Кодирането е ... Подписани системи: информация за кодиране

Кодираща информация

Нули и единици

Почти всички типове данни, които се показват на екрана на компютъра, по някакъв начин представляват двоичен код, състоящ се от нули и такива. Това е най-простият, "ниско ниво" метод за криптиране на информацията, който позволява на компютър да обработва данни. Двоичен код универсална: разбира се от всички без изключение компютри (всъщност, за тази цел е създадена - да се стандартизира използването на информацията в цифров вид).

Основното устройство, което бинарно кодиране използва, е това е малко (от фразата "двоична цифра" - "двуцифрена"). Той е 0 или 1. Като правило, битовете не се използват поотделно, но се комбинират в 8-цифрени последователности - байтове. Така във всеки от тях могат да бъдат задържани до 256 комбинации от нули и такива (2 в 8-та степен). За запис на значителни количества информация се използват, обикновено не изолирани байта, а по-голямата стойност - с представки "килограм", "мега" "гига", "Тера" и т.н., всеки от които е 1000 пъти по-голямо от предишното .. ,

Кодиране на текст

Най-често срещаният тип цифрови данни е текст. Как е кодиран? Това е доста лесен за обясняване процес. В писмо, препинателен знак, цифри или символи може да се кодира с един или повече байта, което означава, че компютърът ги вижда като уникална последователност от нули и единици, а след това, в съответствие с предвидена алгоритъм за откриване се показва. Съществуват два основни световни стандарта за "криптиране" на компютърния текст - ASCII и UNICODE.

В ASCII системата всеки знак е кодиран само с един байт. Това означава, че чрез този стандарт можете да "кодирате" до 256 знака - което е повече от достатъчно, за да се показват символите на повечето от световните азбуки. Разбира се, всички съществуващи национални пощенски системи няма да се впишат в този ресурс. Следователно всяка азбука има своя собствена "подсистема" на криптиране. Има кодиране на информация с помощта на знакови системи, адаптирани към националните образци на писане. Все пак всяка от тези системи от своя страна е неразделна част от глобалния стандарт ASCII, приет на международно ниво.

В рамките на ASCII системата този ресурс от 256 знака е разделен на две части. Първите 128 са символите, присвоени на английската азбука (букви от a до z), както и номера, основни пунктуационни знаци и някои други символи. Вторият 128 байта е запазен на свой ред под националните системи с букви. Това е "подсистемата" за не-английските азбуки - руски, хинди, арабски, японски, китайски и много други.

Всеки от тях е представен под формата на отделна таблица за кодиране. Това означава, че може да се случи (и, като правило, това се случва), така че една и съща последователност от битове да бъде отговорна за различните букви и символи в две отделни "национални" таблици. Освен това, във връзка със спецификата на развитието на ИТ сферата в различните страни, дори те се различават. Например, две кодиращи системи са най-често срещани за руския език: Windows-1251 и KOI-8. Първият се появи по-късно (както и операционната система, в съгласие с него), но сега много IT специалисти го използват като приоритет. Следователно, компютърът, за да може да се гарантира четенето на руския текст, трябва да може правилно да разпознава двете таблици. Но, като правило, няма проблеми с това (ако компютърът има модерна операционна система).

Методите за кодиране на текстове непрекъснато се подобряват. В допълнение към "еднобайтовата" ASCII система, която може да оперира само 256 стойности за символите, съществува и UNICODE система "двубайто". Лесно е да се изчисли, че тя дава възможност за кодиране на текста в размер, равен на 2 до 16 градус, т.е. 65 000. 536. В това, от своя страна, разполагат с необходимите ресурси, за да кодират едновременно почти всички съществуващи национални азбуки на света. Използването на UNICODE е не по-малко разпространено от използването на "класическия" стандарт ASCII.

Кодиране на графики

По-горе определихме как текстовете са "криптирани" и как се използват байтовете. А цифровите снимки и снимки? Това също е доста просто. Подобно на това как се случва с текста, основната роля в кодирането на компютърната графика се играе от всички едни и същи байтове.

Процесът на изграждане на цифрови изображения като цяло е подобен на механизмите, по които работи телевизорът. На телевизионния екран, ако погледнете внимателно, картината се състои от набор от отделни точки, които заедно формират цифрите, разпознати на определено разстояние от окото. Телематичната матрица (или CRT проекторът) получава от предавателя хоризонталните и вертикални координати на всяка от точките и постепенно подрежда изображението. Принципът на кодиране на компютърната графика работи точно по същия начин. "Шифроването" на байтове с изображения се основава на посочването на всяка от точките на екрана на съответните координати (както и цвета на всеки от тях). Това е просто. Разбира се, графичното кодиране е много по-сложен процес от същия текстов.

Методът за определяне на съответните координати и цветови параметри за точки се нарича "растер". По същия начин, много файлови формати се наричат ​​компютърна графика. Координатите на всяка от точките на изображението, както и цветът им, са написани в един или повече байта. Какво определя техния брой? Най-вече колко оттенъци трябва да бъдат "кодирани". Един байт, както знаете, е 256 стойности. Ако имаме достатъчно нюанси за изграждане на картина, ние ще управляваме този ресурс. По-специално, 256 нюанса на сивото може да се появи на наше разположение. И това ще бъде достатъчно, за да кодира почти всички черно-бели изображения. На свой ред, цветните изображения на този ресурс очевидно не са достатъчни: човешкото око, както е известно, може да различи до няколко десетки милиони цветове. Затова се нуждаете от "запас" от не 256 ценности, но стотици хиляди пъти повече. Защо се активира, за да кодира точки не един байт, но няколко: днес на съществуващите стандарти, не може да има 16 (може да "шифроване" 65 K 536 цвята.) Или 24 (777 000 до 16 милиона 216 нюанси.).

За разлика от текстовите стандарти, чийто сорт е сравним с броя на световните езици, графиките са много по-прости. Най-често срещаните файлови формати (като JPEG, PNG, BMP, GIF и т.н.) се разпознават на повечето компютри по принцип еднакво добре.

Няма нищо сложно, за да се разберат принципите на кодирането графична информация. 9 клас на всяко средно руско училище, като правило, включва курс по компютърни науки, където подобни технологии се разкриват на доста прост и разбираем език. Съществуват и специализирани програми за обучение за възрастни - те се организират от университети, личности или училища.

Следователно, съвременният руски човек има много знания за кодовете, които са от практическо значение по отношение на компютърната графика. И ако искате да се запознаете сами с основните знания, можете да придобиете достъпни образователни материали. Те включват например глава "Кодиране на графична информация (степен 9, учебник" Информатика и ИКТ "под авторството на Угринович Н.Д.).

Аудио кодиране

Компютърът се използва редовно, за да слушате музика и други аудио файлове. Подобно на текста и графиките, всеки звук на компютър е един и същ байт. Те, от своя страна, са "дешифровани" от аудио карта и други микросхеми и се превръщат в звук. Принципът тук е приблизително същият като в случая на грамофонни плочи. В тях, както знаете, всеки звук съответства на микроскопичен канал върху пластмасата, който е разпознат от читателя, и след това се изразява. Компютърът изглежда като всичко. Само ролята на жлебовете се играе от байтове, чийто характер, както в случая с текста и снимките, се крие в двоичното кодиране.

Ако в случай на компютърни изображения един елемент е точка, тогава когато записвате звук, това е така нареченото "обратно броене". В него обикновено се разпределят два байта, генерирайки до 65 хиляди 536 звукови микро-вибрации. За разлика от начина, по който се прави в конструкцията на изображенията, за да се подобри качеството на звука, той не добавя допълнителни байтове (очевидно повече от достатъчно), но увеличава броя на "броя". Въпреки че в някои аудио системи байтовете използват по-малък и по-голям брой. Когато се извършва аудио кодиране, стандартната единица за измерване на "гъстотата на потока" на байтове е една секунда. Това означава, че микро-колебанията, кодирани с 8 хиляди проби в секунда, очевидно ще бъдат с по-ниско качество от последователността на звуците, кодирани от 44 хиляди "бройки".

Международната стандартизация на аудио файловете, както и в случая на графика, е добре развита. Има няколко типични формати на аудио мултимедия - MP3, WAV, WMA, които се използват по целия свят.

Кодиране на видеоклип

Един вид "хибридна схема", в която звуковото криптиране се комбинира с кодирането на картини, се използва в компютърните видеоклипове. Обикновено филмите и клиповете се състоят от два вида данни - това е звукът и видеоклипът, които го придружават. Как първият компонент е "криптиран", описани по-горе. С втория малко по-трудно. Принципите тук са различни от гореспоменатото графично кодиране. Но благодарение на универсалността на "концепцията" на байтовете, същността на механизмите е съвсем разбираема и логична.

Нека си припомним как се подрежда филмът. Това не е нищо повече от последователност от отделни рамки (те са, по правило, 24). По подобен начин се изграждат компютърни видеоклипове. Всеки кадър е картина. За начина, по който е изградена, използвайки байтове, определихме по-горе. На свой ред в видео последователността има определена област от код, която ви позволява да свързвате отделните кадри един към друг. Един вид дигитален филмов заместител. Отделна единица за измерване на видео потока (подобна на точките за снимки и проби за звук, както във формата на "филми" на филми и видеоклипове), се счита за рамка. Последната за секунда, в съответствие с приетите стандарти, може да бъде 25 или 50.

Както и в аудиото, има общи международни стандарти за видео файлове - MP4, 3GP, AVI. Производителите на филми и реклами се опитват да произвеждат медийни мостри, които са съвместими с възможно най-много компютри. Тези файлови формати са сред най-популярните, те се отварят почти на всеки модерен компютър.

Компресиране на данни

оперативна памет се извършва на различни медии - дискове, флаш памети и т.н. Както казахме по-горе, байтове, като правило, "обрасли" представки "мега", "гига", "Тера" и т.н. В някои случаи .... стойността на кодираните файлове е такава, че е невъзможно да ги поставите с наличните ресурси на диска. След това се използват различни методи за компресиране на данни. Те всъщност представляват и кодиране. Това е още едно възможно тълкуване на понятието.

Има два основни механизма за компресиране на данни. На първата от тях последователността от бита е написана в "пакетирания" формуляр. Това означава, че компютърът не може да прочете съдържанието на файловете (да го възпроизведе като текст, картина или видео), ако не изпълнява процедурата "разопаковане". Програма, която изпълнява компресиране на данни по този начин, се нарича архиватор. Принципът на функционирането му е съвсем прост. Архивирането на данни като един от най-популярните методи, чрез които е възможно да се кодира информация, информатиката на училищното ниво, се изследва безпроблемно.

Както си спомняме, процесът на "криптиране" на файлове в байтове е стандартизиран. Да вземем стандарта ASCII. За да кажем, че кодираме думата "здравей", имаме нужда от 6 байта, на базата на броя на буквите. Това е размерът на пространството, което файлът с този текст ще заема на диска. Какво ще стане, ако напишем думата "здравей" 100 пъти поред? Нищо специално - за това имаме нужда от 600 байта, съответно, същото количество дисково пространство. Можем да използваме архиватора, който ще създаде файл, в който много по-малък брой байтове ще бъдат "кодирани" на командата, която изглежда нещо подобно: "hi multiply by 100". След като броим броя на буквите в това съобщение, стигаме до извода, че имаме нужда само от 19 байта, за да напишем такъв файл. Същото количество дисково пространство. Когато "разопаковате" един и същ архивен файл, се появява "декриптиране" и текстът придобива оригиналната форма с "100 поздрави". По този начин, използвайки специална програма, която използва специален механизъм за кодиране, можем да спестим значително количество пространство на диска.

Горният процес е съвсем универсален: без значение кои знакови системи се използват, кодирането на информацията за компресиране винаги е възможно чрез архивиране на данни.

Какъв е вторият механизъм? До известна степен е подобно на това, което се използва в архиваторите. Но основната му разлика е, че компресираният файл може да се показва от компютъра без процедурата "разопаковане". Как функционира този механизъм?

Както си спомняме, в оригиналната форма думата "здравей" отнема 6 байта. Можем обаче да отидем до трика и да го напишем така: "prvt." Има 4 байта. Всичко, което трябва да бъде направено, е да "преподаваме" компютъра, за да добавим буквите, които премахнахме по време на показването на файла. Трябва да кажа, че на практика процесът на "учене" не е необходимо да се организира. Основните механизми за разпознаване на липсващите символи са заложени в повечето съвременни програми за персонални компютри. Това означава, че по-голямата част от файловете, с които се справяме всеки ден, по един или друг начин, вече е "криптирана" от този алгоритъм.

Разбира се, съществуват и "хибридни" информационни кодиращи системи, които позволяват компресиране на данни, като едновременно използват и двата подхода, описани по-горе. И те, най-вероятно, ще бъдат още по-ефективни от гледна точка на икономията на дисково пространство, отколкото всеки отделно.

Разбира се, използвайки думата "здравей", ние очертахме само основните принципи на функционирането на механизмите за компресиране на данни. В действителност те са много по-сложни. Различните системи за кодиране на информация могат да предложат невероятно сложни механизми за "компресиране" на файлове. Виждаме обаче, че поради това, което е възможно да се постигне икономия на дисково пространство, практически без да се прибягва до влошаване на качеството на информацията на компютъра. Особено важно е ролята на компресирането на данни при използване на картини, аудио и видео - тези типове данни са по-взискателни към дисковите ресурси, отколкото други.

Какво друго са "кодовете"?

Както казахме в самото начало, кодирането е сложен феномен. След като разгледахме основните принципи на кодиране на цифрови данни, базирани на байтове, можем да засегнем друга област. Тя се свързва с използването на компютърни кодове в няколко други значения. Тук, в рамките на "Кодът", ние не е последователност от нули и единици, както и събирането на различни букви и символи (които, както вече знаем, и така са направени от 0 и 1), която има практическо значение за живота на съвременния човек.

Код на софтуера

В основата на работата на всяка компютърна програма е кодът. Той е написан на език, който компютърът може да разбере. ПК, декодиращ кода, изпълнява определени команди. Отличителна черта на компютърната програма от друг тип цифрови данни е, че кодът, съдържащ се в нея, е способен да "декодира" себе си (потребителят просто трябва да започне този процес).

Друга особеност на програмите е относителната гъвкавост на използвания код. Това означава, че човек може да даде същите задачи на компютър, използвайки достатъчно голям набор от "фрази" и, ако е необходимо, на друг език.

Код за маркиране на документа

Друга практически значима област на приложение на буквения код е създаването и форматирането на документи. Обикновено простото показване на знаци на екрана не е достатъчно от гледна точка на практическото значение на използването на компютъра. В повечето случаи текстът трябва да бъде създаден с шрифт с определен цвят и размер, придружен от допълнителни елементи (например таблици). Всички тези параметри се задават, както и в случая на програми, на определени езици, които компютърът разбира. Компютърът, разпознаващ "команди", показва документи точно както желае потребителят. Освен това текстовете могат да бъдат форматирани по същия начин, точно както при програмите, като се използват различни набори от "фрази" и дори на различни езици.

Съществува обаче съществена разлика между кодовете за документи и компютърни програми. Състои се от факта, че първите не са способни да се дешифрират. За да отворите файлове с форматирани текстове, винаги се изискват програми от трети страни.

Шифроване на данни

Друга интерпретация на термина "код" за компютри е криптирането на данни. По-горе използвахме тази дума като синоним на термина "кодиране" и това е допустимо. В този случай, чрез криптиране ще разберем друг вид феномен. А именно кодирането на цифрови данни, за да се забрани достъпа до тях от други хора. Защитата на компютърните файлове е основна област на дейност в сферата на ИТ. Това всъщност е отделна научна дисциплина, а също така включва компютърна наука в училище. Кодиране на файлове с цел потискане неоторизиран достъп - това е задача, чието значение е представено на гражданите на съвременните държави още в детството.

Как са механизмите, чрез които криптиране на данни? По принцип е толкова просто и разбираемо като всички предишни, считани от нас. Кодирането е процес, който лесно се обяснява от гледна точка на основните принципи на логиката.

Да предположим, че трябва да изпратим съобщение "Иванов отива при Петров", така че никой да не го прочете. Надяваме се да шифроваме съобщението до компютъра и да видим резултата: "10-3-1-15-16-3-10-5-7-20-11-17-6-20-18-3-21". Този код, разбира се, е много прост: всяка цифра съответства на редовния номер на буквите на нашата фраза в азбуката. "И" стои на 10-то място, "B" - 3, "A" - 1 и т.н. Но съвременните системи за компютърно кодиране могат да шифроват данните, така че е изключително трудно да се намери ключ за тях.