Кодирование что это информатика
Краткое объяснение кодирования текстовой информации. Информатика
Содержание:
Кодирование текстовой информации — очень распространенное явление. Один и тот же текст может быть закодирован в нескольких форматах. Принято считать, что кодирование текстовой информации появилось с приходом компьютеров. Это и так и не так одновременно. Кодировка в том виде, в котором мы ее знаем, действительно к нам пришла с приходом компьютеров. Но над самим процессом кодирования люди бьются уже много сотен лет. Ведь, по большому счету, сама письменность уже является способом закодировать человеческую речь, для ее дальнейшего использования. Вот и получается, что любая окружающая нас информация никогда не бывает представленной в чистом виде, потому что она уже каким-то образом закодирована. Но сейчас не об этом.
Кодирование текстовой информации
Самый распространенный способ кодирования текстовой информации — это ее двоичное представление, которое сплошь и рядом используется в каждом компьютере, роботе, станке и т. д. Все кодируется в виде слов в двоичном представлении.
Сама технология двоичного представления информации зародилась еще задолго до появления первых компьютеров. Среди первых устройств, которые использовали двоичный метод кодирования, был аппарат Бодо — телеграфный аппарат, который кодировал информацию в 5 битах в двоичном представлении. Суть кодировки заключалась в простой последовательности электрических импульсов:
В компьютерный мир такая кодировка пришла вместе с персонализацией самих компьютеров. То есть в первых компьютерах не было такой кодировки. Но как только компьютеры стали уходить «в массы», то резко обнаружилась потребность обрабатывать компьютерами большое количество именно текстовой информации, которую нужно было как-то кодировать. Тенденция обрабатывать большое количество текстовой информации сохранилась и в современных устройствах.
Так получилось, что двоичное кодирование в компьютерах связано только с двумя символами «0» и «1», которые выстраиваются в определенной логической последовательности. А сам язык подобной кодировки стал называться машинным.
Кодирование текстовой информации и компьютеры
Для справки. Есть уникальный язык программирования, который в качестве своих операторов использует только пробелы, табуляции и переносы строки. Практического применения этот язык не имеет, но он есть.
Мы вводим текст в компьютер при помощи клавиатуры, символы которой мы прекрасно понимаем. Нажимая на какую-то букву, мы отправляем в оперативную память компьютера двоичное представление нажатых клавиш. Каждый отдельный символ будет представлен 8-битной кодировкой. Например буква «А» — это «11000000». Получается, что один символ — это 1 байт или 8 бит. При такой кодировке, путем нехитрых подсчетов можно посчитать, что мы можем зашифровать 256 символов. Для кодирования текстовой информации данного количества символов более чем предостаточно.
Кодирование текстовой информации в компьютерных устройствах сводится к тому, что каждому отдельному символу присваивается уникальное десятичное значение от 0 и до 255 или его эквивалент в двоичной форме от 00000000 и до 11111111. Люди могут различать символы по их внешнему виду, а компьютерное устройство только по их уникальному коду.
Рассмотрите, как происходит процесс. Мы нажимаем нужный нам символ на клавиатуре, ориентируясь на их внешний вид. В оперативную память компьютера он попадает в двоичном представлении, а когда компьютер его выводит нам на экран, то происходит процесс декодирования, чтобы мы увидели знакомый нам символ.
Кодирование текстовой информации и таблицы кодировок
Таблица кодировки — это место, где прописано какому символу какой код относится. Все таблицы кодировки являются согласованными — это нужно, чтобы не возникало путаницы между документами, закодированными по одной таблице, но на разных устройствах.
На сегодняшний день существует множество таблиц кодировок. Из-за этого часто возникают проблемы с переносом текстовых документов между устройствами. Так получается, что если текстовая информация была закодирована по одной какой-то таблице, то и раскодирована она может быть только по этой таблице. Если попытаться раскодировать другой таблицей, то в результате получим только набор непонятных символов, но никак не читабельный текст.
Кодирование и шифрование — в чём разница?
Одно делается для удобства, а другое — для защиты.
👉 Эта статья — для расширения кругозора. Если нужна практика, заходите в раздел «Это баг», там вагон практики.
«Данные закодированы» и «данные зашифрованы» — это не одно и то же. После этой статьи вы тоже сможете различать эти два подхода к данным.
Кодирование
Кодирование — это представление данных в каком-то виде, с которым удобно работать человеку или компьютеру.
Кодирование нужно для того, чтобы все, кто хочет, могли получать, передавать и работать с данными так, как им хочется. Благодаря кодированию мы можем обмениваться данными между собой — мы просто кодируем их в понятном для всех виде.
Например, древний человек видит волка, это для него данные. Ему нужно передать данные своему племени. Он произносит какой-то звук, который у других его соплеменников вызывает ассоциации с понятием «волк» или «опасность». Все мобилизуются. В нашем случае звук — это был способ кодирования.
Слово «волк» и сопутствующий ему звук — это вид кодирования. Сам волк может не использовать такую кодировку
Для следующего примера возьмём букву «а». Её можно произнести как звук — это значит, что мы закодировали эту букву в виде звуковой волны. Также эту букву можно написать прописью или в печатном виде. Всё это примеры кодирования буквы «а», удобные для человека.
В компьютере буква «а» кодируется по-разному, в зависимости от выбранной кодировки внутри операционной системы:
Кодирование — это то, как удобнее воспринимать информацию тем, кто ей пользуется. Например, моряки кодируют букву «а» последовательностью из короткого и длинного сигнала или точкой и тире. На языке жестов, которым пользуются глухонемые, она обозначается сложенными почти в кулак пальцами.
Сломанная кодировка
Когда встречаем незнакомую кодировку, то можно подумать, что перед нами зашифрованные данные. Например, если посмотреть на двух людей, которые общаются языком жестом, можно подумать, что они зашифровали своё общение. На самом деле вы просто не были готовы воспринимать информацию в этой кодировке.
Похожая ситуация в компьютере. Допустим, вы увидели такой текст:
рТЙЧЕФ, ЬФП ЦХТОБМ лПД!
Здесь написано «Привет, это журнал Код!», только в кодировке КОИ-8, которую интерпретировали через кодировку CP-1251. Компьютер не знал, какая здесь должна быть кодировка, поэтому взял стандартную для него CP-1251, посмотрел символы по таблице и выдал то, что получилось. Если бы компьютер знал, что для этой кодировки нужна другая таблица, мы бы всё прочитали правильно с первого раза.
Ещё кодирование
Кодированием пользуется весь мир на протяжении всей своей истории:
👉 Кодирование нужно для того, чтобы сделать данные максимально понятным для получателя и для всех, кто тоже использует такие же обозначения.
Шифрование
Если кодирование нужно, чтобы сделать информацию понятной для всех, то шифрование работает наоборот — прячет данные от всех, у кого нет ключа расшифровки.
Задача шифрования — превратить данные, которые могут прочитать все, в данные, которые может прочитать только тот, у кого есть специальное знание (ключ безопасности, сертификат, пароль или расшифровочная матрица). Если пароля нет, то данные внешне представляют из себя полную бессмыслицу, например:
Здесь зашифрована та же самая фраза — «Привет, это журнал Код!». Но не зная ключа для расшифровки и принципа шифрования, вы не сможете её прочитать.
Шифрование нужно, например, чтобы передать данные от одного к другому так, чтобы по пути их никто не прочитал. Шифрование используют:
Шифрование бывает аналоговое и компьютерное, простое и сложное, взламываемое и нет. Обо всём этом ещё расскажем, подписывайтесь.
Трактовка понятий
Человеческие мысли выражаются в виде текста, который состоит из слов. Подобное представление информации называется алфавитным, так как основа языка — алфавит. Он считается конечным набором различных знаков любой природы. Их используют для составления сообщений.
Запись 251299 может нести следующие смысловые нагрузки:
Чтобы зашифровать данные, необходимо знать правила записи кодов (условные обозначения информации). Понятие кодирование связано с преобразованием сообщений в комбинацию символов с учётом кодов. При общении люди используют русский либо другой национальный язык. В процессе код передаётся звуками, а при письме с помощью букв. У водителей обработка информации осуществляется сигналами, оптикой.
Восприятие сигналов светофора — основная цель, для чего нужна процедура кодирования передаваемой информации при переходе через дорогу. В этом случае зашифровка сводится к применению совокупности символов по правилам дорожного движения. В различных отраслях культуры, науки, техники разработаны специфические формы записи данных:
В школе рассматриваемая тема изучается в 5 классе. К основным способам кодирования информации в информатике относятся: числовой, символьный (текстовый), графический. В первом случае используются числа, во втором — символы того алфавита, что и первоначальный текст, в третьем — картинки, рисунки, значки.
Двоичная методика
В процессе развития технологий учёные разработали несколько способов и видов кодирования информации. В конце XIX века американец Морзе Сэмюель разработал уникальную систему шифрования. В её основе находятся 3 символа:
Последний знак применяется для равномерного разделения букв. В вычислительных технологиях применяется система двоичного кодирования (ДК): 0 и 1. На английском языке используется выражение binary digit либо сокращённо bit (бит).
Через 1 бит можно выразить:
Если число битов увеличивается до двух, тогда выражаются в таблице 4 разных понятия: 00 01 10 11. Чтобы понимать кодирование целых чисел (ЦЧ), потребуется ознакомиться с ДК. Полученные результаты помещаются в ячейки. Для определения знака «плюс» применяется нуль, а для «минуса» — единица.
Чтобы зашифровать действительные числа, изучается специальный формат, в котором предусмотрена плавающая запятая. Для предметного опознания проводится декодирование. Процесс совершается индивидом с учётом анализа полученной информации.
Текстовое значение
Чтобы разобраться в теме кодирования текста, потребуется сопоставить буквам порядковые номера. Можно править процессом хранения двоичного кода одного знака 1 байтом либо 8 битами. Так как значение бита равняется 1 либо 0, тогда количество возможных сочетаний в байте равняется 256, что достаточно для зашифровки текста, графических символов, цифр.
Смысл кодирования: одному символу принадлежит код в пределах 0−255 либо двоичный код от 00000000 до 11111111. На примере человек различает символы с учётом их начертания, а вычислительная техника — кода. В мировой практике для кодирования текста при помощи байтов используются разные стандарты. Первоосновной считается стандарт ASCII. Он разработан Национальным институтом ANSI. Система основана на 2-х таблицах шифрования:
Знаки в пределах 0−32 соответствуют операциям, а 33−127 — символам из латинского алфавита, знакам препинания и арифметики. Для национальной кодировки применяются показатели 128−255. За всю историю существования русского языка использовались следующие кодовые таблицы:
Текст, зашифрованный по одной системе, может неверно поясняться в другой.
Растровое изображение
Графические данные на мониторе представляются в качестве растрового изображения. Для его формирования применяется конкретное количество строк из пикселей (точек). Для каждого пикселя характерен знаковый код, в котором хранится информация об оттенке пикселя.
Чтобы получить чёрно-белое фото, требуется 2 состояния: чёрный (0) и белый (1). Так как для восстановления полной картинки используется несколько красок, поэтому одного бита на пиксель недостаточно. Для передачи фото из 4-х оттенков, понадобится 2 бита на 1 пиксель.
Формирование цветного изображения на мониторе осуществляется путём смешивания 3-х основных цветов: синего, красного и зелёного. Из этих оттенков получается 8 комбинаций. Кодировка изображения из восьми цветов проводится с помощью трёх битов памяти на 1 пиксель. Чтобы получить разноцветную картинку, увеличивается число нужных вариантов сочетаний оттенков.
Для палитры из 16 цветов понадобится 4-разрядная кодировка пикселя. На три бита базовых оттенков приходится 1 бит интенсивности. Он отвечает за яркость всех цветов одновременно. Для определения объёма растрового изображения потребуется умножить число точек на аналогичный показатель, характерный для одной точки.
Чтобы представить графическую информацию, применяется векторное изображение. Оно представлено в виде соответствующего объекта, состоящего из стандартных отрезков и дуг. Их положение определяется путём нахождения координат точек, длины радиуса. У каждой линии есть свой тип:
Чтобы закодировать данные о векторной картинке, применяются обычные буквенно-цифровые символы и специальные программы. Качество фото определяется разрешением монитора: количество точек, из которых получается картинка. Чем выше показатель, тем больше количество точек в строке, тем лучше качество фото.
Звуки и их разрядность
C 90-х годов компьютеры работают со звуковой информацией. В каждой вычислительной машине предусмотрена звуковая плата, колонки, микрофон. С их помощью производится запись, сохраняются и воспроизводятся звуки — волны с определённой частотой и амплитудой. Чем больше последний показатель, тем он громче для человеческого восприятия. Чем будет больше частота, тем выше тон.
Современное программное обеспечение для компьютеров преобразовывает звуковые сигналы в последовательность электроимпульсов. Для шифровки последних явлений используются двоичная форма и аудиоадаптер либо звуковая плата. Устройство подключается к компьютеру с целью преобразования электроколебаний звуковой частоты в двоичный код. Процесс наблюдается при вводе звуков и обратном их преобразовании.
В задачи аудиоадаптера входят:
Качество звука определяется следующими понятиями: дискретизация и разрядность. Первый термин связан с количеством измерений входящих сигналов за одну секунду. Показатель измеряется в герцах (Гц). Для одного измерения за секунду характерна частота в 1 Гц. Под разрядностью подразумевается число бит в регистре звуковой платы. Величина определяет точность измерения входящих сигналов.
Чем она выше, тем меньше погрешность отдельных преобразований величины электросигнала в число и обратно. Для разрядности равной 8 получается 256 разных значений. Аудиоадаптер, в котором предусмотрено 16 разрядов, лучше кодирует и воспроизводит звуки, чем 8-разрядный аналог. Чтобы закодировать файл со звуковой информацией, используется числовая двоичная форма.
Машинные команды
В вычислительных машинах, включая компьютеры, предусмотрена программа для управления их работой. Все команды кодируются в определённой последовательности с помощью нулей и единиц. Подобные действия называются машинными командами (МК). Они содержат в себе некоторую информацию:
У каждого процессора МК со стандартным форматом и строгой фиксированной длиной сама команда состоит из адреса и кода операции. Последний показатель описывает действия процессора. По адресной части определяется, где была произведена операция. С учётом её структуры она классифицируется на моно- и мультиадресные части. Длина кода зависит от числа действий, которые входят в систему компьютера.
Кодирование информации. Коды. Системы кодирования
Урок 4. Информатика 8 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Кодирование информации. Коды. Системы кодирования»
Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные и формальные языки. Представление информации с помощью какого-либо языка часто называют кодированием.
Все множество символов, используемых для кодирования, называется алфавитом кодирования. Например, в памяти компьютера любая информация кодируется с помощью двоичного алфавита, содержащего всего два символа: 0 и 1.
Код состоит из определенного количества знаков, т. е. имеет определенную длину.
Количество знаков в коде называется длиной кода.
В процессе обмена информацией между людьми часто приходится переходить от одной формы представления информации к другой. Так, в процессе чтения вслух производится переход от письменной формы представления информации к устной и, наоборот, в процессе диктанта или записи объяснения учителя происходит переход от устной формы к письменной. В процессе преобразования информации из одной формы представления в другую происходит перекодирование информации.
Информация может быть представлена в форме числа, текста, графики или звука.
Средством перекодирования служит таблица соответствия знаковых систем (таблица перекодировки), которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.
Чаще всего кодированию подвергаются тексты на естественных языках. Существуют 3 основных способа кодирования текста:
Полный набор символов, используемый для кодирования текста, называется алфавитом или азбукой.
Рассмотрим некоторые способы кодирования.
1. Кодированием информации с помощью букв русского алфавита. Суть этого способа заключается в том, чтобы каждую букву сообщения заменить ее номером в алфавите.
2. Флажковая азбука. При помощи этой азбуки осуществляется передача и прием сообщений между судами и кораблями в пределах прямой видимости. Здесь, каждой букве соответствует определенный флаг.
Информация кодируется тремя «буквами»:
· длинный сигнал (тире),
· короткий сигнал (точка),
· отсутствие сигнала (пауза) для разделения букв.
Таким образом, кодирование сводится к использованию набора символов, расположенных в строго определенном порядке.
4. Шифр Цезаря. Этот шифр реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется третьей после нее буквой в алфавите, которая считается написанным по кругу.
5. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
Пусть требуется перевести двоичное число в десятичную систему счисления.
Чтобы осуществлять перевод из двоичной системы счисления в десятичную, следует для начала пронумеровать разряды исходного числа справа налево, начиная с нуля.
Запишем число в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 2:
И вычислив по правилам десятичной арифметики, получили число 232.
Пусть теперь требуется перевести двоичное число в восьмеричную систему счисления. Для этого следует разбить это двоичное число на триады, начиная с младшего бита.
Если старшая триада не заполнена до конца, как в нашем случае, следует дописать в ее старшие разряды нули. После этого необходимо заменить двоичные триады, начиная с младшей, на числа, равные им в восьмеричной системе. Это числа: 4, 7, 6, 6, 4, 5, 5, 2.
Таким образом, наше двоичное число запишется в виде:
Аналогично поступаем при переводе чисел из двоичной системы счисления в шестнадцатеричную, но разбиение двоичного числа производим на тетрады. Для примера будем использовать то же двоичное число, что и при переводе в восьмеричную систему счисления.
Заменяя двоичные тетрады на их шестнадцатеричные значения, то есть на C, B, D, C, 6, 5, получим искомое шестнадцатеричное число:
А теперь давайте мы попробуем перевести число 158 из десятичной в двоичную систему счисления. Для этого нужно выполнить последовательное деление нацело числа 158 на основании новой системы счисления, то есть на 2. Получим:
Далее число 79 делим на 2. Аналогичные действия выполняем до тех пор, пока частное не станет равным единице.
Затем запишем остатки от деления в обратном порядке, заменив их цифрами новой системы счисления, т.е. получили число 11101000.
При переводе числа из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную, необходимо только заменить каждую цифру шестнадцатеричного числа ее эквивалентом в двоичной системе счисления (используя таблицу соответствия). И не забываем, что каждое шестнадцатеричное число следует заменять двоичным, дополняя его до 4 разрядов (в сторону старших разрядов).
Пусть требуется перевести шестнадцатеричное число F1 в двоичное число. Воспользовавшись таблицей соответствия, получим:
F соответствуют четыре единицы в двоичной системе счисления, а 1 соответствует такая запись 0, 0, 0, 1 в двоичной системе счисления.
Итак, число F1 в двоичной системе счисления запишется так 11110001.
Пусть теперь нам нужно перевести число F1 из шестнадцатеричной системы счисления в восьмеричную. Обычно при таком переводе чисел вначале шестнадцатеричное число переводят в двоичное, затем разбивают его на триады, начиная с младшего бита, а потом заменяют триады соответствующими им эквивалентами в восьмеричной системе. В итоге у на получится, что исходному числу в восьмеричной системе счисления соответствует число 361.