2.3 Представление информации в компьютере

Компьютер может обрабатывать данные, которые представлены в специальном виде – только с помощью нулей и единиц. Каждый 0 или 1 называют битом. Один бит – это минимальная единица информации, описывающая только 2 возможных состояния. Восемь битов объединяются в байт: 00101011, 00000000, 11111111, 10101010. Байт – основная единица представления информации в компьютере. В итоге вся информация в компьютере представляется как набор огромного (сотни тысяч и миллионы) числа нулей и единиц, разбитых на отдельные байты. Такое представление информации называют цифровым или двоичным. Обработка двоичных данных выполняется с помощью специальных правил, определяемых так называемой двоичной арифметикой.

В зависимости от решаемой задачи байт может содержать закодированное представление различных типов данных.

Простейшим и исторически первым является кодирование целых чисел. Целые числа представляются в двоичном виде следующим образом:

00000000 = 0	00000001 = 1	00000010 = 2	00000011 = 3	00000100 = 4	00000101 = 5
00000110 = 6	00000111 = 7	00001000 = 8	00001001 = 9	00001010 = 10	00001011 = 11
00001100 = 12	00001101=13	. . . . . . . . .	. . . . . . . . . .	11111110 = 254	11111111 = 255

 

Диапазон целых чисел, кодируемых одним байтом, определяется числом возможных комбинаций из восьми нулей и единиц. Это число равно 2 в степени 8, то есть 256. Если надо закодировать число больше 255, то два байта объединяются вместе и используется 16 битов. Это дает 2 в 16 степени, то есть 65 536 комбинаций. Еще большие целые числа можно представить с помощью 4 байтов или 32 битов. Для представления чисел со знаком один бит отводится под знак.

Более сложное представление существует для вещественных (не целых) чисел, и обработка таких чисел значительно сложнее для компьютера.

При обработке текстовой информации один байт может содержать код некоторого символа – буквы, цифры, знака пунктуации, знака действия и так далее. Каждому символу соответствует свой код в виде целого числа. Один байт как набор восьми битов позволяет закодировать 256 символов, что вполне достаточно для работы сразу с двумя обычными языками, например английским и русским. При этом все коды собираются в специальные таблицы, называемые кодировочными таблицами. С их помощью производится преобразование кода символа в его видимое представление на экране монитора.

Обработка графической информации требует своего способа кодирования. Любое изображение представляется в виде огромного числа отдельных точек. Обычная картинка на экране может содержать до миллиона таких точек. Простейшим изображением является черно-белое. В этом случае одна точка изображения может кодироваться одним битом, например 0 – черная точка, 1 – белая. Для запоминания изображения из 1 миллиона точек в этом случае потребуется около 100 000 байт. Цветное изображение требует большего числа байтов, причем, чем больше используется цветов, тем больше требуется байтов. При работе с 16-цветными изображениями одна точка требует 4 бита, то есть один байт содержит информацию о двух точках изображения. Работа с 256-цветными изображениями требует уже целого байта для одной точки и около 1 миллиона байт для всего изображения. Наиболее реалистичные изображения используют 2 байта на одну точку, что позволяет выводить 65536 цветовых оттенков. Все это говорит о том, что обработка графической информации для компьютера является гораздо более сложной задачей по сравнению с обработкой числовой и текстовой информации.

Также весьма трудоемкой является обработка звуковой информации, которая тоже представляется в двоичном виде.