Кодирование и представление в памяти ЭВМ различных видов информации

Память состоит из отдельных ячеек, в каждой из которых можно хранить любую информацию или команды. Каждой ячейке присваивается определенный номер, который называется адресом.

Таким образом, ячейка памяти имеет две характеристики:

1) содержимое – информация, которая хранится

2) адрес – числовое значение, указывающее на положение ячейки в памяти.

Числовые данные хранятся в памяти с фиксированной или с плавающей запятой. Форма с фиксированной запятой используется для хранения целых чисел. Такое число занимает одну ячейку, один разряд которой отводится под знак числа, а остальные – для значения числа. Если ячейка имеет длину 4 байта (32 бита), то число может меняться в пределах от 0 до ±2³¹.

Форма с плавающей запятой используется для хранения дробных чисел. В двоичной системе счисления любое число с плавающей запятой записывается в виде N=±m *2ⁿ, где m – мантисса (±m<1), n – целое число (порядок). Часть разрядов ячейки отводится для записи мантиссы с учетом знака, а другая часть – для записи порядка с учетом их знака.

Текстовые данные представляют собой последовательность 8 или 16 нулей и единиц.

Логические данные могут иметь лишь 2 значения – «истина» и «ложь». Они могут быть представлены в памяти различными способами, принятыми в конкретных вычислительных системах. В простейшем случае значение «истины» кодируется числом т1, «ложь» - числом 0, которые занимают одну ячейку памяти. Другим возможным вариантом является представление логических значений словами TRUE, FALSE.

Команды тоже хранятся в памяти наряду с данными. Каждая команда должна содержать следующую информацию:

1) вид выполняемой операции (сложение, умножение и т.д.)

2) данные, участвующие в операции.

Команда – последовательность двоичных чисел, содержит 2 части – операционную и адресную. По содержимому ячеек памяти не отличить данные от команд. Поэтому производят перераспределение памяти, т.е. указать адреса ячеек, где хранятся команды, где - данные.

Кодирование цветовой информации. С помощью одного байта можно закодировать 256 разных значений. Значит одним байтом можно закодировать 256 различных цветов. В принципе, этого достаточно для рисованных изображений типа тех, что мы видим в мультфильмах, но для полноцветных изображений живой природы – недостаточно. Человеческий глаз не самый совершенный инструмент, но и он может различать десятки миллионов цветовых оттенков. А если двумя байтами закодировать, то 2¹⁶=65536 различных цветов. Это уже лучше и похоже, что мы видим на фотографиях и на картинках в журналах, но все равно хуже, чем в живой природе. Если кодировать 3 байтами, то количество возможных цветов увеличится и достигнет 16,5 миллионов (2²⁴=16,5 миллионов).

Этот режим позволяет хранить, обрабатывать и передавать изображения, не уступающие по качеству наблюдаемым в природе.

Возможно, вы знаете, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного, зеленого и синего (их называют цветовыми составляющими). Если мы кодируем цвет точки с помощью трех байтов, то первый байт выделяется красной, второй – зеленой, третий – синей. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.

Белый цвет. Если точка имеет белый цвет, значит у нее есть все цветовые составляющие, и они имеют полную яркость. Поэтому белый цвет кодируется тремя полными байтами: 255, 255, 255.

Черный цвет – 0,0,0 (т.е. отсутствие всех цветов).

Серый цвет Этот цвет, промежуточный между черным и белым. В нем есть все цветовые составляющие, но они одинаковы и нейтрализуют друг друга. Пример, 100,100,100 или 150,150,150. Во втором случае яркость выше, т.е. светлее первого.

Представление графической информации. Существуют два подхода к решению проблемы представления изображения на компьютере: растровый и векторный. Суть обоих подходов в декомпозиции, т.е. разбиении изображения на части, которые легко описать.

Растровый подход предполагает разбиение изображения на маленькие одноцветные элементы - видеопиксели, которые, сливаясь, дают общую картину. В таком случае видеоинформация представляет собой перечисление в определенном порядке цветов этих элементов.

Векторный подход разбивает всякое изображение на геометрические элементы: отрезки прямой, эллиптические дуги, фрагменты прямоугольников, окружностей, области однородной закраски. При таком подходе видеоинформация — это математическое описание перечисленных элементов в системе координат, связанной с экраном дисплея. Векторное представление более всего подходит для чертежей, схем, штриховых рисунков. Нетрудно понять, что растровый подход универсальный, т.е. он применим всегда, независимо от характера изображения. В силу дискретной (пиксельной) структуры экрана монитора, в видеопамяти любое, изображение представляется в растровом виде. На современных ПК используются только растровые дисплеи, работающие по принципу построчной развертки изображения.

Информация в видеопамяти (видеоинформация) представляет собой совокупность кодов цвета каждого пикселя экрана. Отсюда следует, что вопрос о представлении изображения связан со способами кодирования цветов. Физический принцип получения разнообразных цветов на экране дисплея заключается в смешивании трех основных цветов (метод RGB): красного, зеленого и синего. Значит информация, заключенная в коде пикселя должна содержать сведения о том, какую интенсивность (яркость) имеет каждая составляющая в его цвете.

Задания для самоконтроля

1. Назовите три аспекта информационной меры.

2. Что рассматривает структурный подход?

3. Что рассматривает статистический подход информационной меры?

4. Что рассматривает семантический аспект информационной меры?

5. Как различаются меры информации при структурном подходе?

6. Что называется глубиной числа?

7. Что называется длиной числа?

8. Какими свойствами обладает энтропия?

9. Дайте определение дискретизации?

10. Перечислите формы представления информации.

11. Что называется кодом? Какие бывают коды?