Народна Освіта » Інформатика » Зберігання, передавання та обробка інформації

НАРОДНА ОСВІТА

Зберігання, передавання та обробка інформації

У 5 класі ви вже ознайомилися, що таке інформація та інформаційні процеси, а саме: пошук, зберігання, передавання, обробка, використання та захист інформації.

Для передавання і зберігання інформації використовують різні за способом сприйняття знакові системи:

• зорові (літери, музичні поти, дорожні знаки);

• слухові (усне мовлення, звукові сигнали тощо);

• дотикові (шрифт Бранля для сліпих);

• нюхальні;

• смакові.

Знакові системи, що їх використовують люди, побудовані на основі певного алфавіту і правил виконання операцій над знаками. Основними такими системами с природні мови, наприклад, українська, англійська та іи. Кожна природна мова мас свій алфавіт. Із символів алфавіту, записаних у певній послідовності та з дотриманням правил граматики, утворюють основні об'єкти мови — слова. Зі слів відповідно до правил синтаксису будують речення.

Оісрім природних мов, люди використовують формальні мови (системи числення, мову алгебри, мови програмування). Основна відмінність формальних мов від природних полягає, в тому, що вони мають строгі правила граматики і синтаксису. У формальних мовах як знаки застосовують не лише літери і цифри, а й інші символи, наприклад, хімічні формули, ноти, дорожні знаки, точки і тире (азбука Морзе).

Для подання інформації люди широко застосовують і графічну форму — рисунки, схеми, креслення, карти, графіки та діаграми. Звичайно, форми подання інформації часто поєднують — текст з графікою, знакові сигнали зі звуками тощо.

Сукупність знаків, що відображають (містять) певну інформацію, називають повідомленням.

Повідомлення передають на відстань з допомогою матеріальних носіїв (папір, флеш-пам’ять, магнітний диск) або сигналів (звукових, електричних, оптичних, радіосигналів).

Важливим інформаційним процесом с обробка інформації, тобто перетворення її з одного виду на інший (чи той самий), що викопується за строгими формальними правилами. Обробка може бути пов'язана з отриманням нової інформації. Проте нас цікавитиме обробка, внаслідок якої змінюється форма, а не зміст інформації. До цього виду обробки належить структуруваппя та кодування інформації. Ці процеси необхідні для забезпечення інших інформаційних процесів, оскільки інформація часто існує у формі, не прийнятній для її передавання та зберігання. Тому для перетворення інформації в прийнятну форму застосовують кодування, про яке йтиметься далі.

Зазначимо, що варто розрізняти обробку й опрацювання інформації. Опрацювання — це докладне ознайомлення з чимось, створення чогось на підставі ретельного вивчення, добирання та систематизації матеріалів. Таким чином, опрацьовз'вати інформацію може лише людина, а в контексті комп’ютерних і телекомунікаційних технологій йдеться лише про обробку інформації.

КОДУВАННЯ ІНФОРМАЦІЇ

Розглянемо докладніше, що таке кодування і як його застосовують у комп’ютерних технологіях.

Кодування інформації — це процес перетворення інформації з форми, зручної для безпосереднього використання, у форму, зручну для передавання, зберігання або автоматичної обробки.

 

Прикладом кодування є запис усних повідомлень у текстовій формі, музики — у вигляді нот. Текстове кодування надає можливість нескінченну кількість текстових повідомлень подати з допомогою алфавіт^', що складається зі скінченної кількості знаків (наприклад, український алфавіт має 33 літери). Аналогічно, все різноманіття мелодій записують, використовуючи лише сім нот.

У комп’ютері застосов,усться двійкове кодування, коли інформація будь-якого виду (текстова, числова, графічна, звукова, відео) записується у вигляді коду, алфавіт якого складається лише з двох символів, що умовно позначаються, як «0» та «1». Це пов’язано з тим, що апаратні складові сучасних комп’ютерів здатні обробляти лише сигнали в двох етапах. Фізично змоделювати ці стани можна по-різному: намагнічено/ иенамапгічепо (жорсткий диск), розімкпуто/замкнуто, сигнал з амплітудами 1/0 (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Фізична реалізація станів «0» та «1»

Для того, щоб із закодованого повідомлення видобути інформацію, потрібно виконати операцію декодуваніия.

Не слід плутати кодування інформації з її шифруванням — перетворенням, що виконують з метою ускладнити або унеможливити розуміння чи зміну інформації в разі її перехоплення.

 

Основна відмінність між кодуванням й шифруванням полягає в тому, що для відновлення закодованого повідомлення достатньо знати правило заміни, а для розшифровування зашифрованого повідомлення на додаток до правила потрібно мати ще й ключ до шифру.

Розглянемо це на прикладі. Одним з пайвідоміших методів шифрування є шифр Цезаря, яким користз'вався римський імператор Гай Юлій Цезар у листуванні з генералами для захисту військових повідомлень. Принцип методу полягає в тому, щоб циклічно зсунути алфавіт, а ключ — це кількість літер, на які робиться зсув. Цезар для свого зв’язку використовував цифру 3. Він заміняв першу літеру алфавіт}' на четверту (А на D), другу — на п’яту (В на Е) і т. д.

Навіть якщо ви знатимете, що шифрування виконано заміною літер, ви не зможете прочитати повідомлення, не знаючи ключа (в нашому випадку — це цифра 3).

 

ДВІЙКОВЕ КОДУВАННЯ

Сучасні комп’ютери — це пристрої, здатні обробляти сигнали, які мають два стани (їх позначено цифрами 0 та 1). Отже, щоб комп’ютер міг зберегти та обробити числові значення, текст, зображення, звук чи відео, їх потрібно піддати двійковому кодуванню. Спосіб кодування інформації в комп’ютері насамперед залежить від виду інформації, а саме від того, що потрібно кодувати: числа, текст, графічні зображення чи звук.

Двійкові коди цілих чисел будують, записуючи їх у двійковій системі числення.

Система числення — це сукупність правил запису чисел за допомогою певного набору символів.

У звичній системі числення для запису чисел ми ВИКОрИСТОВЗ'СМО десять різних знаків (цифри 0,1, 2,..., 9). Тому її називають десятковою системою числення. Натомість у комп’ютері інформація зберігається та обробляється в двійковій системі, що містить лише дві цифри — 0 та 1. Послідовність двійкових цифр називають двійковим кодом. Кожна цифра (розряд) у двійковому коді пазивасться бітом. На практиці частіше використовують більшу одиницю — байт, який дорівнює 8 біт.

ПЕРЕВЕДЕННЯ ЧИСЛА В ДВІЙКОВУ СИСТЕМУ ЧИСЛЕННЯ

 

Як записати десяткове число в двійковій формі, щоб його зрозумів комп’ютер?

Для переведення числа з десяткової системи числення в двійкову його потрібно послідовно ділити на 2 до тих пір, поїси не залишиться 1. Відповідне число в двійковій системі числення утворюється як послі-

. _ _ , довність остач від ділення, записаних у зворотному

Рис. 1.2. Переведення

числа 75 з десяткової порядку, починаючи з останньої. системи в двійкову Приклад переведення числа 75 з десяткової сис

теми числення в двійкову наведено па рис. 1.2.

ЦІЛІ ЧИСЛА В КОМП'ЮТЕРІ

 

Пам’ять комп’ютера можна умовно зобразити, як аріуш паперу в клітинку. В коленій такій клітинці (комірці палі’яті) міститься 0 чи 1.

Такий вигляд після двійкового кодування мас в пам’яті інформація будь-якого виду: текстова, числова, графічна. Як її декодувати? Адокс ми не знаємо навіть, де починається і де закінчується

елемент даних (число, літера, піксел тощо). Один із способів вирішення цієї проблеми полягає в тому, щоб заздалегідь домовитися, за яким правилом далі записуються в клітинки.

Для більшої наочності перейдемо па десяткову систему. Домовмося, що для запису числа відводиться чотири клітинки. Знаючи це, легко визначити, що в наведеному нижче повідомленні записано три числа: 5671, 137 і 23 (рис. 1.3).

 

А якщо нам потрібно буде записати в повідомленні п’ятицифрове число (наприклад, 10500), то це зробити не вдасться, оскільки найбільше число, яке можна записати в такому повідомленні, дорівнює 9999.

Для зберігання чисел .у пам’яті комп’ютера також відводиться певна кількість розрядів, і записуються числа в двійковій системі числення.

Але водночас, як показано на попередньому прикладі, завжди існує обмеження на максимальне число.

З курсУ математики ви знаєте, що є числа натуральні, цілі, раціональні. У комп’ютері для чисел різного типу застосовуються різні подання. Для цілих чисел їх два: беззнакове і знакове.

 

Беззнакове подання цілого числа

У беззпаковому поданні (рис. 1.4) всі розряди відведено для цифр числа. Воно використовз'-сться, коли відомо, що значення, які записз'вати-мз'ться в комірки пам’яті, завжди додатні (наприклад, порядкові номери, дати).

 

Рис. 1.4. Беззнакове подання цілого числа

Якщо для числа відведено к розрядів, то в найбільшого числа всі вони дорівшоватимзлгь одиниці, тобто це буде число, що складається з к одиниць. Його десяткове значення дорівнюватиме 2к— 1. Найменше число матиме нулі в усіх розрядах і завжди дорівнюватиме нулю. Максимальні десяткові числа для беззпакового подання при різних значеннях к наведено в табл. 1.1.

Таблиця 1.1. Максимальні десяткові числа для різного бвззнакового подання

Кількість розрядів

Максимальне число

8

255 (28 - 1)

16

65535 (216- 1)

32

4294967295 (232 — 1)

64

18446744073709551615 (264 - 1)

Знакове подання цілого числа

У знаковому поданні старший (лівий) розряд відведено для знака числа (0 — додатне, 1 — від’ємне), а інші — для цифр (рис. 1.5). Воно використовується для запису числових величин, які можуть набувати додатних і від’ємних значень (температзфа, результати арифметичних операцій тощо).

Рис. 1.5. Знакове подання цілого числа

 

Значення границь діапазонів для знакового подання при різних значеннях к наведено в табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Максимальні і мінімальні десяткові числа для різного знакового подання

Кількість розрядів

Мінімальне число

Максимальне число

8

-128

127

16

- 32768

32767

32

-2147483648

2147483647

64

- 9223372036854775808

9223372036854775807

Ви бачите, що в комп’ютері як у знаковому, так і в беззнаковому поданні множина цілих чисел обмежена і залежить від кількості розрядів, що відводяться для подання числа. Натомість у математиці множина цілих чисел є нескінченною.

Зверніть також уваїу па такі дві особливості знакового подання:

• абсолютна величина максимального числа па 1 менша за абсолютну величину мінімального;

• найбільше додатне число, яке можна записати в знаковому поданні, майже в два рази менше за найбільше число в беззнаковому поданні.

ВПРАВА 1

Завдання. Ознайомитись із особливостями подання чисел.

1. Відкрийте в програмі MS Excel файл Перетворення.хІБ, який містить формули для переведення чисел з десяткової системи в двійкову. (Файл знаходиться в папці Files на диску.)

2. Уведіть у відповідну клітинку десяткове число 255. Яке двійкове число йому відповідає? Запишіть це число в робочий зошит. Потім уведіть десяткове число 256 і також запишіть його в двійковій формі. Дайте відповідь на запитання:

а) Чому подання числа 256 має такий вигляд?

і Висновки

Основними знаковими системами, що їх використовують люди, с природні та формальні мови. Основна відмінність формальних мов від природних полягає в тому, що вони мають строгі правила граматики і синтаксису.

Обробка інформації — це процес перетворення інформації з одного виду в інший (чи той самий), що виконується за строгими формальними правилами.

Кодування інформації — це перетворення інформації з форми, зручної для безпосереднього використання, у форму, зручну для передавання, зберігання або автоматичної обробки.

Для того, щоб із закодованого повідомлення видобути інформацію, потрібно виконати операцію декодування.

Система числення — це сукупність правил запису чисел за допомогою певного набору символів.

Послідовність двійкових цифр називають двійковим кодом. Кожна цифра в двійковому коді називається бітом.

Контрольні запитання та завдання

1. Як люди зберігають і передають інформацію?

2. Якою може бути обробка інформації?

3. Що таке кодування і декодування?

4. Що називають двійковим кодом?

5. Що таке біт?

6". Назвіть способи подання цілих чисел і поясніть їх суть.

Питання для роздумів

1°. Для чого використовують кодування?

2°. Чи може число записане в десятковій системі числення дорівнювати числу записаному в двійковій системі числення?

Завдання для досліджень

1°. Визначте, як перевести числа з двійкової системи числення в десяткову.

2°. Підготуйте повідомлення про історію походження чисел.

З’. Поясніть, що таке штрих-код, яке його походження. Наведіть приклади використати штрих-кодів.

4". Де використовують QR-коди?

 

Це матеріал з підручника Інформатика 8 клас Казанцева

 

Категорія: Інформатика

Автор: admin от 19-12-2016, 19:59, Переглядів: 5214