Kodiranje je ... Podprti sistemi: kodiranje informacij

Podatki o kodiranju

Zeli in enote

Skoraj vsak vrste podatkov, ki so prikazane na zaslonu računalnika, nekako predstavljajo binarno kodo, sestavljeno iz ničle in tiste. To je najpreprostejša metoda šifriranja informacij, ki omogoča računalniško obdelavo podatkov. Binarna koda univerzalno: vsi brez izjeme razumejo računalnike (dejansko so v ta namen ustvarjeni - standardizirali uporabo informacij v digitalni obliki).

Osnovna enota, ki jo uporablja binarno kodiranje, je to je malo (iz besedne zveze "binarna številka" - "dvojna števka"). To je bodisi 0 ali 1. Praviloma se bitov ne uporabljajo posamezno, temveč se združijo v 8-mestna zaporedja - bajtov. V vsakem od njih je tako mogoče shraniti do 256 kombinacij ničel in tistih (2 v 8. stopnji). Za snemanje velike količine podatkov se uporabljajo, po navadi ne izolirane bajte in večje vrednosti - s predponami "kilo", "mega", "giga", "Tera", itd, od katerih je 1000-krat večja od prejšnje .. .

Besedilo kodiranja

Najpogostejši tip digitalnih podatkov je besedilo. Kako je kodirano? To je dokaj preprost proces razlaganja. V pismu, ločila, številke ali simboli lahko kodiran z enim ali več bajtov, to pomeni, računalnik jih vidi kot edinstveno zaporedje ničel in enic, nato pa v skladu z določenim algoritem za odkrivanje se prikaže. Obstajata dva glavna svetovna standarda za "šifriranje" računalniškega besedila - ASCII in UNICODE.

V sistemu ASCII je vsak znak kodiran samo z enim bajtom. To pomeni, da lahko prek tega standarda "šifrirate" do 256 znakov - kar je več kot dovolj za prikaz simbolov večine svetovnih abeced. Seveda se vsi obstoječi nacionalni sistemi pisem ne bodo vključili v ta vir. Zato ima vsaka abeceda svoj "podsistem" šifriranja. Obstaja kodiranje informacij s pomočjo znakovnih sistemov, prilagojenih nacionalnim vzorcem pisanja. Vsak od teh sistemov pa je sestavni del globalnega standarda ASCII, sprejetega na mednarodni ravni.

V sistemu ASCII je ta resurs s 256 znaki razdeljen na dva dela. Prvih 128 so simboli, dodeljeni angleški abecedi (črke od a do z), kot tudi številke, osnovni ločila in nekateri drugi simboli. Drugi 128 bajtov so rezervirani v skladu z nacionalnimi sistemi pisem. To je "podsistem" za ne-angleške abecede - ruski, hindujski, arabski, japonski, kitajski in mnogi drugi.

Vsaka od njih je predstavljena v obliki ločene tabele za kodiranje. To pomeni, da se lahko zgodi (in se to praviloma zgodi), tako da bo isto bitno zaporedje odgovorilo za različne črke in simbole v dveh ločenih "nacionalnih" tabelah. Poleg tega se v povezavi s specifičnostmi razvoja IT-sfere v različnih državah celo razlikujejo. Na primer, dve kodni sistemi sta najpogostejši za ruski jezik: Windows-1251 in KOI-8. Prvi se je pojavil kasneje (in tudi operacijski sistem, ki je s tem usklajen), vendar ga sedaj številni IT strokovnjaki uporabljajo kot prednostno nalogo. Zato mora biti računalnik sposoben pravilno prepoznati obe tabeli, da bi lahko zagotovil branje ruskega besedila. Toda, praviloma s tem ni nobenih težav (če ima računalnik sodoben operacijski sistem).

Metode kodiranja besedil se nenehno izboljšujejo. Poleg tega, da "enobajtnega" ASCII sistem, ki lahko ročaj samo 256 vrednosti za znake, da je tudi "dvojno bajt" sistem UNICODE. To je enostavno izračunati, da omogoča besedila kodiral v višini 2 do 16. stopnje, kar pomeni 65-tisoč evrov. 536. V njem pa imajo sredstva, da hkrati kodirajo praktično vseh obstoječih nacionalnih abeced sveta. Uporaba UNICODE ni nič manj pogosta kot uporaba klasičnega ASCII standarda.

Kodiranje grafike

Nad zgoraj smo opredelili, kako so besedila "šifrirana" in kako se uporabljajo bajti. Kaj pa digitalnih fotografij in slik? Prav tako je precej preprosta. Podobno kot to se dogaja z besedilom, glavno vlogo pri kodiranju računalniške grafike igrajo enaki bajti.

Proces oblikovanja digitalnih slik na splošno je podoben mehanizmom, na katerih deluje TV. Na televizijskem zaslonu, če pogledate natančno, je slika sestavljena iz posameznih točk, ki skupaj tvorijo številke na določeni razdalji očesa. Televizijska matrica (ali CRT projektor) od oddajnika sprejema vodoravne in navpične koordinate vsake od točk in postopno razporedi sliko. Načelo kodiranja računalniške grafike deluje popolnoma enako. "Šifriranje" slik bajtov temelji na določitvi vsake točke zaslona ustreznih koordinat (kot tudi barve vsake od njih). To je preprosto. Seveda je grafično kodiranje precej bolj zapleten postopek kot isti tekst.

Metoda določanja ustreznih koordinat in barvnih parametrov za točke se imenuje "raster". Podobno se številne oblike datotek imenujejo računalniške grafike. Koordinate vsake točke slike in njihove barve so zapisane v enem ali več bajtih. Kaj določa njihovo število? Predvsem na tem, koliko bo odtenkov barve "šifrirano". En bajt, kot veste, je 256 vrednosti. Če imamo dovolj odtenkov za izdelavo slike, bomo to sredstvo upravljali. Na voljo nam je še 256 odtenkov sive barve. In to bo dovolj za kodiranje skoraj vseh črno-belih slik. Po drugi strani pa so barvne slike iz vira ni dovolj: človeško oko, kot veste, se lahko razlikuje tudi do nekaj deset milijonov barv. Zato potrebujete "zalogo" ne 256 vrednosti, ampak več sto tisočkrat več. Zakaj se aktivira za kodiranje točk ni ena bajt, vendar več: danes na obstoječih standardov, ne more biti 16 (lahko "šifriranje" 65 K 536 barv.) Ali 24 (777 tisoč do 16 milijonov 216 odtenkov.).

Za razliko od besedilnih standardov, katerih raznolikost je primerljiva s številom svetovnih jezikov, so grafike precej enostavnejše. Najpogostejše oblike zapisa datotek (kot so JPEG, PNG, BMP, GIF itd.) So v večini računalnikov splošno priznane.

Za razumevanje načel kodiranja ni nič zapletenega grafične informacije. 9 razred vsake povprečne ruske šole, praviloma vključuje tečaj računalništva, kjer so podobne tehnologije razkrite v precej preprostem in razumljivem jeziku. Obstajajo tudi specializirani programi usposabljanja za odrasle - organizirajo jih univerze, liceji ali tudi šole.

Zato sodobni ruski človek ima veliko znanja o kodah, ki so praktično pomembni v smislu računalniške grafike. In če se želite sami seznaniti z osnovnim znanjem, lahko pridobite dostopno izobraževalno gradivo. Te vključujejo, na primer, poglavje "Kodiranje grafičnih informacij (razred 9, učbenik" Informatika in IKT "pod avtorstvom Ugrinoviča ND).

Zvočno kodiranje

Računalnik se redno uporablja za poslušanje glasbe in drugih zvočnih datotek. Tako kot v primeru besedila in grafike, je vsak zvok na računalniku enake bajte. Odzovejo jih »z dešifriranjem« z zvočno kartico in drugimi mikrovezji in pretvorijo v zvočni zvok. Načelo je približno enako kot pri gramofonskih ploščah. V njih, kot veste, vsak zvok ustreza mikroskopskem utoru na plastiki, ki jo bralec prepozna, nato pa se glasi. Računalnik izgleda kot vse. Samo vlogo žlebov igrajo bajti, v naravi katere, kot v primeru besedila in slik, leži binarno kodiranje.

Če je v primeru računalniških slik en sam element pika, potem ko posnamete zvok, je to tako imenovano "odštevanje". V njem se praviloma dodelita dva bajta, ki ustvarjajo do 65 tisoč 536 zvočnih mikro-vibracij. Vendar pa, v nasprotju z, kot se pojavlja v gradnji podob za izboljšanje kakovosti zvoka se ne izvajajo dodajanjem dodatnih bajtov (obstajajo, seveda, in več kot dovolj), in povečanje števila "šteje". Čeprav v nekaterih zvočnih sistemih uporabljajo bajti manjše in večje število. Pri izvedbi avdio kodiranja je standardna enota za merjenje "gostote fluksa" bajtov ena sekunda. Microvibrations to, šifrirano z 8. mesto. Grofje na sekundo, bo seveda slabše kakovosti kot zvoka sekvenci, kodirani z 44 tisoč. "Grofje".

Mednarodna standardizacija zvočnih datotek, pa tudi v primeru grafike, je dobro razvita. Obstaja več tipičnih formatov avdio medijev - MP3, WAV, WMA, ki se uporabljajo po vsem svetu.

Kodiranje videoposnetka

V računalniških videoposnetkih se uporablja nekakšna "hibridna shema", v kateri je zvočno šifriranje združeno s kodiranjem slik. Filme in posnetki običajno sestavljajo dve vrsti podatkov - to je, kako se zvok in video spremljajo. Kako je prva komponenta "šifrirana", smo opisali zgoraj. Z drugo malo težje. Načela tukaj so drugačna od zgoraj omenjenega grafičnega kodiranja. Toda zahvaljujoč univerzalnosti "koncepta" bajtov je bistvo mehanizmov razumljivo in logično.

Spomnimo se, kako je urejen film. To ni nič več kot zaporedje posameznih okvirov (praviloma jih je 24). Podobno so izdelani računalniški video posnetki. Vsak okvir je slika. O tem, kako je zgrajen z uporabo bajtov, smo definirali zgoraj. Po drugi strani pa je v video zaporedju določeno območje kode, ki vam omogoča povezovanje posameznih okvirjev med seboj. Nekakšen nadomestek za digitalni film. Ločena merska enota videoposnetka (podobna točkam za slike in vzorce za zvok, kot v filmski obliki filmov in videoposnetkov), se šteje za okvir. Zadnji v eni sekundi, v skladu s sprejetimi standardi, je lahko 25 ali 50.

Kot tudi v primeru zvoka obstajajo skupni mednarodni standardi za video datoteke - MP4, 3GP, AVI. Proizvajalci filmov in reklam poskuša proizvajati medijske vzorce, ki so združljivi z čim več računalnikov. Ti formati datotek so med najbolj priljubljenimi, odpirajo se skoraj na vsakem sodobnem računalniku.

Stiskanje podatkov

notranji pomnilnik se izvaja na različne medije - diski, pogoni, itd Kot smo že omenili zgoraj, bajti, kot pravilo, "poraščena" predpone "mega", "giga", "Tera", itd V nekaterih primerih .... vrednost kodirana datotek je, da jih položite z razpoložljivimi sredstvi ne more biti na disku. Nato uporabite različne vrste tehnik stiskanja podatkov. So, v resnici, tudi kodiranje. To je - še ena možna razlaga pojma.

Obstajajo dva glavna mehanizma za stiskanje podatkov. Na prvem od njih je zaporedje bitov zapisano v "pakirani" obliki. To pomeni, da računalnik ne more prebrati vsebine datotek (igrati kot besedilo, slike ali video), če ne izvede postopek "razpakiranje". Program, ki na tak način izvaja stiskanje podatkov, se imenuje arhivar. Načelo njegovega delovanja je precej preprosto. Arhiviranje podatkov kot enega izmed najbolj priljubljenih načinov, s pomočjo katerih je mogoče kodirati podatke, informatiko o šolski ravni se neomejeno proučuje.

Kot vemo, je postopek "Šifriranje" v standardiziranih datotek bajtov. Bodite standard ASCII. Da, recimo, za šifriranje besedo "zdravo", potrebujemo 6 bajtov, glede na število pisem. To je, koliko prostora bo datoteka s tem besedilom se na disku. Kaj se zgodi, če smo napisali besedo "hi" 100-krat zapored? Nič posebnega - za to potrebujemo 600 bajtov, oziroma, enako količino prostora na disku. Vendar pa lahko uporabite zapisovalnik podatkov, ki bo ustvaril datoteko, kar pomeni veliko manjše število bajtov bo "šifrirana" ekipo, ki izgleda nekako takole: "Pozdravljeni, pomnožite s 100". S štetjem števila črk v tem poročilu prišli do zaključka, da je za snemanje takšno datoteko, moramo le 19 bajtov. In enako količino prostora na disku. Ko "razpakiranju" arhiv datoteka je "dešifriranje", in besedilo postane pogled vir iz "100 zdravo." Tako je s pomočjo posebnega programa, ki uporablja poseben mehanizem za kodiranje, lahko shranite veliko količino prostora na disku.

Zgornji postopek je povsem univerzalen: ne glede na to, kateri sistemi se uporabljajo, je kodiranje informacij za stiskanje vedno možno z arhiviranjem podatkov.

Kaj je drugi mehanizem? Do neke mere je podobno kot pri arhivih. Njena glavna razlika pa je, da lahko stisnjeno datoteko prikaže računalnik brez postopka "razpakiranja". Kako deluje ta mehanizem?

Kot se spomnimo, v izvirni obliki beseda "hello" traja 6 bajtov. Vendar pa lahko gremo v trik in tako napišemo: "prvt." Obstajajo 4 bajti. Vse kar je še treba storiti je, da "naučimo" računalnik, da dodaja črke, ki smo jih odstranili med prikazom datotek. Moram reči, da v praksi proces "učenja" ni potreben za organizacijo. Osnovni mehanizmi prepoznavanja manjkajočih znakov so določeni v večini sodobnih računalniških programov. To pomeni, da je večina datotek, s katerimi se ukvarjamo vsak dan, en ali drug način, že ta "šifriran" s tem algoritmom.

Seveda obstajajo tudi "hibridni" sistemi za kodiranje informacij, ki omogočajo stiskanje podatkov, pri čemer hkrati uporabljata oba zgoraj opisana pristopa. In najverjetneje bodo še bolj učinkoviti z vidika gospodarnosti prostora na disku, kot vsi ločeno.

Seveda, z uporabo besede "zdravo", smo opisali le osnovna načela delovanja mehanizmov za stiskanje podatkov. V resnici so veliko bolj zapleteni. Različni sistemi informacijskega kodiranja lahko ponudijo neverjetno kompleksne mehanizme za "stiskanje" datotek. Vendar pa vidimo, zaradi česa je mogoče doseči ekonomičnost prostora na disku, praktično brez poseganja v poslabšanje kakovosti informacij na osebnem računalniku. Posebej pomembna je vloga stiskanja podatkov pri uporabi slik, zvoka in videoposnetka - ti tipi podatkov so bolj zahtevni pri diskovnih virih kot drugi.

Kaj so še "kode"?

Kot smo rekli na začetku, kodiranje - kompleksen pojav. Ob reševanju temeljnih načel kodiranje digitalnih podatkov, ki temeljijo na bajti, smo lahko dotaknete drugega območja. To je povezano z uporabo računalniških programov v nekoliko različnih vrednosti. Tu, pod "šifro", imamo v mislih ne zaporedje tiste in ničel, in zbiranje različnih črk in simbolov (ki je, kot že vemo, zato so narejeni iz 0 in 1), ki ima praktični pomen v življenju sodobnega človeka.

Koda programske opreme

V središču dela katerega koli računalniškega programa je koda. Pisano je v jeziku, ki ga računalnik lahko razume. Računalnik, ki dešifrira kodo, izvaja določene ukaze. Posebna značilnost računalniškega programa iz druge vrste digitalnih podatkov je, da je koda, ki jo vsebuje, zmožna samega "dešifriranja" (uporabnik mora le začeti ta proces).

Druga značilnost programov je relativna fleksibilnost uporabljene kode. To pomeni, da lahko oseba enake naloge da enake naloge računalniku z uporabo dovolj velikega sklopa "besednih zvez" in, če je potrebno, v drugem jeziku.

Koda za označevanje dokumenta

Drugo praktično pomembno področje uporabe črkovne kode je izdelava in oblikovanje dokumentov. Značilno je, da preprost prikaz znakov na zaslonu ni dovolj glede praktičnega pomena uporabe računalnika. V večini primerov bi bilo treba besedilo zgraditi s pisavo določene barve in velikosti, skupaj z dodatnimi elementi (na primer tabelami). Vsi ti parametri so nastavljeni, kot tudi v primeru programov, v določenih jezikih, ki jih računalnik razume. Računalnik, ki prepozna "ukaze", prikaže dokumente točno, kot jih želi uporabnik. Poleg tega se lahko besedila oblikujejo na enak način, tako kot pri programih, pri čemer uporabljajo različne vrste besednih zvez in celo v različnih jezikih.

Vendar pa obstajajo bistvene razlike med kodami za dokumente in računalniškimi programi. Sestoji iz dejstva, da se prve ne morejo same dekodirirati. Če želite odpreti datoteke z oblikovanimi besedili, so vedno potrebni programi tretjih oseb.

Šifriranje podatkov

Druga razlaga izraza "kodo" za računalnike je šifriranje podatkov. Zgoraj smo to besedo uporabili kot sinonim za izraz "kodiranje", kar je dovoljeno. V tem primeru bomo z enkripcijo razumeli drugačen pojav. Namreč, kodiranje digitalnih podatkov, da bi jim prepovedali dostop do drugih ljudi. Zaščita računalniških datotek je glavno področje dejavnosti na področju IT. To je pravzaprav ločena znanstvena disciplina, vključuje pa tudi šolsko računalništvo. Kodiranje datotek z namenom zatiranja nepooblaščen dostop - to je naloga, katere pomen je že v otroštvu predstavljeno državljanom sodobnih držav.

Kako so mehanizmi, s katerimi šifriranje podatkov? Načeloma je tako preprosto in razumljivo kot vse prejšnje, ki smo jih upoštevali. Kodiranje je proces, ki je enostavno razložen z vidika osnovnih načel logike.

Recimo, da moramo posredovati sporočilo, "Ivanov, Petrov gre na", tako da nihče ni mogel prebrati. Zaupamo računalnik za šifriranje sporočila in si oglejte rezultat: "10-3-1-15-16-3-10-5-7-20-11-17-6-20-18-3-21". Ta koda je, seveda, je zelo preprosta: vsaka številka se ujema s številom črk v abecedi naših stavkov. "I" stoji na 10. mestu, "B" - 3, "A" - 1., itd Ampak sodoben računalniški sistem kodiranja lahko šifriranje podatkov, tako da bo dvignili na neverjetno trdi ključ ...