2.4 Кодирование информации и формы ее представление в памяти компьютера.

В компьютере данные обрабатываются формально, без учета их смыслового содержания, а лишь с использованием математических операций и операций формальной логики ( булевой алгебры).

Компьютеры построены на базе двухпозиционных электронных элементов, и для представления любой информации используется двоичная система счисления. В ней вся информация записывается в виде совокупности нулей и единиц.

Для хранения двоичных цифр используются двоичные индикаторы – это физическое устройство ( структурная единица элементной базы компьютера), которое может находиться в одном из двух возможных состояний: пропускает ток – не пропускает ток (электронная лампа, транзистор), намагничено – не намагничено ( ферритное кольцо), включено – выключено (триггерная схема). Двоичные индикаторы объединяются в ячейки памяти.

В двоичной системе счисления минимальной единицей информации является БИТ – двоичная цифра.

Бит – количество информации, которое содержится в одном разряде двоичного числа, (0/1) или отражает логические значение ( истина/ ложь), или отражает цвет (белое/черное).

Рассмотрим ячейку из 4 двоичных индикаторов или 4 битов. Сопоставим включенному индикатору значение 1, выключенному – 0. Кроме того, закрепим за разрядами ячейки степени числа 2.

И1	И2	И3	И4
1	0	0	1
23	22	21	20

Единицы и нули в двоичных разрядах ячейки будут рассматриваться как коэффициенты при степенях двойки, а полученные произведения суммируются. Таким образом, в данной ячейке получаем двоичное число 1001 или десятичное – 9.

1*2³+0*2²+0*2¹+1*2⁰=8+1=9

Максимальное по значению число получится, если поместить во все разряды ячейки 1, что соответствует десятичному числу 15. Таким образом, в ячейке из 4 двоичных разрядов можно представить число от 0 по 15, т.е. 16 различных десятичных чисел.

Существует комбинаторная формула, задающая количество возможных представлений в ячейке из n разрядов: M=2ⁿ

Из формулы следует, что в ячейке из 8 разрядов можно представить 2⁸=256 различных сочетаний. Этого вполне достаточно, чтобы закодировать весь алфавит компьютера. Такая ячейка из 8 двоичных индикаторов называется БАЙТ. Это наименьшая ячейка памяти компьютера, которой может быть присвоен индивидуальный номер. Ячейки современных компьютеров могут быть также по 16 разрядов и по 32 разряда. Этим параметром определяется разрядность компьютера.

Основной единицей компьютерных данных является БАЙТ, равный количеству информации, содержащейся в 8 битах.

В зависимости от разрядности компьютера информация обрабатывается побайтно, полусловами (16 разрядов), словами (32 разряда), двойными словами (64 разряда)

Для измерения количество информации и объемов памяти существуют более крупные единицы:

8 битов = 1 байт

2¹⁰байтов=1024 байта=1Кбайт (1КБ)

2²⁰ байтов =2¹⁰ килобайтов=1024 Кбайта=1Мегабайт (1МБ)

2³⁰байтов=2¹⁰ мегабайтов=1024 Мбайта=1Гигабайт (1ГБ)

2⁴⁰байтов=2¹⁰ гигабайтов=1024 Гбайта=1 Терабайт (1ТБ)

2⁵⁰байтов=2¹⁰ терабайтов=1024 Тбайта=1 Петабайт (1ПБ)

Представление числовых данных в компьютере.

Для записи одной десятичной цифры используется 4 бита, таким образом, в одном байте может быть записаны 2 десятичные цифры.

В вычислительных машинах используются две формы представления числе:

1. С фиксированной запятой (естественная форма числа). Числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть числа от дробной, в том числе целые числа.

+00045678 Эта форма имеет небольшой диапазон представления чисел.

-0.1358858

2. С плавающей точкой число представляется в экспоненциальной форме, то есть в виде мантиссы и порядка. N=+/-Mp^+/-r , где М – мантисса числа (|M|<1),

r – порядок числа (r – целое число),

p – основание системы счисления.

+0.456709*10² -0.73*10^-6 Эта форма записи числа имеет огромный диапазон представления чисел и является основной формой представления числовых данных в ЭВМ.

Представление логических данных.

Для записи одного значения логической информации используется 1 бит памяти. При этом значение 1 – означает "истина", значение 0 – "ложь". Над логическими данными можно выполнять операции, используя "булеву" алгебру.

Представление символьной информации.

При записи в компьютер символьной информации каждый символ ( буква, цифра, знак) кодируется двоичным кодом. Длина этого кода – 1 байт. Для кодирования используются специальные кодовые таблицы. В большинстве микропроцессорных систем и персональных компьютеров используется американский код ASCII, расширенный путем добавления букв национального алфавита. В системе АSCII закреплены 2 таблицы кодирования – базовая и расширенная. ( расширенная содержит символы псевдографики и национальный алфавит).

При кодировании символ записывается комбинация из восьми нулей и единиц. Для чтения кода символа его делят по 4 бита. Каждый из них заменяют шестнадцатеричной цифрой. Старшая цифра или "зона" изображена в таблице в левой части, младшая или цифровая часть записывается в верхней строке таблицы. На пересечении находится нужный символ.

То есть внутреннее (машинное) представление любой информации – комбинация нулей и единиц. Вводимая в ЭВМ информация кодируется по кодовой таблице, хранится и обрабатывается в двоичной виде. При выводе информации на экран дисплея или на печать информация раскодируется, то есть подвергается обратному преобразованию и представляется пользователю в привычном виде.