- инвертирование разрядов числа: 11111000001000112;
- прибавление единицы: 11111000001001002;
|
Прямой код |
00000111110111002 |
|
Инверсия |
11111000001000112 |
|
Дополнительный код |
11111000001001002 |
Представление чисел в формате с плавающей точкой. Вещественные числа хранятся и обрабатываются в компьютере в формате с плавающей точкой. Формат чисел с плавающей точкой базируется на экспоненциальной форме записи, в которой может быть представлено любое число. Так, число А можно записать в виде:
,
где m - мантисса числа;
- основание системы счисления;
n - порядок числа.
Числа с плавающей точкой должны записываются в нормализованной форме, требующей представление мантиссы в виде правильной дроби и имеющей после запятой цифру, отличную от нуля.
Кодирование текстовой информации
Текстовая информация состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др. Одного байта достаточно для хранения 256 различных значений, что позволяет размещать в нем любой из алфавитно-цифровых символов. Первые 128 символов (занимающие семь младших бит) стандартизированы с помощью кодировки ASCII (American Standart Code for Information Interchange). Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255. Для кодировки русских букв используют различные кодовые таблицы (КОI-8R, СР1251, CP10007, ISO-8859-5):
KOI8R — восьмибитовый стандарт кодирования букв кириллических алфавитов (для операционной системы UNIX). Разработчики KOI8R поместили символы русского алфавита в верхней части расширенной таблицы ASCII таким образом, что позиции кириллических символов соответствуют их фонетическим аналогам в английском алфавите в нижней части таблицы. Это означает, что из текста написанного в KOI8R, получается текст, написанный латинскими символами. Например, слова «дом высокий» приобретают форму «dom vysokiy»;
СР1251 – восьмибитовый стандарт кодирования, используемый в OS Windows;
CP10007 - восьмибитовый стандарт кодирования, используемый в кириллице операционной системы Macintosh (компьютеров фирмы Apple);
ISO-8859-5 – восьмибитовый код, утвержденный в качестве стандарта для кодирования русского языка.
Кодирование графической информации
Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой и дискретной. Живописное полотно, созданное художником, - это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи принтера, состоящее из отдельных (элементов) точек разного цвета, - это дискретное представление.
Путем разбиения графического изображения (дискретизации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную. При этом производится кодирование - присвоение каждому элементу графического изображения конкретного значения в форме кода. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.
Векторная графика используется для представления таких графических изображений как рисунки, чертежи, схемы.
Они формируются из объектов - набора геометрических примитивов (точки, линии, окружности, прямоугольники), которым присваиваются некоторые характеристики, например, толщина линий, цвет заполнения.
Изображение в векторном формате упрощает процесс редактирования, так как изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться. При этом каждое преобразование уничтожает старое изображение (или фрагмент), и вместо него строится новое. Такой способ представления хорош для схем и деловой графики. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты точек, используя которые программа каждый раз воссоздает изображение заново.
Основным недостатком векторной графики является невозможность изображения фотографического качества. В векторном формате изображение всегда будет выглядеть, как рисунок.
Растровая графика. Любую картинку можно разбить на квадраты, получая, таким образом, растр - двумерный массив квадратов. Сами квадраты — элементы растра или пиксели (picture's element) - элементы картинки. Цвет каждого пикселя кодируется числом, что позволяет для описания картинки задавать порядок номеров цветов (слева направо или сверху вниз). В память записывается номер каждой ячейки, в которой хранится пиксель.
Каждому пикселю сопоставляются значения яркости, цвета, и прозрачности или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов. Этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями.
Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. В современных компьютерах в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки. Яркость каждой точки и ее координаты можно выразить с помощью целых чисел, что позволяет использовать двоичный код для того чтобы обрабатывать графические данные.
В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний — «черная» или «белая», то есть для хранения ее состояния необходим 1 бит. Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24, 32, 64 бита.
Для кодирования цветных графических изображений произвольный цвет делят на его составляющие. Используются следующие системы кодирования:
HSB (H - оттенок (hue), S - насыщенность (saturation), B - яркость (brightness)),
RGB (Red - красный, Green - зелёный, Blue - синий) и
CMYK (Cyan - голубой, Magenta – пурпурный, Yellow - желтый и Black – черный).
Первая система удобна для человека, вторая - для компьютерной обработки, а последняя - для типографий. Использование этих цветовых систем связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию "чистых" спектральных цветов: красного, зеленого, синего или их производных.
Фрактал – это объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями. Фракталы позволяют описывать изображения, для детального представления которых требуется относительно мало памяти.
Трёхмерная графика (3D) оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх, где все объекты представляются как набор поверхностей или частиц. Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют с помощью операторов, имеющих матричное представление.
Кодирование звуковой информации
Музыка, как и любой звук, является не чем иным, как звуковыми колебаниями, зарегистрировав которые, её можно достаточно точно воспроизвести. Для представления звукового сигнала в памяти компьютера, необходимо поступившие акустические колебания представить в цифровом виде, то есть преобразовать в последовательность нулей и единиц. С помощью микрофона звук преобразуется в электрические колебания, после чего можно измерить амплитуду колебаний через равные промежутки времени (несколько десятков тысяч раз в секунду), используя специальное устройство - аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Для воспроизведения звука цифровой сигнал необходимо превратить в аналоговый с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Оба эти устройства встроены в звуковую карту компьютера.
Каждое измерение звука записывается в двоичном коде. Этот процесс называется дискретизацией (семплированием), выполняемым с помощью АЦП.
Семпл (sample англ. образец) - это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды аналогового сигнала. Кроме промежутка времени семплом называют также любую последовательность цифровых данных, которые получили путем аналого-цифрового преобразования. Важным параметром семплирования является частота - количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду. Диапазон частоты дискретизации звука от 8000 до 48000 измерений за одну секунду.
