7. Ақпаратты кодтау. Ақпарат көлемін анықтау. Хартли және Шеннон формулалары.

АҚПАРАТТЫ КОДТАУ.

Бұл ақпаратты нақты көрінісін қалыптастыру процесі.

«Кодтау» терминін көбінесе ақпаратты бір формадан сақтауға, тасымалдауға немесе өңдеуге ыңғайлы екінші формаға өту деп түсінеді.

Компьютер сандық формада келтірілген ақпаратты ғана өңдей алады. Компьютерде өңделетін барлық басқа ақпарат (мысалы, дыбыстар, суреттер, приборлардың көрсеткіштері және т.б.) сандық түрге түрлендірілуі керек.

Әріптер мен сандар жиынтығы арасындағы сәйкестік символдар кодировкасы деп аталады.

ЭЕМ-де ақпаратты көрсету тәсілдері, кодтау және кодтарды түрлендіру көп жағдайда осы ақпарат қалыптасатын, жинақталатын, өңделетін және көрсетілетін құрылғылардың әрекет принциптеріне тәуелді.

Символдық және мәтіндік ақпараттыкодтау үшін түрлі жүйелер қолданылады: пернетақтадан ақпаратты енгізген кезде кодтау қажетті символ салынған пернені басқанда жүзеге асырылады, осы кезде пернетақтада перненің реттік нөміріне тең екілік сан болып табылатын scan-код орындалады.

Басылған перненің нөмірі пернеде салынған символдың формасына ешқандай қатысы жоқ. Символды тану және оған ЭЕМ ішкі кодын теңестіру арнайы бағдарламалармен жүргізіледі, олар арнайы кестелерге сүйенеді: ДКОИ, КОИ-7, ASCII (ақпаратты тасымалдаудың американдық стандартты коды).

ASCII (кесте) кодтау кестесінің көмегімен барлығы 256 түрлі символды кодтауға болады. Бұл кесте екіге бөлінген: негізгі (Ooh-ден 7Fh-ге дейінгі кодтары бар) және қосымша (80h-ден FFh-ге дейін, мұнда h әрпә кодтың оналтылық есептеу жүйесіне қатысын білдіреді).

Мәтіндік ақпаратты ASCII кодтау кестесі

Кестенің бірінші бөлігі стандартталған. Онда басқарушы кодтар орналасқан (00h-тен 20h және 77h-ке дейін). Бұл кодтар кестеден алынып тасталған, себебі олар мәтіндік элементтерге жатпайды. Осында тыныс белгілері және математикалық белгілер орналасқан: 2 lh - !, 26h - &, 28h - (, 2Bh -+,..., үлкен және кіші латын әріптері: 41h - A, 61h - а,...

Кестенің екінші бөлігінде ұлттық шрифтілер, псевдографика символдары орналасқан, олардан кестелер, арнайы математикалық белгілер құрастыруға болады. Кодировкалар кестесінің төменгі бөлігін сәйкес драйверлерді (басқарушы көмекші бағдарламалар) қолданып ауыстыруға болады. Бұл тәсіл бірнеше шрифтілер мен гарнитуралар қолдануға мүмкіндік береді.

Дисплей символдың әрбір коды бойынша экранға символдың көрінісін – жай сандық кодын емес, оған сәйкес келетін суретті шығарады, себебі әрбір символдың өз формасы бар.

Әрбір символдың формасының сипаты дисплейдің арнайы жадысында (знакогенератор) сақталады. IBМ PC дисплейінің экранында символдың жарқырауы символдық матрицаны құрайтын нүктелердің көмегімен жүзеге асырылады. Осындай матрицадағы әрбір пиксель сурет элементі болады және жарық не қараңғы бола алады. Қараңғы нүкте 0 санымен, ал жарық нүкте 1 санымен кодталады. Егер белгінің матрицалық өрісінде қараңғы пикселдерді нүктемен, ал жарық пикселдерді жұлдызшамен белгілесе, онда символдың форасын графикалық түрде суреттеуге болады.

Видеоақпарат әрбір нүктенің (пикселдің) мәнінің сипаты түрінде көрсетіледі. Бір уақытта дисплей экранында жарқырайтын пикселдер саны оның рұқсаттық қабілетімен анықталады. Графикалық ақпараттың сипаты ретінде алынады: экрандағы нүкте координаттары, пиксел түсі, фон түсі. Барлық ақпарат дисплейдің видеожадысында сақталады. Графикалық ақпаратты басып шығарғанда сурет осылайша нүктелер арқылы шығарылады.

Сурет векторлық формада бола алады. Онда ол кесінділерден құрастырылады, олардың бастапқы координаттары, бұрылу бұрышы, кесінді ұзындығы беріледі.

Аудиоақпаратты кодтау –күрделі процесс. Аудиоақпарат аналогты болып табылады. Оны сандық түрге айналдыру үшін аппаратуралық құралдар қолданылады: аналогты-сандық түрлендіргіштер (АСТ), олар аналогты сигналды сандық түре айналдырады, яғни сандық тізбек түрінде болады. Сандық дыбысты аудиоқұрылғыға шығару үшін кері т.рлендіру өткіщіледі, ол сандық –аналогты түрлендіргіш көмегімен жүзеге асады (САТ).

АҚПАРАТ КӨЛЕМІН АНЫҚТАУ

Хартли және Шеннон формулалары.

Клод Шеннон, американ ғалымы, ақпаратты біздің біліміміздің бірдеңе туралы білместігіміздің түсуі ретінде қаратырады.

Американ инженері Р. Хартли 1928 жылы ақпаратты алу процесін N тең ықтималды хабарламалардан тұратын алдын ала берілген шекті көпшеден бір хабарламаны таңдау деп қарастырды, ал таңдалған хабарламадағы ақпарат I көлемін N екілік логарифмі ретінде анықтаған.

Хартли формуласы:

I = log₂N

Мысалы, бірден жүзге дейінгі сандар жиынтығынан бір санды табу керек.Хартли формуласы бойынша осы үшін ақпараттың қандай көлемі қажет екенін анықтауға болады: I=log₂100>6,644.Яғни,дұрыс табылған сан туралы ақпаратта шамамен 6,644ақпарат бірлігі бар.

Енді «ғимарат есігінен бірінші болып әйел шығады» және «ғимарат есігінен бірінші болып ер адам шығады» деген хабарламалардың тең ықтималды болуын не болмауын анықтайық. Бірден бұл сұраққа жауап беруге болмайды. Әңгіме қандай ғимарат екендігіне байланысты. Егер бұл метро станциясы болса, онда есіктен не әйел, не ер адам шығуы тең ықтималды, ал егер әскери казарма туралы әңгіме болса, онда ер адамның шығу ықтималдығы жоғары.

Осындай есептерді шығару үшін американ ғалымы Клод Шеннон1948жылы ақпарат көлемін анықтайтын басқа формула ұсынды.

Шеннон формуласы:

I=-(p₁log₂p₁ + p₂log₂p₂ + ... + p_Nlog₂p_N), мұндағы p_i– i-ші хабарлама N хабарламалар жиынтығынан белгіленгендігі ықтималдығын білдіреді.

Егер p₁, ..., p_Nықтималдықтары тең болса, онда олардың әрқайсысы 1/N тең, және Шеннон формуласы Хартли формуласына ауысады.

АҚПАРАТТЫ ӨЛШЕУ БІРЛІКТЕРІ.

Ақпарат бірлігі ретінде Клод Шеннон бір бит алуды ұсынды (ағыл.bit – binary digit– екілік сан).

Ақпарт теориясында бит — екі тең ықтималды хабарламаларды айыру үшін қажетті ақпарат көлемі.

Есептегіш техникада бит деп мәліметтер мен командаларды машинаішілік сипаттауға қолданылатын «0» мен «1» белгілерінің біреуін сақтауға қажетті компьютер жадысының ең кіші порциясын айтады.

Компьютер жеке биттермен жұмыс істемейді, ол сегіз бит жиынтығын алады. Сегіз ретті биттер байтты құрайды. Бір байтта (256 = 2⁸) 256 мүмкін символдың ішінен бір символдың мәнін кодтауға болады. Байт машина жадысында сақталып, бүтін сан түрінде оқылып, өңделеді. Бит пен байтпен қатар ақпарат көлемін өлшеу үшін келесі бірліктер қолданылады:

1 Килобайт (Кбайт, Кб) = 1024 немесе2¹⁰байт;

1 Мегабайт (Мбайт, Мб) = 2²⁰байт,немесе1024 Кбайт;

1 Гигабайт (Гбайт, Гб) = немесе2³⁰байт,немесе1024 Мбайт;

1 Терабайт (Тбайт, Тб) = 2⁴⁰байтнемесе1024 Гбайт.

1 Петабайт (Пбайт, Пб) = 2⁵⁰байтнемесе1024 Тбайт.