Формы представления информации
Всего получено оценок: 111.
Всего получено оценок: 111.
Существует разные формы представления информации. Информационные сигналы могут быть непрерывными и дискретными. Определение методов преобразования сигналов из одной формы в другую — важная задача информатики.
Какие бывают формы представления информации
Формы представления информации в информатике бывают различными. В природе и технике информационные сигналы представляются в непрерывной (аналоговой) и дискретной формах. Процесс приведения информации какой-либо форме в информатике называется кодированием.
Непрерывная форма представления информации
Непрерывные (аналоговые) информационные сигналы могут принимать любые значения из всех возможных в рамках заданного интервала. В качестве примера непрерывных величин можно рассматривать такие физические величины как температура, расстояние, масса. Как правило, численные значения непрерывных величин, выражаются не целыми, а дробными числами (имеют знаки после запятой).
Всегда можно определить промежуточное значение между двумя соседними значениями аналоговых (непрерывных) величин, то есть такие величины могут уточняться до бесконечности.
Аналоговые процессы основаны на непрерывных сигналах. Например, процессы, происходящие в природе, имеют аналоговое происхождение: звучание пения птиц, изменение температуры окружающего воздуха. Некоторые технические процессы имеют также аналоговую природу, например аналоговое телевидение и телефония.
В аналоговых системах, изменение величин сигналов происходит плавно, не наблюдается каких-либо резких скачков.
Дискретная форма представления информации
В дискретной форме представления информации величины могут принимать лишь отдельные, неделимые значения и не могут принимать значения промежуточные между ними. Дискретные величины выражаются целыми числами, используемыми при пересчете предметов. Примерами дискретных величин могут быть число букв в алфавите, число учеников в классе.
Представление информационных сообщений с помощью знаковых систем также носит дискретный характер. Это может быть информация, записанная с помощью алфавита естественного языка, например русского.
Рис. 3. График цифрового сигнала.
В цифровых (дискретных) системах процессы основаны на дискретных сигналах. Примерами цифровых систем являются системы цифровых телекоммуникаций, цифровые телевидение и телефония.
Изменение формы представления информации
При выполнении повседневных дел человек часто сталкивается с задачей преобразования информации из одной формы представления в другую. Например, напечатанный текст представлен в дискретной форме, а при произнесении его вслух он представляется в аналоговой форме в виде звукового сигнала.
Дискретная форма сигнала гораздо проще для обработки ее на ЭВМ, передачи по цифровым коммуникационным каналам. Поэтому решение задачи трансформации непрерывного сигнала в дискретный вид имеет большое значение.
Процесс перехода аналогового сигнала в дискретную форму называется дискретизацией сигнала.
Перевод информации в дискретную форму заключается в кодировании ее символами естественного или формального языка. Каждый язык — разговорный или язык программирования имеет свой алфавит.
Алфавитом называется законченный набор знаков, применяемых для кодирования информации. Число символов, составляющих алфавит, называется мощностью алфавита.
Информационный сигнал в ЭВМ представляется в двоичном формате, то есть, закодирован с помощью алфавита, мощность которого равна 2. Двоичный алфавит состоит только из двух знаков: единицы и нуля.
Что мы узнали?
Информационные сигналы могут быть непрерывными и дискретными. Величины непрерывных сигналов могут принимать как целые, так и дробные числовые значения, дискретные сигналы выражаются целыми величинами. Представление информации в каком-либо формате называется кодированием. Для представления информации в ЭВМ ее необходимо закодировать двоичным кодом.
3. Формы представления информации
Сигнал называется непрерывным (или аналоговым), если его параметр может принимать любое значение в пределах некоторого интервала
Если обозначить Z- значение параметра сигнала, at- время, то зависимость Z(t) будет непрерывной функцией (рис.1.2,а).
Рис. 1.2. Непрерывные (а) и дискретные (б) сигналы
Сигнал называется дискретным, если его параметр может принимать конечное число значений в пределах некоторого интервала.
Пример дискретных сигналов представлен на рис. 1.2,б. Как следует из определения, дискретные сигналы могут быть описаны дискретным и конечным множеством значений параметров
Принципиальным и важнейшим различием непрерывных и дискретных сигналов является то, что дискретные сигналы можно обозначить, т.е. приписать каждому из конечного чисел возможные значения сигнала знак, который будет отличать данный сигнал от другого.
Вся совокупность знаков, используемых для представления дискретной информации, называется набором знаков.
Таким образом, набор есть дискретное множество знаков.
Набор знаков, в котором установлен порядок их следования, называется алфавитом.
Понятия знака и алфавита можно отнести только к дискретным сообщениям.
Так как имеются два типа сообщений, между ними, возможны четыре варианта преобразований (см. рис. 1.3):
Рис. 1.3. Варианты преобразований
Осуществимы и применяются на практике все четыре вида преобразований. Примерами устройств, в которых осуществляется преобразование типа N1 → N2 являются микрофон (звук преобразуется в электрические сигналы); магнитофон и видеомагнитофон (чередование областей намагничения ленты превращается в электрические сигналы, которые затем преобразуются в звук и изображение); телекамера (изображение и звук превращаются в электрические сигналы); радио- и телевизионный приемник (радиоволны преобразуются в электрические сигналы, а затем в звук и изображение); аналоговая вычислительная машина (одни электрические сигналы преобразуются в другие). Особенностью данного варианта преобразования является то, что оно всегда сопровождается частичной потерей информации. Потери связаны с помехами (шумами), которые порождает само информационное техническое устройство и которые воздействуют извне. Эти помехи примешиваются к основному сигналу и искажают его. Поскольку параметр сигнала может иметь любые значения (из некоторого интервала), то невозможно отделить ситуации: был ли сигнал искажен или он изначально имел такую величину. (В ряде устройств искажение происходит в силу особенностей преобразования в них сообщения, например в черно-белом телевидении теряется цвет изображения; телефон пропускает звук в более узком частотном интервале, чем интервал человеческого голоса; кино- и видеоизображение оказываются плоскими, они утратили объемность.)
Развертка по времени состоит в том, что наблюдение за значением величины Z производится не непрерывно, а лишь в определенные моменты времени с интервалом Δt:
Совместное выполнение обеих операций эквивалентно нанесению масштабной сетки на график Z(t), как показано на рис.1.4. Далее, в качестве пар значений
Рис. 1.4. Дискретизация аналогового сигнала за счет операций развертки по времени и квантования по величине
Ответом на эти сомнения служит так называемая теорема отсчетов, доказанная в 1933г. В. А. Котельниковым (по этой причине ее иногда называют его именем), значение которой для решения проблем передачи информации было осознано лишь в 1948г. после работ К. Шеннона. Теорема, которую примем без доказательства, но результаты будем в дальнейшем использовать, гласит:
Непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности измерений или отсчетов величины этого сигнала через одинаковые интервалы времени, меньшие или равные половине периода максимальной частоты, имеющейся в сигнале.
Комментарии к теореме:
Теорема касается только тех линий связи, в которых для передачи используются колебательные или волновые процессы.
Смысл теоремы в том, что дискретизация не приведет к потере информации и по дискретным сигналам можно будет полностью восстановить исходный аналоговый сигнал, если развертка по времени выполнена в соответствии со следующим соотношением:
Можно перефразировать теорему отсчетов:
Развертка по времени может быть осуществлена без потери информации, связанной с особенностями непрерывного (аналогового) сигнала, если шаг развертки не будет превышать Δt, определяемый в соответствии с (1.2).
Например, для точной передачи речевого сигнала с частотой до Vm = 4000 Гц при дискретной записи должно производиться не менее 8000 отсчетов в секунду; в телевизионном сигнале Vm ≈ 4 МГц, следовательно, для его точной передачи потребуется около 8000000 отсчетов в секунду.
Выбор шага развертки по времени и квантования по величине сигнала лежат в основе оцифровки звука и изображения. Примерами устройств, в которых происходят такие преобразования, являются сканер, модем, устройства для цифровой записи звука и изображения, лазерный проигрыватель, графопостроитель. Термины «цифровая запись», «цифровой сигнал» следует понимать как дискретное представление с применением двоичного цифрового алфавита.
Таким образом, преобразование сигналов типа N → D, как и обратное D → N, может осуществляться без потери, содержащейся в них информации.
Таким образом, за исключением N1 → N2 в остальных случаях оказывается возможным преобразование сообщений без потерь содержащейся в них информации. При этом на первый взгляд непрерывные и дискретные сообщения оказываются равноправными. Однако на самом деле это не так. Сохранение информации в преобразованиях N → D и D → N обеспечивается именно благодаря участию в них дискретного представления. Другими словами, преобразование сообщений без потерь информации возможно только в том случае, если хотя бы одно из них является дискретным. В этом проявляется несимметричность видов сообщений и преимущество дискретной формы. К другим ее достоинствам следует отнести:
• простоту и, как следствие, надежность и относительную дешевизну устройств по обработке информации;
• точность обработки информации, которая определяется количеством обрабатывающих элементов и не зависит от точности их изготовления;
Что такое дискретная форма
Код ОГЭ: 1.1.3 Дискретная форма представления информации. Единицы измерения количества информации
Информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. Величина в аналоговой форме может принимать бесконечное множество значений. Примерами аналогового представления информации могут служить звук скрипки, картина художника, показатели температуры воздуха, уровня воды в реке.
Величина в дискретной форме может принимать только конечное множество значений. Примеры дискретного представления информации: цифровые показания часов или спидометра, текст в книге, изображение на экране монитора.
Величину в аналоговой форме представления информации можно преобразовать в величину в дискретной форме. Этот процесс называется дискретизацией.
Способ представления информации с помощью кода из двух знаков оказался наиболее значимым для развития техники. Двоичные числа удобно хранить, обрабатывать и передавать с помощью электронных устройств. Основным носителем информации в них являются элементы, которые могут находиться в одном из двух состояний: включено/выключено, высокий/низкий уровень напряжения или тока, наличие/отсутствие намагниченности материалов. Условно одно состояние обозначают через 1, а другое через 0. Каждый такой элемент способен хранить один двоичный разряд, или бит информации.
Любое информационное сообщение представляется последовательностью нулей и единиц (цифрового кода). Этот метод представления информации называется двоичным кодированием. Таким образом, двоичный код является универсальным средством кодирования информации. Благодаря двоичному кодированию все действия по обработке сообщений компьютером сводятся к совокупности простых действий над 0 и 1.
Единицы измерения количества информации
Основной единицей хранения и обработки цифровой информации принят байт.
Соответственно, с помощью одного байта можно получить 256 (= 2 8 ) двоичных значений (от 00000000 до 11111111). В современных персональных компьютерах байт является наименьшей совокупностью битов, которую компьютер обрабатывает одномоментно.
На практике применяют более емкие, чем байт, единицы измерения объема сообщений и емкости носителей — килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты. Множителем при переходе к более емкой единице измерения выступает число 1024 (= 2 10 ).
Системы счисления
Система счисления — совокупность обозначений, приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками. В зависимости от способов изображения чисел цифрами системы счисления делятся на непозиционные и позиционные.
Непозиционные системы счисления — такие, в которых количественное значение каждой цифры не зависит от занимаемой ею позиции в изображении числа.
Примером может служить египетская система счисления — в ней иероглифы (цифры), составляющие число, можно записывать сверху вниз, справа налево или вперемежку. Значение числа равно сумме значений цифр в его записи.
Переходной от непозиционных систем к позиционным служит римская система счисления. В ней позиция некоторых цифр уже меняет значение числа: например, в числе IX единицу нужно отнять от десяти, а в числе XI единицу нужно прибавить к десяти. Однако количественное значение самих цифр Х и I от их позиции не зависит.
В римской системе цифры записываются слева направо в порядке убывания, и тогда их значения складываются. Если слева записана меньшая цифра, а справа — большая, то их значения вычитаются. Нежелательно записывать более трех одинаковых цифр подряд.
Например, для представления числа 348 в римской системе счисления надо выписать сначала число сотен, затем десятков и единиц: 300 — ССС, 40 — ХL, 8 — VIII. Затем соединить эти записи: CCCXLVIII. Аналогично для числа 1977: 1 тысяча — М, 900 — СМ, 70 — LXХ, 7 — VII. Результат: MCMLXXVII.
В непозиционных системах очень трудно производить многие действия над числами, особенно умножение и деление, слишком громоздка запись для больших чисел. Поэтому широкое распространение получили позиционные системы счисления.
Позиционные системы счисления — такие, в которых количественное значение каждой цифры зависит от ее позиции в числе.
Количество знаков (цифр), используемых для изображения числа, называется основанием системы счисления (или мощностью алфавита). Систему с основанием 10 называют десятичной, с основанием 2 — двоичной, с основанием 16 — шестнадцатеричной, в общем случае: с основанием k — k-ичной.
Примером позиционной системы счисления является используемая нами арабская десятичная система счисления. Иногда ее называют индо-арабской, поскольку она была придумана в Индии, а стала известна в Европе из арабских трактатов. Алфавит этой системы составляют 10 цифр — от 0 до 9. Каждая цифра в числе при перемещении справа налево в следующий разряд увеличивает свое значение в 10 раз. Чтобы определить значение числа, надо сложить произведения каждой его цифры на 10 в степени, равной разряду этого числа.
348 = 3 • 10 2 + 4 • 10 1 + 8 • 10 0
–348,17 = –(3 • 10 2 + 4 • 10 1 + 8 • 10 0 + 1 • 10 –1 + 7 • 10 –2 )
Системы счисления могут иметь различные основания. Чтобы различать, в какой системе счисления записано число, принято указывать ее основание в виде нижнего индекса справа от числа. Сам индекс всегда представляется в десятичной системе. Для самой десятичной системы индекс указывают только тогда, когда используется какая–либо другая система:
316 — число в десятичной системе счисления,
3168 — число в восьмеричной системе счисления.
Свойства записи чисел в позиционной системе счисления:
Если основание системы k больше 10, то цифры старше 10 при записи обозначают прописными буквами латинского алфавита: A, B, …, Z. При этом цифре 10 соответствует знак A, цифре 11 — знак B и т. д.
Информация в компьютере представлена в цифровой двоичной форме. В целях экономичного отображения двоичную информацию можно представлять в шестнадцатеричном виде. В программировании часто используется восьмеричная запись чисел.
В общем виде число в позиционной системе счисления может быть представлено как последовательность символов алфавита (цифр), обозначенных через а1, а2, а3 и т. д. Для числа А с количеством целых разрядов n и количеством дробных разрядов m запись имеет вид:
Такая запись называется свернутой записью числа. Эту форму записи мы используем в повседневной жизни, поэтому ее называют также естественной.
Представление числа в виде многочлена называют развернутой записью числа:
Развернутая запись числа задает правило для вычисления числа по его цифрам в k–ичной системе счисления. Для уменьшения количества вычислений пользуются схемой Горнера, которая получается путем поочередного выноса основания системы k за скобки:
Конспект урока по информатике «Дискретная форма представления информации».
Дискретная форма представления информации. Единицы измерения количества информации
Информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме.
Величина в аналоговой формеможет принимать бесконечное множество значений. Примерами аналогового представления информации могут служить звук скрипки, картина художника, показатели температуры воздуха, уровня воды в реке. Величина в дискретной формеможет принимать только конечное множество значений. Примеры дискретного представления информации: цифровые показания часов или спидометра, текст в книге, изображение на экране монитора. Величину в аналоговой форме представления информации можно преобразовать в величину в дискретной форме. Этот процесс называется дискретизацией.
Представление информации в компьютере дискретно. В процессах хранения, обработки и передачи информации в компьютере используется двоичная знаковая система. Ее алфавит состоит всего из двух знаков <0, 1>. Для удобства использования такого алфавита договорились называть любой из его знаков бит (от англ. bit — binary digit — двоичный знак). Поскольку один бит может принимать только одно из двух значений, то им выражают одно из двух взаимоисключающих понятий: да/нет, истина/ложь, включено/выключено.
Способ представления информации с помощью кода из двух знаков оказался наиболее значимым для развития техники. Двоичные числа удобно хранить, обрабатывать и передавать с помощью электронных устройств. Основным носителем информации в них являются элементы, которые могут находиться в одном из двух состояний: включено/выключено, высокий/низкий уровень напряжения или тока, наличие/отсутствие намагниченности материалов. Условно одно состояние обозначают через 1, а другое через 0. Каждый такой элемент способен хранить один двоичный разряд, или бит информации. Любое информационное сообщение представляется последовательностью нулей и единиц (цифрового кода). Этот метод представления информации называется двоичным кодированием. Таким образом, двоичный код является универсальным средством кодирования информации. Благодаря двоичному кодированию все действия по обработке сообщений компьютером сводятся к совокупности простых действий над 0 и 1.
Единицы измерения количества информации
Бит — единица измерения количества информации, равная одному разряду в двоичной системе счисления. Это наименьшая единица измерения информации.
Основной единицей хранения и обработки цифровой информации принят байт.
Байт(англ.byte) — совокупность восьми двоичных разрядов (битов).
Соответственно, с помощью одного байта можно получить 256 (= 2 8 ) двоичных значений (от 00000000 до 11111111). В современных персональных компьютерах байт является наименьшей совокупностью битов, которую компьютер обрабатывает одномоментно.
На практике применяют более емкие, чем байт, единицы измерения объема
сообщений и емкости носителей — килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты. Множителем при переходе к более емкой единице измерения выступает
число 1024 (= 2 10 ).
Системы счисления
Система счисления — совокупность обозначений, приемов и правил для записи чисел
цифровыми знаками.
В зависимости от способов изображения чисел цифрами системы счисления делятся на непозиционные и позиционные.
Непозиционные системы счисления— такие, в которых количественное значение каждой цифры не зависит от занимаемой ею позиции в изображении числа. Примером может служить египетская система счисления — в ней иероглифы (цифры), составляющие число, можно записывать сверху вниз, справа налево или вперемежку. Значение числа равно сумме значений цифр в его записи.
Переходной от непозиционных систем к позиционным служит римская система счисления. В ней позиция некоторых цифр уже меняет значение числа: например, в числе IX единицу нужно отнять от десяти, а в числе XI единицу нужно прибавить к десяти. Однако количественное значение самих цифр Х и I от их позиции не зависит.
В римской системе цифры записываются слева направо в порядке убывания, и тогда их значения складываются. Если слева записана меньшая цифра, а справа — бо′льшая, то их значения вычитаются. Нежелательно записывать более трех одинаковых цифр подряд. Например, для представления числа 348 в римской системе счисления надо выписать сначала число сотен, затем десятков и единиц: 300 — ССС, 40 — ХL, 8 — VIII. Затем соединить эти записи: CCCXLVIII.
Аналогично для числа 1977: 1 тысяча — М, 900 — СМ, 70 — LXХ, 7 — VII.
Результат: MCMLXXVII. 
В непозиционных системах очень трудно производить многие действия над числами, особенно умножение и деление, слишком громоздка запись для больших чисел. Поэтому широкое распространение получили позиционные системы счисления.
Позиционные системы счисления— такие, в которых количественное значение каждой цифры зависит от ее позиции в числе. Количество знаков (цифр), используемых для изображения числа, называется основаниемсистемы счисления (или мощностью алфавита). Систему с основанием 10 называют десятичной, с основанием 2 — двоичной, с основанием 16 — шестнадцатеричной, в общем случае: с основанием k — k-ичной. Место цифры в числе называется разрядом, а количество цифр в числе — его разрядностью. Разряды целого числа нумеруются справа налево начиная с 0. Дробные разряды нумеруют слева направо начиная с –1.
Примером позиционной системы счисления является используемая нами арабская десятичная система счисления. Иногда ее называют индо-арабской, поскольку она была придумана в Индии, а стала известна в Европе из арабских трактатов. Алфавит этой системы составляют 10 цифр — от 0 до 9. Каждая цифра в числе при перемещении справа налево в следующий разряд увеличивает свое значение в 10 раз. Чтобы определить значение числа, надо сложить произведения каждой его цифры на 10 в степени, равной разряду этого числа.
Системы счисления могут иметь различные основания. Чтобы различать, в какой системе счисления записано число, принято указывать ее основание в виде нижнего индекса справа от числа. Сам индекс всегда представляется в десятичной системе. Для самой десятичной системы индекс указывают только тогда, когда используется какая-либо другая система:
316 — число в десятичной системе счисления,
3168 — число в восьмеричной системе счисления.
Свойства записи чисел в позиционной системе счисления:
1. Для записи чисел в позиционной системе счисления с основанием k требуется k знаков (алфавит системы состоит из k цифр или букв).
2. Основание системы счисления, записанное в ней, всегда имеет вид 10 (читается «один ноль»).
3. С помощью n разрядов в позиционной системе счисления с основанием k могут быть записаны k n чисел (от 0 до k n – 1).
Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 2118 ; Мы поможем в написании вашей работы!
