Codifica delle informazioni: incredibilmente ampiacampo di conoscenza. Ovviamente è direttamente correlato allo sviluppo della tecnologia digitale. In molte istituzioni educative moderne, l'argomento più popolare è la codifica delle informazioni. Oggi studieremo le principali interpretazioni di questo fenomeno in relazione a vari aspetti del funzionamento dei computer. Proviamo a rispondere alla domanda: "La codifica è un processo, un metodo, uno strumento o tutti questi fenomeni allo stesso tempo?"
Zero e uno
Quasi tutti i tipi di dati chevisualizzati sullo schermo di un computer, in un modo o nell'altro rappresentano un codice binario composto da zero e uno. Questo è il metodo più semplice di "basso livello" per crittografare le informazioni, consentendo a un PC di elaborare i dati. Il codice binario è universale: è compreso da tutti i computer senza eccezioni (infatti, per questo è stato creato - per standardizzare l'uso delle informazioni in forma digitale).
L'unità di base utilizzata da binariola codifica è un po '(dalla frase "cifra binaria" - "doppia cifra"). È 0 o 1. Di regola, i bit non vengono utilizzati singolarmente, ma vengono combinati in sequenze di 8 cifre: byte. Pertanto, ciascuno di essi può contenere fino a 256 combinazioni di zeri e uno (da 2 all'ottava potenza). Per registrare quantità significative di informazioni, di regola, non vengono utilizzati singoli byte, ma quantità maggiori - con i prefissi "kilo", "mega", "giga", "tera", ecc., Ciascuno dei quali è 1000 volte più grande del precedente. ...
Codifica del testo
La forma più comune di dati digitali ètesto. Come viene codificato? Questo è un processo abbastanza facile da spiegare. Una lettera, un segno di punteggiatura, un numero o un simbolo possono essere codificati per mezzo di uno o più byte, ovvero il computer li vede come una sequenza unica di zeri e uno, e quindi, secondo l'algoritmo di riconoscimento stabilito, li visualizza sullo schermo. Esistono due principali standard mondiali per la "crittografia" del testo del computer: ASCII e UNICODE.
Nel sistema ASCII, ogni carattere è solo codificatoun byte. Cioè, attraverso questo standard, puoi "crittografare" fino a 256 caratteri, il che è più che sufficiente per visualizzare i caratteri della maggior parte degli alfabeti del mondo. Naturalmente, tutti i sistemi di lettere nazionali esistenti oggi non si adatteranno a questa risorsa. Pertanto, ogni alfabeto ha il proprio "sottosistema" di crittografia. Le informazioni sono codificate utilizzando sistemi di segni adattati ai modelli di scrittura nazionali. Tuttavia, ciascuno di questi sistemi, a sua volta, è parte integrante dello standard ASCII globale adottato a livello internazionale.
All'interno del sistema ASCII, questa stessa risorsa è su 256segni è diviso in due parti. I primi 128 sono i caratteri riservati all'alfabeto inglese (lettere dalla a alla z), così come i numeri, la punteggiatura di base e alcuni altri simboli. I secondi 128 byte sono riservati, a loro volta, ai sistemi di lettere nazionali. Questo è il "sottosistema" per alfabeti non inglesi: russo, hindi, arabo, giapponese, cinese e molti altri.
Ciascuno di essi è presentato come separatotabelle di codifica. Cioè, può accadere (e, di regola, accade) in modo che la stessa sequenza di bit sia responsabile di lettere e simboli diversi in due tabelle "nazionali" separate. Inoltre, a causa delle peculiarità dello sviluppo della sfera IT nei diversi paesi, anche loro differiscono. Ad esempio, due sistemi di codifica sono più comuni per la lingua russa: Windows-1251 e KOI-8. Il primo è apparso più tardi (così come il sistema operativo stesso in armonia con esso), ma ora molti specialisti IT vengono utilizzati come una questione di priorità. Pertanto, un computer deve essere in grado di riconoscere correttamente entrambe le tabelle in modo da poter garantire la lettura del testo russo su di esso. Ma, di regola, non ci sono problemi con questo (se il PC ha un sistema operativo moderno).
Tecniche di codifica del testo tutto il tempostanno migliorando. Oltre al sistema ASCII "a un byte", che può gestire solo 256 caratteri, esiste anche il sistema UNICODE "a due byte". È facile calcolare che consente la codifica del testo in un importo pari a 2 alla 16a potenza, ovvero 65 mila 536. A sua volta, ha le risorse per la codifica simultanea di quasi tutti gli alfabeti nazionali esistenti nel mondo. L'uso di UNICODE non è meno comune dell'uso dello standard ASCII "classico".
Codifica grafica
Sopra abbiamo definito come vengono "crittografati"testi e come vengono utilizzati i byte. E le foto e le immagini digitali? Anche piuttosto semplice. Proprio come accade con il testo, gli stessi byte giocano il ruolo principale nella codifica della computer grafica.
Il processo di imaging digitale in generalesimile ai meccanismi in base ai quali funziona la TV. Sullo schermo televisivo, se si guarda da vicino, l'immagine è composta da tanti punti singoli, che insieme formano le figure riconoscibili a una certa distanza dall'occhio. La matrice televisiva (o proiettore CRT) riceve le coordinate orizzontali e verticali di ciascuno dei punti dal trasmettitore e costruisce gradualmente l'immagine. Il principio di codifica della computer grafica funziona allo stesso modo. La "crittografia" delle immagini per byte si basa sull'impostazione di ciascuno dei punti dello schermo sulle coordinate corrispondenti (nonché sul colore di ciascuno di essi). Questo è in termini semplici. Ovviamente, la codifica grafica è un processo molto più complicato della codifica testuale.
Il metodo per specificare le coordinate corrispondenti ele opzioni di colore sono chiamate "bitmap". Molti formati di file di grafica per computer sono denominati in modo simile. Le coordinate di ciascuno dei punti dell'immagine, così come il loro colore, vengono registrati in uno o più byte. Cosa determina il loro numero? Principalmente su quante sfumature di colore devono essere "crittografate". Un byte, come sai, è di 256 valori. Se tante sfumature ci bastano per costruire un quadro, ce la faremo con questa risorsa. In particolare, potremmo avere a nostra disposizione 256 tonalità di grigio. E questo sarà sufficiente per codificare quasi tutte le immagini in bianco e nero. A sua volta, questa risorsa ovviamente non sarà sufficiente per le immagini a colori: l'occhio umano, come sapete, è in grado di distinguere fino a diverse decine di milioni di colori. Pertanto, una "riserva" è necessaria non in 256 valori, ma centinaia di migliaia di volte di più. Perché non si usa un byte per codificare i punti, ma diversi: secondo gli standard oggi esistenti, possono essere 16 (si possono "cifrare" 65mila 536 colori) o 24 (16 milioni 777mila 216 sfumature).
A differenza degli standard testuali, la diversitàche è paragonabile al numero di lingue del mondo, con la grafica le cose sono un po 'più semplici. I formati di file più comuni (come JPEG, PNG, BMP, GIF, ecc.) Sono generalmente ugualmente ben riconosciuti sulla maggior parte dei computer.
Non c'è niente di difficile per capire per cosai principi sono la codifica delle informazioni grafiche. Il 9 ° grado di qualsiasi scuola secondaria russa, di regola, include un corso di informatica, in cui tali tecnologie sono rivelate in dettaglio in un linguaggio molto semplice e comprensibile. Ci sono anche programmi di formazione specializzati per adulti - sono organizzati da università, licei o anche scuole.
Pertanto, una persona russa moderna hadove acquisire conoscenze su codici di importanza pratica in termini di computer grafica. E se vuoi acquisire familiarità con le conoscenze di base da solo, puoi acquisire materiale didattico accessibile. Questi includono, ad esempio, il capitolo "Codifica di informazioni grafiche (grado 9, libro di testo" Informatica e TIC "di ND Ugrinovich).
Codifica audio
Il computer viene utilizzato regolarmente perascoltare musica e altri file audio. Come per il testo e la grafica, qualsiasi suono su un PC ha gli stessi byte. A loro volta, vengono "decifrati" da una scheda audio e altri microcircuiti e convertiti in suono udibile. Il principio qui è più o meno lo stesso del caso dei dischi per grammofono. In essi, come sapete, ogni suono corrisponde a un solco microscopico sulla plastica, che viene riconosciuto dal lettore e quindi risuonato. Tutto è simile nel computer Solo il ruolo dei solchi è svolto dai byte, la cui natura, come nel caso del testo e delle immagini, si trova nella codifica binaria.
Se nel caso delle immagini del computerun punto è un singolo elemento, quindi quando si registra il suono questo è il cosiddetto "conteggio". Di norma, vengono scritti due byte, generando fino a 65 mila 536 micro oscillazioni sonore. Tuttavia, contrariamente a come accade quando si costruiscono le immagini, per migliorare la qualità del suono non vengono aggiunti byte aggiuntivi (ovviamente ce ne sono più che sufficienti), ma il numero di "campioni" è aumentato. Sebbene alcuni sistemi audio utilizzino sia meno che più byte. Quando la codifica audio è in corso, l'unità standard di byte "densità di flusso" è un secondo. Ovvero le microvibrazioni codificate con 8mila campioni al secondo saranno ovviamente di qualità inferiore rispetto alla sequenza di suoni codificata con 44mila "campioni".
La standardizzazione internazionale dei file audio, come nel caso della grafica, è ben sviluppata. Esistono diversi formati di media audio tipici - MP3, WAV, WMA - utilizzati in tutto il mondo.
Codifica video
Una sorta di "schema ibrido" in cuila crittografia audio è combinata con la codifica delle immagini, utilizzata nei video del computer. Di solito i filmati e le clip sono costituiti da due tipi di dati: il suono stesso e la sequenza video di accompagnamento. Abbiamo descritto sopra come il primo componente è "crittografato". Il secondo è un po 'più difficile. I principi qui sono diversi da ciò che include la codifica grafica sopra. Ma a causa dell'universalità del "concetto" di byte, l'essenza dei meccanismi è abbastanza chiara e logica.
Ricordiamo come è organizzato il film.Non è altro che una sequenza di fotogrammi separati (di solito ce ne sono 24). I video del computer sono disposti esattamente nello stesso modo. Ogni fotogramma è un'immagine. Come è costruito usando i byte, abbiamo definito sopra. A sua volta, c'è una certa area di codice nella sequenza video, che consente di collegare i singoli fotogrammi tra loro. Una sorta di sostituto del film digitale. Un'unità di misura separata per un flusso video (simile ai punti per immagini e campioni per il suono, come nel formato "film" di filmati e clip) è considerato un fotogramma. Quest'ultimo in un secondo, secondo gli standard accettati, può essere 25 o 50.
Come con l'audio, c'èstandard internazionali comuni per i file video: MP4, 3GP, AVI. I produttori cinematografici e commerciali cercano di produrre campioni multimediali compatibili con il maggior numero di computer possibile. Questi formati di file sono tra i più popolari e possono essere aperti su quasi tutti i PC moderni.
Compressione dati
La memorizzazione dei dati informatici viene effettuata suvari media - dischi, unità flash, ecc. Come abbiamo detto sopra, i byte, di regola, sono "ricoperti" dai prefissi "mega", "giga", "tera", ecc. In alcuni casi, la dimensione del file codificati è che è impossibile posizionarli sul disco con le risorse disponibili. Quindi vengono utilizzati vari tipi di metodi di compressione dei dati. Essenzialmente stanno anche codificando. Questa è un'altra possibile interpretazione del termine.
Esistono due principali meccanismi di compressione dei dati.Per il primo di essi, la sequenza di bit viene registrata in forma "compressa". Cioè, il computer non può leggere il contenuto dei file (riprodurlo come testo, immagine o video) se non esegue la procedura di "spacchettamento". Un programma che comprime i dati in questo modo è chiamato archiviatore. Il principio del suo funzionamento è abbastanza semplice. L'archiviazione dei dati come uno dei metodi più diffusi con cui le informazioni possono essere codificate è obbligatoriamente studiata dall'informatica a livello scolastico.
Come ricordiamo, il processo di "crittografia" dei file in formatobyte è standardizzato. Prendiamo lo standard ASCII. Per, ad esempio, crittografare la parola "ciao", abbiamo bisogno di 6 byte, in base al numero di lettere. Questa è la quantità di spazio che il file con questo testo occuperà su disco. Cosa succede se scriviamo la parola "ciao" 100 volte di seguito? Niente di speciale: per questo abbiamo bisogno rispettivamente di 600 byte, la stessa quantità di spazio su disco. Tuttavia, possiamo usare un archiviatore che creerà un file in cui un comando verrà "crittografato" utilizzando un numero di byte molto inferiore, che assomiglia a questo: "ciao, moltiplica per 100". Dopo aver contato il numero di lettere in questo messaggio, arriviamo alla conclusione che abbiamo bisogno solo di 19 byte per scrivere un file del genere. E la stessa quantità di spazio su disco. Quando si "scompatta" il file di archivio, si verifica la "decrittografia" e il testo assume la sua forma originale con "100 saluti". Pertanto, utilizzando un programma speciale che utilizza uno speciale meccanismo di codifica, possiamo risparmiare una notevole quantità di spazio su disco.
Il processo di cui sopra è abbastanza universale: indipendentemente dai sistemi di segnaletica utilizzati, la codifica delle informazioni ai fini della compressione è sempre possibile mediante l'archiviazione dei dati.
Qual è il secondo meccanismo?In una certa misura, è simile a ciò che viene utilizzato negli archiviatori. Ma la sua differenza fondamentale è che un file compresso può essere visualizzato da un computer senza la procedura di "decompressione". Come funziona questo meccanismo?
Come ricordiamo, nella sua forma originale la parola "ciao"richiede 6 byte. Tuttavia, possiamo provare il trucco e scriverlo in questo modo: "prvt". Lascia 4 byte. Tutto ciò che resta da fare è "insegnare" al computer ad aggiungere le lettere che abbiamo rimosso durante la visualizzazione del file. Devo dire che in pratica il processo "educativo" non ha bisogno di essere organizzato. I meccanismi di base per riconoscere i caratteri mancanti sono incorporati nella maggior parte dei moderni programmi per PC. Cioè, la maggior parte dei file che trattiamo ogni giorno, in un modo o nell'altro, è già "crittografata" utilizzando questo algoritmo.
Naturalmente esistono anche sistemi "ibridi".codifica delle informazioni, consentendo la compressione dei dati utilizzando contemporaneamente entrambi gli approcci di cui sopra. Ed è probabile che siano ancora più efficienti in termini di risparmio di spazio su disco rispetto a entrambi.
Ovviamente, usando la parola "ciao", abbiamo affermatosolo i principi di base dei meccanismi di compressione dei dati. In realtà, sono molto più complicati. Vari sistemi di codifica delle informazioni possono offrire meccanismi incredibilmente complessi per la "compressione" dei file. Tuttavia, possiamo vedere come possiamo risparmiare spazio su disco, praticamente senza ricorrere a degradare la qualità delle informazioni su un PC. Il ruolo della compressione dei dati è particolarmente significativo quando si utilizzano immagini, audio e video: questi tipi di dati richiedono più risorse del disco.
Quali altri "codici" ci sono?
Come abbiamo detto all'inizio, la codifica èè un fenomeno complesso. Ora che abbiamo compreso i principi di base della codifica dei dati digitali basata su byte, possiamo toccare un'altra area. È associato all'uso di codici informatici in significati leggermente diversi. Qui, per "codice" non intendiamo una sequenza di zeri e uno, ma un insieme di varie lettere e simboli (che, come già sappiamo, sono già composti da 0 e 1), che ha un significato pratico per la vita di un persona moderna.
Codice del programma
Al centro del lavoro di qualsiasi programma per computer -il codice. È scritto in una lingua che un computer può capire. Il PC, decrittografando il codice, esegue determinati comandi. Una caratteristica distintiva di un programma per computer da un altro tipo di dati digitali è che il codice in esso contenuto è in grado di "decifrare" se stesso (l'utente deve solo avviare questo processo).
Un'altra caratteristica dei programmi è nel relativoflessibilità del codice utilizzato. Cioè, una persona può assegnare a un computer le stesse attività utilizzando un insieme sufficientemente ampio di "frasi" e, se necessario, in un'altra lingua.
Codice di markup del documento
Un'altra area di applicazione praticamente significativacodice alfabetico - creazione e formattazione di documenti. Di norma, la semplice visualizzazione dei caratteri sullo schermo non è sufficiente dal punto di vista dell'importanza pratica dell'utilizzo di un PC. Nella maggior parte dei casi, il testo dovrebbe essere costruito utilizzando un carattere di un certo colore e dimensione, accompagnato da elementi aggiuntivi (come le tabelle). Tutti questi parametri sono impostati, come nel caso dei programmi, in linguaggi speciali comprensibili da un computer. Il PC, riconoscendo i "comandi", visualizza i documenti esattamente come vuole l'utente. Inoltre, i testi possono essere formattati nello stesso modo, proprio come accade con i programmi, utilizzando diversi set di "frasi" e anche in diverse lingue.
Tuttavia, c'è una differenza fondamentale tra i codiciper documenti e programmi per computer. Consiste nel fatto che i primi non sono in grado di decifrare se stessi. I programmi di terze parti sono sempre necessari per aprire file di testo formattati.
Crittografia dei dati
Un'altra interpretazione del termine "codice"nel caso dei computer, è la crittografia dei dati. Sopra abbiamo usato questa parola come sinonimo del termine "codifica", e questo è lecito. In questo caso, per crittografia, si intende un diverso tipo di fenomeno. Vale a dire, la codifica dei dati digitali al fine di vietarne l'accesso ad altre persone. La protezione dei file del computer è l'area di attività più importante nella sfera IT. Questa è in realtà una disciplina scientifica separata e anche l'informatica scolastica la include. Crittografare i file per impedire l'accesso non autorizzato è un compito la cui importanza viene presentata ai cittadini dei paesi moderni già nell'infanzia.
Come sono i meccanismi con cuicrittografia dei dati eseguita? In linea di principio, è semplice e comprensibile come tutti i precedenti che abbiamo considerato. La codifica è un processo che può essere facilmente spiegato in termini di principi logici di base.
Supponiamo di dover inviare un messaggio"Ivanov va a Petrov" in modo che nessuno possa leggerlo. Ci fidiamo del computer per crittografare il messaggio e vedere il risultato: "10-3-1-15-16-3-10-5-7-20-11-17-6-20-18-3-21". Questo codice, ovviamente, è molto semplice: ogni cifra corrisponde al numero ordinale delle lettere della nostra frase nell'alfabeto. "E" si trova al 10 ° posto, "B" - a 3, "A" - a 1, ecc. Ma i moderni sistemi di codifica dei computer possono crittografare i dati in modo tale che sarà incredibilmente difficile trovare una chiave per loro.
