Электронная презентация урока на тему "Представление информации в компьютере"

Представление информации. Количество и единицы измерения информации.

ЕАДК. Преподаватель информатики: Неверова И.Ю.

План :

• Формы представления информации
• Измерение количества информации
• Единицы измерения информация
• Представление текстовой информации.
• Представление графической информации.
• Представление звуковой информации

Литература :

• Е.А. Колмыкова. Информатика, с. 20 – 28. П.П. Беленький. Информатика, с. 10 – 15. Е.И. Гребенюк. Технические средства информатизации, с.6 – 10. Н.Д. Угринович Информатика и ИКТ, с.115-119.
• Е.А. Колмыкова. Информатика, с. 20 – 28.
• П.П. Беленький. Информатика, с. 10 – 15.
• Е.И. Гребенюк. Технические средства информатизации, с.6 – 10.
• Н.Д. Угринович Информатика и ИКТ, с.115-119.

Формы представления информации

Информационное сообщение может существовать, передаваться и восприниматься в самых разнообразных видах и формах :

• В виде знаков: это цифры и арифметические знаки, используемые в математике, условные графические изображения.
• В виде символов, которые могут быть представлены буквами алфавита, специальными обозначениями, используемыми для создания текстов и рисунков.
• В форме звуковых, световых сигналов и радиоволн, применяемых в радиовещании, телефонии, телевизионной трансляции.
• В форме устной речи.
• В форме магнитных полей.
• В форме электрического тока или напряжения, на которых основана работа двигателей, генераторов и других технических устройств.
• В форме био- или энерго-информационных полей и т.д.

Формы представления информации

• Для обработки и преобразования информации любого вида существуют специальные приспособления и устройства.
• Информация, как материя и энергия, обладает определённым объёмом, который может быть измерен.
• В электронно-вычислительных машинах, устройствах и средствах техники связи используется объёмный способ измерения информации, учитывающий количество символов, содержащихся в сообщении. Длина сообщения при этом обусловлена используемым алфавитом.

Измерение количества информации

• Количество информации, заключенное в сообщении, определяется объемом знаний, который это сообщение несет получающему его человеку.

При обработке информации с помощью технических средств удобно пользоваться количественным определением любой величины, как меры уменьшения неопределённости, а для этого необходимо выбрать единицу измерения.

• Единица измерения количества информации называется битом . Сообщение, уменьшающее неопределенность знания человека в два раза, несет для него 1 бит информации.

Измерение количества информации

При записи одного двоичного разряда реализуется выбор одного из двух возможных состояний – одной из двух цифр, т.е. неопределённость уменьшается в два раза. Отсюда следует, что один двоичный разряд несёт количество информации в 1 бит. При этом количество информации в битах равно количеству двоичных разрядов.

Ячейка памяти может находиться в двух состояниях:

• «0» - когда амплитуда импульса равна нулю или близка к нему; «1» - когда амплитуда импульса приближена к напряжению источника питания.
• «0» - когда амплитуда импульса равна нулю или близка к нему;
• «1» - когда амплитуда импульса приближена к напряжению источника питания.

Такое кодирование информации в компьютере называется двоичным, а логическая последовательность нулей и единиц – машинным языком .

Измерение количества информации

Количество информации, заключенное в сообщении - х битов и число N равновероятных событий связаны формулой:

2 Х = N

Пример 1. При бросании монеты сообщение о результате жребия несет 1 бит информации, поскольку количество возможных вариантов результата равно 2. Оба эти варианта равновероятны.

Решение : Решаем уравнение : 2 Х =2 , откуда х=1 бит .

Измерение количества информации

Пример 2 . В барабане для розыгрыша лотереи находится 32 шара. Сколько информации содержит сообщение о том, что выпал шар с номером 15?

Решение : Поскольку вытаскивание любого из 32 шаров равновероятно, то количество информации об одном выпавшем номере находится из уравнения: 2 Х = 32, откуда х = 5 бит информации. Ответ не зависит от того, какой выпал номер.

Пример 3. Сообщение о том, что ваш друг живет на 7 этаже, несет 4 бита информации. Сколько этажей в доме?

Решение: Поскольку N = 2 4 , тогда ответ будет N = 16 этажей в доме .

Единицы измерения информации.

Единицы измерения информации – это представление информации в компьютере. Чаще всего ПК использует двоичную систему счисления, реже двоично-десятичную. В связи с этим наименьшей единицей информации принят Бит (Bit), который может принимать два численных значения: 0 или 1, т.е. двоичная Бит слишком мелкая единица измерения информации. На практике применяется более крупная единица – Байт, состоящий из 8 бит.

Блоки данных, объединяющие 8 бит, называют Байтами , а их номера – адресами. В свою очередь, определённая количественная совокупность Байт называется машинным словом .

С помощью кодовой комбинации в один байт можно представить лишь один символ: 1 байт = 8 бит – занимает одну ячейку памяти.

Единицы измерения информации.

В Международной системе единиц СИ в качестве множителя кратных единиц используется коэффициент 10 n , например при n =3, 6, 9 в названиях этих единиц применяются десятичные приставки: кило, мега, гига…

• 1 Байт = 8 Бит – один символ 1 Килобайт = 1024 байт = 2 10 байт 1 Мегабайт = 1024 Кбайт = 2 20 байт 1 Гигабайт = 1024 Мбайт = 2 30 байт 1 Терабайт = 1024 Гбайт = 2 40 байт 1 Петабайт = 1024 Тбайт = 2 50 байт
• 1 Байт = 8 Бит – один символ
• 1 Килобайт = 1024 байт = 2 10 байт
• 1 Мегабайт = 1024 Кбайт = 2 20 байт
• 1 Гигабайт = 1024 Мбайт = 2 30 байт
• 1 Терабайт = 1024 Гбайт = 2 40 байт
• 1 Петабайт = 1024 Тбайт = 2 50 байт

Соотношения между единицами измерения информации :

• 1 Килобайт – это полстраницы машинописного текста; 1 Мегабайт – это 500 страниц машинописного текста; 1 Гигабайт – это небольшая библиотека; 1 Терабайт – это большая библиотека; 1 Петабайт – это очень большая библиотека
• 1 Килобайт – это полстраницы машинописного текста;
• 1 Мегабайт – это 500 страниц машинописного текста;
• 1 Гигабайт – это небольшая библиотека;
• 1 Терабайт – это большая библиотека;
• 1 Петабайт – это очень большая библиотека

Единицы измерения информации.

Из восьми двоичных разрядов можно получить 256 комбинаций различных цифр.

Этого достаточно, чтобы закодировать все латинские и русские буквы и специальные символы, вводимые в ПК с клавиатуры.

Поля данных – это последовательность нескольких битов или байтов, они бывают:

• Постоянной длины: одно слово 2 байта, двойное слово 4 байта, расширенное слово 8 байт. Переменной длины: от 0 до 256 байт, при этом только целое число.
• Постоянной длины: одно слово 2 байта, двойное слово 4 байта, расширенное слово 8 байт.
• Переменной длины: от 0 до 256 байт, при этом только целое число.

1. Представление текстовой информации.

Двоичное кодирование текстовой информации используется для кодирования каждого символа 1 байт (8 двоичных разрядов), что позволяет закодировать 256 различных символов (буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки и графические символы), т.е. для представления текстовой информации используется алфавит мощностью 256 символов. Но 8 бит = 1 байту, а 1 бит = 1 разряду двоичного числа и может принимать значения равные нулю или единице.

Количество текстовой информации:

N = 2 Х = 2 8 = 256 , где N – количество символов с пробелами, X – количество информации в битах.

1. Представление текстовой информации.

Пример 1. Сколько битов и байтов памяти займет слово «микропроцессор»?

Решение . Слово состоит из 14 букв. Каждая буква занимает 1 байт. Слово займет 14 байт = 112 бит памяти (14 х 8 = 112)

Пример 2. Сколько битов и байтов памяти займет фраза:

Я гражданин России.

Решение . Строка состоит из 19 символов с пробелами и точки. Фраза займёт 19 байт = 19*8 бит = 152 бит

Пример 3 . Текст занимает 0,25 Кбайт памяти. Сколько символов содержит этот текст?

Решение : Переведем Кбайт в байты: 0,25 х 1024=256 байт. 1 символ = 1 байт, значит текст содержит 256 символов.

2. Представление графической информации.

• Двоичное кодирование графической информации представляет собой достаточно сложный процесс, поэтому такая информация может быть представлена от простых чертежей до видеофильмов. Графические изображения из аналоговой формы в цифровую преобразуются путем пространственной дискретизации. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет.
• При изображении точки состояния «чёрная» или «белая» необходим 1 бит. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, определяемую числом Бит на точку: 4, 8, 16, 24.

2. Представление графической информации.

• Видеопамять – оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения в изображение на экране.
• Пиксель – наименьший элемент изображения на экране, т.е. минимальный участок изображения, которому можно задать цвет.
• Растр – прямоугольная сетка пикселей на экране.
• Глубина цвета – количество информации, которое используется при кодировании цвета точек изображения.
• Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек по горизонтали и вертикали на единицу длины изображения.

2. Представление графической информации.

• Размер изображения определяется числом точек по горизонтали и по вертикали монитора, т.е. разрешающих способностей экрана: 640 х 480; 800 х 600; 1024 х 768; 1280 х 1024 точки.
• Графический режим вывода изображения на экран определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета. Полная информация обо всех точках изображения, хранящаяся в видеопамяти, называется битовой картиной изображения .

2. Представление графической информации.

Количество цветов , воспроизводимых на экране дисплея (К), и число битов, отводимых в видеопамяти под каждый пиксель ( N ), определяется формулой: К=2 N

Разрешающая способность экрана – размер сетки растра, задаётся произведением M ∙ N , где М – число точек по горизонтали, а N – число точек по вертикали.

Страница – раздел видеопамяти, вмещающей информацию об одном образе экрана (одной «картинке» на экране). В видеопамяти могут размещаться одновременно несколько страниц.

2. Представление графической информации.

• Необходимый объём видеопамяти для хранения информации о всех точках изображения рассчитывается по формуле: Объём видеопамяти = Разрешающая способность растрового изображения умноженное на Глубину цвета.
• Например, для графического режима 800 х 600 точек и глубине цвета 16 бит на точку требуемый объём видеопамяти будет равен 800 х 600 х 16 бит = 7 680 000 бит = 960 000 байт = 937,5 Кбайт.

2. Представление графической информации.

Пример 1. Сколько битов видеопамяти занимает информация об одном пикселе на черно-белом экране?

Решение : Для черно-белого изображения К=2. Следовательно 2 N =2. Отсюда N =1 бит на пиксель.

Пример 2 . Современный монитор позволяет получать на экране 16 777 216 различных цветов. Сколько битов памяти занимает 1 пиксель?

Решение : Поскольку К=16 777 216 =2 24 байт, то N =24 бита на пиксель.

Пример 3 . На экране с разрешающей способностью 640х200 высвечиваются только двухцветные изображения. Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения?

Решение: Так как битовая глубина двухцветного изображения равна 1, а видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения, то объем видеопамяти равен: 640*200*4=128 000 битов=16 000 байт.

3. Представление звуковой информации.

• Физическая природа звука – колебания в определенном диапазоне частот, передаваемые звуковой волной через воздух. Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать реальный звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
• Двоичное кодирование звуковой информации представляет собой двоичное кодирование непрерывного звукового сигнала после его дискредитации, т.е. преобразования в последовательность электрических импульсов – выборок.
• Точность процедуры двоичного кодирования определяется числом дискретных значений, которое может обеспечить звуковая карта компьютера, и числом дискретных выборок, выполненных за одну секунду.

3. Представление звуковой информации.

Частота дискретизации звука – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). 1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц. Частота дискредитации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Глубина кодирования звука – это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

3. Представление звуковой информации.

Количество уровней громкости : N =2 I , где I – глубина кодирования, а N – количество уровней громкости.

Размер цифрового аудиофайла (в байтах) = (частота дискредитации в Гц) * (время записи в секундах) * (разрешение в битах) / 8 бит.

3. Представление звуковой информации.

Пример 1 . Пусть глубина кодирования звука составляет 16 бит, тогда количество уровней громкости звука равно: N = 2 I = 2 16 = 65   536, Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Пример 2 . Определить размер цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.

Решение : Размер файла=22050*10*8/8=220500 байт.

Пример 3 . Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.

Решение: Объем памяти = 44100*16*2/8=176400 байт.

САМОСТОЯТЕЛАНАЯ РАБОТА ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

• Была получена телеграмма: «Встречайте, вагон 7». Известно, что в составе поезда 16 вагонов. Какое количество информации было получено?
• При угадывании целого числа в диапазоне 1 до N было получено 7 битов информации. Чему равно N ?
• Сообщение о том, что Петя живет во втором подъезде, несет информацию 3 бита информацию. Сколько подъездов в доме?
• В коробке лежат 7 разноцветных карандашей. Какое количество информации содержит сообщение
• В корзине лежат 8 шаров. Все шары разного цвета. Сколько информации несет сообщение о том, что из корзины достали красный шар?

САМОСТОЯТЕЛАНАЯ РАБОТА ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

• При угадывании целого числа в диапазоне от 1 до N было получено 7 битов информации. Чему равно N ?
• Племя «Мульти» имеет 32-символьный алфавит. Племя «Пульти» использует 64-символьный алфавит. Вожди племен обменялись письмами. Письмо племени «Мульти» содержало 80 символов, а племени «Пульти» – 70 символов. Сравните объемы информации, содержащейся в письмах.
• Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640х350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?
• Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации – 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

• Объем свободной памяти на диске – 5,25 Мб, разрядность звуковой платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
• Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы – 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
• Видеопамять имеет объем, в котором может храниться 4-цветное изображение размером 640х480. Какого размера изображение можно хранить в том же объеме видеопамяти, если использовать 256-цветную палитру?