Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17




НазваниеСодержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17
страница7/78
Дата конвертации11.12.2012
Размер5.58 Mb.
ТипРеферат
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   78

Представление информации в виде двоичного кода


После рассмотрения технологий хранения битов обратимся к тому, как информация может быть представлена в виде двоичного кода. Мы сосредоточим наше внимание на распространенных методах кодирования текста, цифровых данных, изображений и звука. Каждая из этих систем имеет особенности, которые часто заметны обычным пользователям. Наша цель состоит в том, чтобы понять, что представляют собой методы кодирования.

Представление текста


Информация, имеющая вид текста, часто представляется при помощи кода, в котором каждому отдельному символу в тексте (букве алфавита или знаку препинания) приписывается уникальная последовательность битов. Таким образом, текст выглядит как длинная цепочка битов, в которой упорядоченные наборы битов представляют упорядоченные символы в исходном тексте.

На заре развития современных компьютеров было разработано много систем кодов, которые использовались для разного оборудования, что привело к проблемам в передаче информации. Чтобы разрешить сложившуюся ситуацию, Американским национальным институтом стандартов (ANSI) был принят Американский стандартный код для обмена информацией (ASCII). Этот код использует наборы из семи битов для представления прописных и строчных букв английского алфавита, пунктуационных знаков, цифр от 0 до 9 и некоторой другой информации, такой как перевод строки, возврат каретки и табуляция. Сегодня стандарт ASCII часто увеличивается до восьми битов для одного символа, при этом в качестве старшего бита в каждый код добавляется 0. Такой метод предоставляет не только код, в котором каждый набор полностью занимает ячейку памяти размером 1 байт, но также 128 дополнительных кодов (полученные приписыванием дополнительному биту значения 1), которые могут представлять символы, не входящие в исходный стандарт ASCII. К сожалению, из-за того, что производители используют свои собственные интерпретации для этих дополнительных наборов битов, данные, в которых они появляются, часто не так просто переместить с системы одного производителя на систему другого.

Американский национальный институт стандартов


Американский национальный институт стандартов (ANSI) был основан в 1918 году небольшим консорциумом машиностроительных ассоциаций и государственных агентств как бесприбыльная организация для координации развития стандартов в частном секторе. Сегодня в ANSI состоит более 1300 коммерческих и профессиональных организаций, торговых ассоциаций и государственных агентств. Штаб-квартира ANSI находится в Нью-Йорке и представляет США в организации ISO. Веб-страница Американского национального института стандартов находится по адресу http://www.ansi.org.

Подобные организации существуют и в других странах: Standards Australia (Австралия), Standards Council of Canada (Канада), China Stale Bureau of Quality and Technical Supervision (Китай), Deutsches Institut fbr Normung (Германия), Japanese Industrial Standards Committee (Япония), Direcciyn General de Normas (Мексика), Государственные комитет Российской Федерации по стандартизации и метрологии (Россия), Swiss Association for Standardization (Швейцария) и British Standards Institution (Великобритания).

В приложении А приводится часть таблицы кодов ASCII в формате восемь битов на один символ. Пример того, как в этой системе последовательность битов 01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00101110 представляет приветствие «Hello.», приведен на рис. 1.13.



Хотя стандарт ASCII преобладал в течение многих лет, другие более обширные системы кодирования, способные представлять документы на различных языках, завоевывают популярность. Одна из них — Unicode — была разработана совместно несколькими ведущими производителями технического и программного обеспечения и быстро получила поддержку со стороны специалистов в области вычислительной техники. Этот код для представления символов использует уникальные последовательности из 16 бит. В результате чего стандарт Unicode включает в себя 65 536 различных кодов, которых достаточно для представления наиболее употребляемых символов китайского и японского языков. Стандарт кодирования, который мог бы составить конкуренцию Unicode, был разработан Международной организацией по стандартизации (также известной как ISO, от греческого слова isos — «равный»). Эта система кодирования использует последовательности из 32 бит и может представить миллиарды символов.

ISO - международная организация по стандартизации


Международная организация по стандартизации (ISO) была организована в 1947 году как всемирная организация органов стандартизации, по одному из каждой страны. Сегодня ее штаб-квартира находится в Женеве (Швейцария). Членами организации являются более 100 национальных институтов и многочисленные член-корреспонденты. (Член-корреспондент является представителем страны, в которой не существует национального института стандартизации. Они не могут непосредственно участвовать в разработке стандартов, но их информируют о шагах, предпринимаемых ISO.) Веб-страница ISO находится по адресу http:// www.iso.ch.

Представление числовых значений


Хотя метод хранения информации в виде закодированных символов удобен, он неэффективен, когда мы имеем дело только с числовой информацией. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим, как будет храниться число 25. Если мы хотим хранить его в стандарте ASCII, используя для каждого символа 1 байт памяти, то нам потребуется в общей сумме 16 битов. Кроме того, самое большое число, которое мы можем представить, используя 16 битов, это 99. Более эффективным является хранение числового значения в двоичном представлении.

Двоичное представление (binary notation) — это способ записи числовых значений, в котором используются только 0 и 1, а не 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9, как в традиционной, десятичной, системе счисления. Напомним, что в десятичной системе счисления каждой позиции в записи числа соответствует определенный разряд. В записи числа 375 цифра 5 занимает позицию единиц, 7 — позицию десятков, 3 — позицию сотен (рис. 1.14, а). При смещении по записи числа влево вес разряда увеличивается в десять раз. Значение, представленное записью, можно получить, умножив значение каждого числа на вес его разряда и затем сложив полученные произведения. Например, запись 375 имеет вид (3 х 100) + (7 х 10) + (5х 1).



В двоичном представлении каждая позиция в записи числа также соответствует определенному разряду, при движении по записи числа влево вес разряда каждый раз увеличивается в два раза. Более точно, вес разряда последнего числа справа равен единице (2°), вес разряда следующего числа равен двум (21), следующего — четырем (22), следующего — восьми (23) и т. д. Например, в двоичной записи 1011 самая крайняя справа 1 соответствует весу разряда, равному единице, следующая единица — весу разряда, равному двум, 0 соответствует весу разряда, равному четырем, а самая крайняя слева 1 — весу разряда, равному восьми (рис. 1.14, б).

Чтобы получить значение, представленное двоичной записью, выполняем те же действия, как в случае с десятичной системой счисления: умножаем значение каждой цифры на вес соответствующего разряда и складываем полученные произведения. Например, значение, имеющее запись 100101, равно 37 (рис. 1.15). Обратите внимание на то, что поскольку в двоичном представлении используются только 0 и 1, то получение значения числа сводится к суммированию тех разрядов, в которых в записи стоит единица. Следовательно, двоичная запись 1011 имеет значение 11, так как единицы соответствуют разрядам 1, 2 и 8.



Последовательность двоичных записей, соответствующих десятичным числам от 0 до 8, выглядит следующим образом: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000.

Существуют различные подходы к получению этой последовательности, и хотя они не всегда красивы с теоретической точки зрения, однако обеспечивают быстрое получение двоичной записи небольших чисел. Один подход — представить счетчик пройденного пути автомобиля, содержащий только числа 0 и 1 на своем табло. Счетчик пройденного пути стоит на 0 и затем показывает 1, когда машина начинает двигаться. Затем единица снова заменяется нулем, при этом соседнее значение слева становится равным 1, и мы имеем 10. Потом 0 справа заменяется единицей, и значение на счетчике пройденного пути становится равным 11. Теперь самое крайнее значение и значение справа от него опять заменяются нулями, что приводит к появлению единицы на третьем колесе счетчика пройденного пути, который теперь показывает 100.

Для получения двоичной записи больших положительных чисел можно использовать более систематический подход, описываемый следующим алгоритмом.

Шаг 1. Разделите число на два и запишите остаток деления.

Шаг 2. До тех пор пока частное не равно нулю, продолжайте делить частные на два и записывать остаток.

Шаг 3. Когда частное станет равно нулю, двоичная запись числа будет состоять из остатков деления, выписанных справа налево в том порядке, в каком они были получены.

Применим этот алгоритм к числу 13 (рис. 1.16). Сначала делим тринадцать на два, получаем частное, равное шести, и единицу в остатке; так как частное не равно нулю, делим его на два в соответствии с шагом 2. В результате имеем новое частное, равное трем, и ноль в остатке. Это частное также не равно нулю, поэтому делим его на два, получая частное, равное единице, и два в остатке. Еще раз делим частное (единицу) на два, в этот раз частное равно нулю, а остаток единице. Так как мы получили в результате деления ноль, то переходим к третьему шагу и получаем двоичную запись исходного значения (тринадцать), которая имеет вид 1101.



Теперь вспомним пример хранения числа 25, который мы привели в начале этого раздела. Как мы заметили, для представления этого числа в стандарте ASCII потребуется два байта памяти, и самое большое число, которое мы сможем сохранить в этих двух байтах, равно 99. Однако если мы будем использовать двоичное представление, мы сможем хранить целые числа в интервале от 0 до 65 535, что является значительным усовершенствованием.

По этой и другим причинам числовую информацию принято хранить в виде двоичной записи, а не в виде закодированных символов. Мы говорим «в виде двоичной записи», потому что обычная двоичная система счисления описывает только основы нескольких способов хранения числовой информации, используемые в машинах. Некоторые из этих вариантов двоичной системы счисления обсуждаются далее в этой главе. Сейчас мы просто обращаем внимание на то, что для хранения целых чисел принята система кодирования, называемая представлением в дополнительном коде, потому что она дает возможность кодирования и положительных, и отрицательных чисел. Для хранения чисел с дробной частью, таких как 4 (1/2) используется другая форма, называемая представлением чисел с плавающей точкой. Таким образом, отдельное значение (например, 25) может быть представлено различными последовательностями битов (как символ, закодированный в стандарте ASCII; в представлении в дополнительном коде или в форме с плавающей точкой, как 25%), и наоборот, отдельную последовательность битов можно интерпретировать по-разному.

В завершение этого раздела следует упомянуть проблемы, связанные с системами хранения чисел, которые мы рассмотрим позже. Независимо от размера области памяти, которую машина может выделить для хранения числового значения, все равно будут появляться слишком большие целые числа или слишком маленькие дроби, не помещающиеся в эту область. Поэтому всегда существует возможность ошибок, таких как переполнение (число слишком большое) или усечение (дробь слишком маленькая). С ними необходимо бороться, иначе ничего не подозревающий пользователь столкнется с множеством ошибочных данных.

Представление изображений


В современных компьютерных системах хранится не только текстовая и числовая информация. Они также включают в себя графическую, звуковую и видеоинформацию. По сравнению с методами хранения символов и чисел способы представления этих дополнительных данных находятся только в начале своего развития и, следовательно, не настолько стандартизированы.

В соответствии с методами, применяемыми для их представления, все изображения можно разделить на две категории: растровые (bitmap techniques) и векторные (vector techniques). Растровое изображение представляет собой набор точек, элементов изображения, которые называются пикселами (pixels). Самое простое представление имеет вид длинной последовательности битов, каждый из которых равен 0 или 1 в зависимости от того, белого или черного цвета пиксел. Цветные изображения немного сложнее, гак как каждый пиксел должен быть представлен комбинацией битов, обозначающей его цвет.

Многие современные внешние устройства компьютера, такие как факсы, видеокамеры и сканеры, конвертируют изображения в растровый формат. Эти устройства обычно представляют цвет пиксела в виде комбинации трех составляющих: красной, зеленой и синей, соответствующих трем основным цветам. Для представления интенсивности каждого цвета используется один байт, в то время как для представления целого пиксела изображения требуется три байта. Этот подход с использованием трех составляющих цвета используется также в мониторе компьютера, который отображает миллиарды пикселов, каждый из которых состоит из трех компонентов: красного, зеленого и синего, что можно заметить, изучив экран поближе (возможно, вам потребуется увеличительное стекло).

Формат, в котором одному пикселу соответствуют три байта, подразумевает, что для изображения, состоящего из 1024 рядов, содержащих 1024 пиксела каждый, потребуется несколько мегабайтов памяти, что превышает емкость обычного гибкого диска. В разделе 1.8 мы обсудим два распространенных метода (GIF и JPEG), которые используются для сжатия изображений до более приемлемого размера.

Растровый формат представления изображений имеет один недостаток, а именно размер изображения не может быть произвольно изменен. В сущности, единственный способ увеличить изображение — увеличить размер пикселов. Но это приводит к зернистому изображению — явлению, которое часто наблюдается в цифровых фотоаппаратах. Векторный формат представления изображений преодолевает эту проблему. Векторное изображение представляет собой набор линий и дуг. Такое описание заставляет устройство само рисовать изображение, а не воспроизводить комбинацию пикселов. Различные шрифты, доступные в современных принтерах и мониторах, часто закодированы именно таким способом, для того чтобы сделать размер символа более гибким. Такие шрифты называются масштабируемыми шрифтами. Например, шрифт TrueType (разработанный компаниями Microsoft и Apple Computer) представляет собой систему описания того, как следует рисовать символы в тексте. Или шрифт PostScript (разработанный корпорацией Adobe Systems), который предоставляет средства для описания символов как графических данных. Векторный формат также распространен в автоматизированном проектировании. Он позволяет создавать трехмерные объекты и управлять их отображением на мониторе. Однако векторный формат не обеспечивает фотографического качества изображений, которое доступно в растровом формате. Именно поэтому растровый формат используется в современных цифровых камерах.

Представление звука


При наиболее распространенном способе кодирования звуковой информации амплитуда сигнала измеряется через равные промежутки времени и записываются полученные значения. Например, последовательность 0, 1.5, 2.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 3.0, 0 описывает волну звука, амплитуда которой сначала увеличивается, затем немного уменьшается, затем снова повышается и, наконец, падает до 0 (рис. 1.17). Этот способ кодирования, в котором частота дискретизации составляет 8000 отсчетов в секунду, используется не первый год в дальней телефонной связи. Голос на одном конце канала кодировался в виде числовых значений, отражавших амплитуду звукового сигнала, восемь тысяч раз в секунду. Эти значения затем передавались по каналам связи и использовались для воспроизведения звука.

Может показаться, что 8000 отсчетов в секунду — это большая частота дискретизации, но она все же недостаточна для высокой точности воспроизведения музыки. Для получения качественного звучания на современных музыкальных компакт-дисках используется частота дискретизации, равная 44 100 отсчетов в секунду. Для данных, полученных при каждом отсчете, отводится 16 битов памяти (или 32 бита для стереозаписей). Следовательно, для хранения одной секунды звучания требуется более миллиона битов.

В музыкальных синтезаторах, компьютерных играх и звуковых сигналах, сопровождающих веб-страницы, широко используется более экономная система кодирования, которая называется цифровым интерфейсом музыкальных инструментов (MIDI — Musical Instrument Digital Interface).

При использовании стандарта MIDI не требуется столько места в памяти, как при дискретизации звукового сигнала, так как эта система кодирует указания, как следует порождать музыку, а не сам звуковой сигнал. Точнее, MIDI кодирует информацию о том, какой инструмент должен играть, какую ноту и какова продолжительность звучания этой ноты. Это означает, что для кларнета, играющего ноту ре в течение двух секунд, потребуется три байта, а не более двух миллионов битов, как в случае дискретизации сигнала с частотой 44 100 отсчетов.



Короче говоря, стандарт MIDI скорее похож на нотную запись, которую читает исполнитель, чем на само исполнение. Издержки метода — музыкальная запись в стандарте MIDI может звучать по-разному в исполнении различных музыкальных синтезаторов.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   78

Похожие:

Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconОсновы работы с Sharepoint в какое место веб-страницы разрешается вставить новую веб-часть (в браузере)?
В какое представление веб-страницы будут вноситься изменения, если выбрать команду Настроить эту страницу?
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconВведение в физику и технологию элементной базы ЭВМ и компьютеров
Введение   8
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconСодержание
Содержание размещают после титульного листа отчёта (как правило, на стр. 2). Слово «Содержание» рас­полагают посередине страницы...
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconСоздание веб-страницы в простом текстовом редакторе
Давайте создадим  веб-страницу. Для этого нужно напечатать ее исходный код в простом текстовом редакторе  блокнот
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconЗагрузка uploading теория
После того как набор html страниц веб-сайта создан. Все они связаны между собой с помощью ссылок. Страницы наполнены контентом. Таким...
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconЛитература 153 Алфавитный указатель 155 Предисловие редактора русского издания Глубокоуважаемые коллеги! Содержа­ние этой книги значительно шире и глуб­же, нежели заявлено в ее названии. Я бы назвала ее «Лечение и реставрация молочных зубов»
Предисловие редактора русского издания 6 Введение 9 Предисловие 11 Благодарности 13
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 icon        Информатика  Системы счисления и  арифметические основы эвм  
Введение   
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconЯндекс - поисковая машина, способная по вашему запросу найти в русскоязычной части интернета наиболее подходящие веб-страницы, новости, картинки, статьи
Яндекс — поисковая машина, способная по вашему запросу найти в русскоязычной части интернета наиболее подходящие веб-страницы, новости,...
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconВзаимодействие веб-сайтов по культуре с пользователем. 
Предисловие к русскому изданию   4 
Содержание предисловие 2 веб-страницы 3 введение 6 1архитектура ЭВМ 17 iconВзаимодействие веб-сайтов по культуре с пользователем. 
Предисловие к русскому изданию   4 
Разместите кнопку на своём сайте:
kak.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kak.znate.ru 2012
обратиться к администрации
KakZnate
Главная страница