно делить нацело на 2, а затем выписать результат из остатков деления справа налево.

Пример 1:

Перевести десятичное число 13 в двоичное.

Решение:

13 2

12 6 2

1 6 3 2

0 2 1

1 Ответ: 1 1 0 1


Можно сделать проверку:

3 2 1 0

1 1 0 1 = 1*2+ 0*2+ 1*2+1*2 =

= 1 + 0 + 4 + 8 = 13


Пример 2:

Перевести десятичное число 325 в двоичное.

Решение:

325 2

324 162 2

1 162 81 2

0 80 40 2

1 40 20 2

0 20 10 2

0 10 5 2

0 4 2 2

1 2 1

0

Ответ: 101000101


Перевод десятичных чисел в шестнадцатеричные



^ Как перевести десятичное число в шестнадцатеричное

Десятичное число надо последовательно делить нацело на 16, а затем выписать результат из остатков деления справа налево. При этом остатки деления 10, 11,12,13,14 или 15 надо заменить соответственно на цифры A, B, C, D, E, F.

Пример 1:

Перевести десятичное число 26 в шестнадцатеричное.

Решение:


26 16

16 1

А 10 Ответ: 1А



Пример 2:

Перевести десятичное число 2005 в шестнадцатеричное.

Решение:


2005 16

16 125 16

40 112 7

32 13

85

80 D

5

Ответ: 7D5


Контрольные вопросы:

Почему для кодирования информации в компьютере используются только два символа – 0 и 1?

Как кодируются тексты?

Как кодируются изображения?

На чем основано кодирование числовой информации для компьютера?

Дать определения системы счисления, основания системы счисления.

Сформулировать правило перевода двоичных чисел в десятичные.

Сформулировать правило перевода шестнадц-ных чисел в десятичные.

Сформулировать правило перевода десятичных чисел в двоичные.

Сформулировать правило перевода десятичных чисел в шестнадц-ные.

Задачи для самоподготовки:

Перевести двоичные числа в десятичные: а). 111000; б). 11101101

Перевести шестнадцатеричные числа в десятичные: а). 65; б). F2B

Перевести десятичные числа в двоичные: а). 58; б). 120

Перевести десятичные числа в шестнадцатеричные: а). 301; б). 1279