Таким образом, имея всего десять цифр и вставляя дополнительные цифры, мы можем записать любое, даже самое большое число, и выполнить математические операции.
Информация может передаваться от источника к приемнику с помощью сигналов самой разнообразной физической природы. Например, сигналом может быть свет, звук, тепло, электричество или в виде жеста, движения, слова, сломанной ветки на дереве или любого другого обычного сигнала.
Приемник информации должен не только принять сигнал, но и декодировать его, чтобы передача могла состояться. Ученик знает, что пора просыпаться и собираться в школу, когда слышит звонок будильника. Телефонный звонок означает, что кто-то хочет с вами поговорить.
Звонок в дверь означает, что кто-то пришел, а школьный звонок зовет детей на занятия или на долгожданную перемену.
Необходимо заранее договориться о том, как следует понимать те или иные сигналы, то есть необходимо разработать код.
Код — это система символов для представления информации. Кодирование — это представление информации с помощью кода.
Многие коды стали частью нашей жизни. Например, в нашей стране мы общаемся с помощью кода — русского языка. Код использовался для оценки знаний в школе (цифра 5 — код отличных знаний, 4 — код хороших знаний, 3 — код удовлетворительных знаний и 2 — код плохих знаний).
Каждое музыкальное произведение было записано (закодировано) с помощью нот. По номерному знаку можно определить информацию о транспортном средстве и его владельце.
В современных супермаркетах на упаковке каждого товара имеется штрих-код — маркировка, состоящая из черных линий. Штрих-коды считываются сканерами. Они используются для ввода информации о стоимости покупок в компьютер.
Правила дорожного движения кодируются виртуальными символами. Все знают дорожные знаки, показанные на рисунке 15.
Каждый населенный пункт в Российской Федерации имеет свой шестизначный код (почтовый индекс). Он должен быть указан на конверте в специальном месте (рис. 16). Код можно использовать для определения места отправки письма. Например, код города Москвы и коды всех населенных пунктов Московской области начинаются с цифры 1.
В середине XIX века французский педагог Луи Брайль изобрел специальный способ представления информации для слепых. Буквы» этого кода выдавливаются на плотном листе бумаги. Буква занимает два столбца, на каждом из которых можно увидеть от одной до трех точек (рис. 17). Когда слепые люди проводят пальцами по точкам, они могут различать и читать буквы.
В памяти компьютера информация в двоичном коде представлена в виде строк нулей и единиц. Каждый символ, вводимый с клавиатуры, представлен уникальной последовательностью из восьми 0 и 1. Например, буква «Q» является двоичной 01010001, а цифра «7» — двоичной 00110111.
Пример 1. Создадим простую кодовую таблицу, присвоив каждой букве порядковый номер в алфавите. Затем следующее предложение
ОТ УДАРОВ КОПЫТ ВЗЛЕТАЕТ ПЫЛЬ В ПОЛЕ
в закодированном виде будет выглядеть следующим образом:
Способы кодирования информации
Одна и та же информация может быть представлена в разных кодах, т.е. в разных формах.
Люди разработали множество форм представления информации. К ним относятся: разговорные языки (русский, английский, немецкий — всего более 2 000 языков), язык подражания и жестов, язык рисунков и картин, научные языки (например, язык математики), языки искусства (музыка, живопись, скульптура), специальные языки (азбука Брайля, азбука Морзе, алфавит жестов).
Способ кодирования информации (форма, в которой она представлена) зависит от цели, для которой она кодируется. Этими целями могут быть сокращение протоколирования, классификация (кодирование) информации, облегчение ее обработки и т.д.
Наиболее часто используемыми методами кодирования информации являются следующие:
- графический — с помощью рисунков или значков;
- числовой — с помощью чисел;
- символьный — с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.
Переход от одной формы представления к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки, также называется кодированием.
Процесс восстановления исходной формы информации называется декодированием. Чтобы расшифровать его, необходимо знать код.
Метод координат
Любая информация, в том числе и графическая, может быть представлена числами. Системы координат используются для «соединения» чисел и точек. О самой простой из них — числовой оси — вы уже узнали на уроках математики.
Мы рассмотрим прямоугольную систему координат. Ее также называют декартовой системой координат — в честь французского математика Рене Декарта.
Проведем на квадратном листе две перпендикулярные числовые оси и обозначим их пересечение как O (рисунок 18).
Горизонтальная ось называется осью OX, а вертикальная ось — осью OU. Точка пересечения OX и OY называется началом координат и также обозначается 0 («ноль»). Каждая точка в координатной плоскости имеет свое точное направление. Это пара чисел: первое число по оси OX, второе — по оси OY. Эти числа называются координатами точки. А чтобы не запутаться в порядке координат, вспомните, как устроены наши дома: Сначала переходим в нужный коридор (по оси OX), а затем на нужный этаж (по оси OU) (рис. 19).
Посмотрите на шахматную доску (рис. 20). По нижнему краю расположен ряд букв, а по левому краю — ряд цифр. С их помощью можно однозначно определить положение любой фигуры на шахматной доске.
Координатные оси делят плоскость на четыре части, называемые координатными квадрантами (рис. 21).
Далее мы будем работать только с первым координатным квадрантом (рис. 22).
Пример. Мы знаем координаты 15 точек: A(4, 1), B(4, 2), C(1, 2), D(4, 5), E(2, 5), F(4, 7), G(3, 7), H(5, 9), 1(7, 7), J(6, 7), K(8, 5), L(6, 5), M(9, 2), N(6, 2), 0(6, 1). Если отметить эти точки в координатной плоскости и соединить их частями последовательности A — B — C — D — E — F — G — H — I — J — K — L — M — N — O — A, то получится рисунок 23.
Мы проделали работу по расшифровке графического представления, состоящего из 15 непрерывных сегментов точек, заданных декартовыми ортогональными координатами. Другими словами, мы изменили формат представления информации с числового на графический.
О применении метода координат в линкоре можно прочитать в электронном приложении к учебнику. Есть также интерактивная игра «Броненосец», в которую можно играть с помощью компьютера.
Способы кодирования информации
Одна и та же информация может быть представлена в разных кодах, т.е. в разных форматах.
Люди разработали множество форм представления информации. К ним относятся: разговорные языки (русский, английский, немецкий — всего более 2 000 языков), язык подражания и жестов, язык рисунков и картин, научные языки (например, язык математики), языки искусства (музыка, живопись, скульптура), специальные языки (азбука Брайля, азбука Морзе, алфавит жестов).
Способ кодирования информации (форма представления) зависит от цели, для которой она кодируется. Эти цели могут заключаться в уменьшении размера записи, классификации (кодировании) информации, облегчении ее обработки и т.д.
Наиболее распространенными способами кодирования информации являются:
1) графический — с использованием рисунков или символов; 2) числовой — с использованием цифр; 3) символический — с использованием символов того же алфавита, что и оригинальный текст.
Кодирование.
Процесс восстановления исходной формы информации обычно называют декодированием. Для декодирования требуется знание кода.
САМОЕ ГЛАВНОЕ
Передаваемая информация может быть передана от источника к приемнику с помощью символов или сигналов, т.е. в закодированном виде.
Код — это система символов для представления информации.
Кодирование — это представление информации с помощью кода.
Выбор метода кодирования зависит от цели, для которой он используется.
Чтобы расшифровать зашифрованное сообщение, необходимо знать код.
Вопросы и задания
1. что вы понимаете под кодированием информации?
2. для каких целей люди кодируют информацию?
3. ребус — это слово или фраза, зашифрованная комбинацией фигур, букв и других символов. Попробуйте расшифровать послание, т.е. решить следующий ребус:
Составьте ребус для одного из следующих слов: информация, кодировка, кодирование, хранение, передача, обработка.
4. какие символы и когда используются для представления информации:
(a) запись числовых выражений; (b) запись мелодий; (c) запись звуков речи; (d) планирование календаря погоды; (e) управление дорожным движением?
(5) Зависит ли форма представления информации от носителя (бумага, камень, электронный носитель)?
6. Выразите словами смысл следующего арифметического выражения:
| 1+2+3+4+5 | = 5 |
| —————- | |
| 10-7 |
7. мальчик заменил каждую букву своего имени на соответствующую цифру в алфавите. Результат: 18 21 19 13 1 15. Как зовут мальчика?
8. зная, что каждая буква оригинального текста заменена третьей буквой русского алфавита, которая считается написанной по кругу (после «Я» следует «А»), расшифруйте следующие сообщения:
(а) джуцёг лол, г ргмжия — дзузель; (б) фхгуюм джуцё оцюз рсеюш жецш.
9. Каждой букве алфавита поставлена в соответствие пара чисел: первое число — номер столбца, а второе — номер строки следующей кодовой таблицы:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| 1 | к | л | м | н | о | ь | ъ | ы | э | ю | я | |
| 2 | п | р | с | т | у | ф | х | ч | ц | ш | щ | , |
| 3 | а | б | в | г | д | е | ё | ж | з | и | й | . |
Используя эту таблицу, решите головоломку: (1,1), (2. 2), (1,3), (3,2), (10,3), (3,3), (12,1), (4,2), (5,1), (4,2), (12,2), (12,1), (1,1), (4,2), (5,1), (12,1), (1,1), (2,2), (1,3), (3,2), (10,3), (3. 3), (5,1), (12,1), (1,2), (5,1), (3,2), (4,2), (5,2), (1,2), (1,3), (6.3), (4,2), (12,3).
Принципы кодирования информации. алфавит и длина кода.
Одним из вариантов кодирования является точечное кодирование. Предположим, что существует система символов Z=, состоящая из 3 символов. Если объекты кодируются 1 символом, то их всего 3. Если все сообщения состоят из двух букв, то их 9.
| AA | AB | AC | BA | BB | BC | CA | CB | CC |
Если мы попытаемся составить трехбуквенные слова, то их будет 27.
Если мы продолжим этот процесс, то обнаружим, что если длина кода (количество символов в коде) увеличится на 1, то количество кодов увеличится в три раза (т.е. количество символов в нашей системе).
| Длина кода (цифры) | Количество кодов | Тип отношений |
| 31 = 3 | ||
| 32 = 9 | ||
| 33 = 27 | ||
| 34 = 81 |
Код — это полный набор условных знаков, используемых для кодирования сообщений. Количество различных символов в коде называется базой кода.
Код — это представление информации в виде символов, знаков, законов или кодов.
Символ — символ, имеющий значение.
Алфавит — набор символов, используемых для хранения или передачи информации. Количество букв в алфавите называется мощностью алфавита.
Существует несколько алфавитов:
- Кириллица ;
- Латиница ;
- Арабские цифры ;
- Набор знаков азбуки Бройля для слепых;
- Набор знаков глухонемых;
- Азбука Морзе;
- Набор математических знаков<..>.
Символы могут кодировать любое количество сообщений.
Длина кода — это количество символов, используемых для представления сообщения. В повседневной жизни чаще встречаются коды с переменной длиной, например, в русском алфавите 33 буквы, а слов может быть 1, 2, … длинные буквы. Кодирование информации может быть самым разным: поднят или спущен флаг корабля, есть сигнал маяка или нет, зеленый + красный ракеты; начало войны и т.д. Существует также кодирование информации более сложного характера: картина, речь, песня, танец и т.д. Информация воспринимается нашими органами чувств.
Как правило, используются коды фиксированной длины. Азбука Морзе является исключением. Это пример трехкомпонентного кода с набором символов «точка», «тире», «пауза». Пауза необходима как разделитель между буквами и словами, поскольку длина кода не фиксирована. В коде фиксированной длины кодируемые символы могут следовать друг за другом непосредственно без разделителя. Положение этих символов определяется обратным отсчетом. На этой основе сообщение всегда может быть однозначно расшифровано.
5. задачи и угрозы безопасности. Злоумышленники и их классификация.
Информационная безопасность — это защита информации и поддерживающей ее инфраструктуры от случайных или злонамеренных атак, которые могут нанести вред самой информации, ее владельцам или поддерживающей ее инфраструктуре.
Цель информационной безопасности — минимизировать ущерб, предвидеть и предотвратить его последствия.
Языки программирования
Языки программирования — это просто набор правил, которые определяют, как писать код. Эти правила приближают машинный язык к человеческому. Их можно легко представить как язык, понятный компьютеру.
Языки программирования используются для создания веб-сайтов и приложений. В программировании используется множество языков, таких как:
Что делает язык программирования уникальным?
Многие языки программирования относительно просты, но выполняют разные задачи. Например, один из самых популярных языков, JavaScript, в основном используется для веб-сайтов и front-end разработки. Python, с другой стороны, используется как для стандартных программ, так и для веб-сайтов.
Какой язык программирования выберет разработчик программного обеспечения, обычно остается на его усмотрение, поскольку часто для одной и той же цели можно использовать несколько языков программирования.
Низкоуровневые и высокоуровневые языки программирования
Существует множество способов классификации языков программирования. Одной из наиболее важных классификаций является уровень языка. Языки низкого уровня ближе к двоичному коду, а языки высокого уровня ближе к человеческому коду. Как правило, легче программировать на языке высокого уровня, в то время как языки низкого уровня предоставляют больше свободы.
Компьютерные программисты используют различные языки программирования для создания программ. Программа — это текстовый файл, который служит руководством для компьютера. Когда вы запускаете приложение, вы говорите компьютеру прочитать текстовый файл и выполнить его инструкции. Мы используем эти программы, в частности, для решения проблем в офисе.
В зависимости от вычислительной мощности компьютера, система может сканировать огромное количество инструкций и выполнять их невероятно быстро. Человек не может прочитать тысячи строк кода и определить, какие шаги необходимо выполнить, так же быстро, как компьютер.
Двоичное кодирование текстовой информации
Существует несколько общепринятых стандартов для кодирования текста в двоичный код.
Одним из «старых» стандартов (разработанным в 1960-х годах) является ASCII (American Standard Code for Information Interchange), стандарт 7-битного кодирования. Это означает, что компьютер использует его для ввода каждой буквы или символа в 7-битную ячейку носителя информации.
Как вы знаете, 7-битная ячейка может принимать 128 различных состояний. Аналогично, в стандарте ASCII каждое из этих 128 состояний соответствует букве, знаку препинания или специальному символу.
Дальнейшее развитие компьютерных технологий показало, что 7-битный стандарт кодирования является слишком «узким». При 128 состояниях, принимаемых 7-битной ячейкой, невозможно закодировать буквы всех мировых письменностей.
По этой причине разработчики программного обеспечения начали разрабатывать свои собственные стандарты кодирования 8-битного текста. С помощью дополнительного бита диапазон их кодирования был расширен до 256 символов. Чтобы избежать путаницы, первые 128 символов в этих кодировках обычно соответствуют коду ASCII. Оставшиеся 128 символов обозначают периферийные языковые функции.
В нашей стране широко используются восьмибитные кодировки KOI8, UTF8, Windows-1251 и некоторые другие.
Также были разработаны универсальные стандарты кодирования (Unicode), которые включают буквы большинства существующих языков. Эти стандарты могут использовать до 16 и более битов на символ.
Существование большого количества текстовых кодировок является причиной многих проблем. Вы наверняка сталкивались с ситуацией, когда в некоторых программах вместо букв отображается неразборчивая «мешанина». Это происходит потому, что компьютер иногда «неправильно» читает кодировку, с которой этот текст хранится в его памяти, и не понимает его правильно.
В будущем, вероятно, будет введен единый стандарт кодирования текста, учитывающий разнообразие существующих шрифтов, который постепенно будет принят всеми компьютерами, независимо от их местонахождения и используемого программного обеспечения. Однако представляется маловероятным, что это произойдет в ближайшее время.
Кодирование изображений в двоичный код
Чтобы сохранить фотографию в двоичном коде, ее сначала виртуально делят на множество маленьких цветных точек, называемых пикселями (подобно мозаике).
После разделения на пиксели каждый цвет пикселя кодируется в двоичный код и сохраняется в запоминающем устройстве.
Первая цифровая камера, созданная инженерами компании Kodak в 1975 году, весила 3 килограмма, делала черно-белые фотографии размером 100 x 100 пикселей и хранила их на ленте с двоичным кодом. На съемку ушло более 20 секунд.
Например, если изображение имеет размер 512 x 512 пикселей, это означает, что оно представляет собой таблицу, состоящую из 262144 пикселей (количество вертикальных пикселей, умноженное на количество горизонтальных пикселей).
Устройством, которое «разбивает» изображение на пиксели, является любая современная камера (в том числе фотоаппарат, камера мобильного телефона) или сканер.
И если в технических характеристиках камеры написано «10 мегапикселей», это означает, что количество пикселей, на которые камера делит изображение для двоичной записи, составляет 10 миллионов.
Чем больше пикселей в изображении, тем реалистичнее будет выглядеть фотография при декодировании (на экране или в отпечатке).
Однако качество двоичного кодирования фотографий зависит не только от количества пикселей, но и от их цветового разнообразия.
Существует несколько алгоритмов для передачи цвета в двоичном коде. Наиболее распространенным является RGB. Эта аббревиатура состоит из первых букв трех основных цветов: Красный — R ed, зеленый — G reen и синий — B lue.
Из уроков рисования в школе вы наверняка знаете, что, смешивая эти три цвета в разных соотношениях, можно получить любой другой цвет или оттенок.
На этом основан алгоритм RGB. Каждый пиксель записывается в двоичном коде путем определения того, сколько битов красного, зеленого и синего цвета участвует в его формировании.
Чем больше битов доступно для кодирования пикселя, тем больше возможностей смешивания между тремя каналами можно использовать и тем больше насыщенность цвета изображения.
Разнообразие цветов пикселей, составляющих изображение, называется глубиной цвета.
Если каждому пикселю изображения присвоить 8 бит двоичного кода, то получится цветовое разнообразие в 256 цветов.
Глубина цвета в 12 бит дает 4096 цветов, глубина в 16 бит — 65536 цветов, а глубина в 18 бит — 262144 цвета.
Максимальная глубина цвета, используемая в компьютерной технике, составляет 24 бита. Это часто называют истинным цветом. Он может отображать около 16,7 миллионов цветов. Человеческий глаз не способен увидеть больше, чем это.
Однако часто встречается так называемая 32-битная глубина цвета. При этом количество тонов не увеличивается. Дополнительные биты, выделенные для кодирования каждого пикселя, используются для управления непрозрачностью пикселя или не используются.
Описанная выше техника работы с мелкими пикселями является наиболее распространенной и называется растровой визуализацией. Однако, помимо растровой графики, компьютеры также используют так называемую векторную графику.
Кодирование звуковой информации
Каждый звук, который слышит человек, представляет собой вибрацию воздуха, которая характеризуется двумя основными свойствами: частотой и амплитудой.
Амплитуда вибрации — это степень отклонения состояния воздуха от его первоначального состояния при каждом колебании. Он воспринимается как интенсивность звука.
Частота показывает, как часто в единицу времени состояние воздуха отклоняется от исходного состояния. Он воспринимается как высота звука.
Например, тихий комариный укус — это звук с высокой частотой, но низкой амплитудой. Гроза, с другой стороны, имеет высокую амплитуду, но низкую частоту.
Если построить график звуковой волны, то он будет выглядеть следующим образом:
То, как компьютер работает со звуком, можно описать следующим образом.
Микрофон преобразует колебания воздуха в электрические колебания с аналогичными свойствами.
Звуковая карта компьютера «знает», как преобразовать электрические колебания в двоичный код, который затем сохраняется в запоминающем устройстве. При воспроизведении этой записи происходит обратный процесс (декодирование) — двоичный код преобразуется в электрические колебания, которые поступают в звуковую систему или наушники.
Громкоговорители или наушники имеют обратный эффект микрофону. Они преобразуют электрические колебания в колебания воздуха.
Но как звуковая карта преобразует электрические колебания в двоичный код?
Если посмотреть на графическое изображение волны и внимательно проанализировать ее геометрию, то можно увидеть, что звук имеет определенную интенсивность (степень отклонения от исходного состояния) в любой момент времени.
Таким образом, если весь временной интервал, в котором возникает звук, разделить на очень маленькие временные сегменты, то звуковая волна может быть записана как порядок величины звука в каждом из этих временных сегментов.
Однако частота «расщепления» звука должна быть достаточно высокой, иначе значения перехвата не будут отражать истинную геометрию волны. Вот примеры разделения очень низких частот.
Этот принцип разделения звуковой волны на более мелкие сегменты лежит в основе двоичного кодирования звука.
Звуковая карта компьютера делит звук на очень маленькие временные сегменты и кодирует уровень мощности каждого сегмента в двоичном коде. Такое «разделение» звука на сегменты называется сэмплированием. Чем выше частота дискретизации, тем точнее передается геометрия звуковой волны и тем качественнее запись.
Например, простая речь (например, запись биктафона) обычно приемлема для человека, если частота дискретизации составляет не менее 8000 Гц (8 кГц), т.е. бинарная запись должна быть не менее 8000 частей в секунду.
Музыка, хранящаяся на компьютере, должна сэмплироваться с еще более высокой частотой. Стандартные записи на CD требуют минимальной частоты дискретизации 44,1 КГц (44100 Гц).
Качество записи также сильно зависит от количества бит, которые компьютер использует для кодирования каждого звукового сегмента в процессе семплирования.
Например, допустим, что компьютер использует 8 бит для кодирования каждого из этих сегментов. Как мы знаем, 8-битная ячейка может принимать одно из 256 значений. Но неожиданно разнообразие сегментов громкости, получаемых в результате дискретизации звука, стало больше (например, 512 вариаций). В этом случае компьютер округляет интенсивность диапазона выборки до ближайших возможных значений, чтобы «подогнать» 256 вариаций, и качество записи будет низким.
