2.2. Представление информации
Раздел 2. Теоретические основы информатики (7 часов)
Алфавит и кодирование
Алфавит — это конечный набор символов (знаков), используемых для представления информации.
Мощность алфавита (N) — количество символов в алфавите.
Кодирование — это преобразование информации из одной формы представления в другую.
Примеры алфавитов:
| Алфавит | Символы | Мощность |
|---|---|---|
| Русский | А, Б, ..., Я (33 буквы) | 33 |
| Латинский | A, B, ..., Z (26 букв) | 26 |
| Десятичный | 0, 1, 2, ..., 9 | 10 |
| Двоичный | 0, 1 | 2 |
Языки представления информации
| Тип языка | Описание | Пример |
|---|---|---|
| Естественный | Язык, сложившийся исторически | Русский, английский, китайский |
| Формальный (искусственный) | Создан специально для точного выражения мыслей | Математическая запись, музыкальная нотация |
| Язык программирования | Формальный язык для написания программ | Python, Java, Scratch, HTML |
Двоичное кодирование
Компьютер использует двоичный алфавит, состоящий всего из двух символов: 0 и 1.
Каждый символ двоичного алфавита называется бит (от англ. binary digit — двоичная цифра).
Почему именно двоичное кодирование?
- Два состояния легко реализовать технически: есть ток / нет тока, намагничено / не намагничено
- Надёжность — два состояния легко различить
- Простота вычислений — двоичная арифметика проще десятичной
Двоичная система счисления
Любое число можно представить в двоичном виде. Каждая позиция (разряд) — это степень числа 2:
| Степень | 2⁷ | 2⁶ | 2⁵ | 2⁴ | 2³ | 2² | 2¹ | 2⁰ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Значение | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
Пример 2: Число 42₁₀ = 101010₂ (32 + 8 + 2 = 42)
Пример 3: Число 255₁₀ = 11111112 (все 8 бит = 1)
🔢 Перевод двоичного числа в десятичное
🔁 Перевод десятичного числа в двоичное
🧮 Калькулятор объёма видео
V = Ширина × Высота × Глубина_цвета × Частота_кадров × Время
Единицы измерения информации
Бит — минимальная единица измерения информации. Он может принимать значение 0 или 1.
| Название | Обозначение | Значение | Примерный объём |
|---|---|---|---|
| Бит | б | 0 или 1 | - |
| Байт | Б | 8 бит | 1 символ текста |
| Килобайт | Кбайт | 1024 байта | 1 страница текста |
| Мегабайт | Мбайт | 1024 Кбайта | 1 книга (500 стр.) |
| Гигабайт | Гбайт | 1024 Мбайта | Фильм в HD-качестве |
| Терабайт | Тбайт | 1024 Гбайта | 1000 фильмов |
1 байт = 8 бит
1 Кбайт = 1024 байта = 2¹⁰ байт
1 Мбайт = 1024 Кбайта = 2²⁰ байт
1 Гбайт = 1024 Мбайта = 2³⁰ байт
🧮 Конвертер единиц информации
📝 Расчёт информационного объёма текста
Кодирование текстовой информации
Для кодирования текста каждому символу алфавита ставится в соответствие уникальный двоичный код.
Таблицы кодировки:
| Кодировка | Размер | Особенности |
|---|---|---|
| ASCII | 7 бит (128 символов) | Латинские буквы, цифры, знаки. Базовая кодировка. |
| Windows-1251 | 8 бит (256 символов) | Поддерживает русские буквы. |
| Unicode (UTF-8) | Переменная (1–4 байта) | Стандарт, поддерживающий все языки мира. Самая распространённая кодировка в Интернете. |
| Unicode (UTF-16) | 2 или 4 байта | Используется в Windows и Java. |
Кодирование графической информации
Изображение на экране состоит из пикселей (picture element) — минимальных точек изображения.
Основные характеристики:
- Разрешение — количество пикселей по ширине и высоте (например, 1920×1080)
- Глубина цвета — количество бит, отводимых на кодирование цвета одного пикселя
- Цветовая модель RGB — каждый цвет образуется смешением трёх базовых цветов: Red, Green, Blue
Цветовые режимы:
| Глубина цвета | Количество цветов | Описание |
|---|---|---|
| 1 бит | 2 | Чёрно-белое изображение |
| 8 бит | 256 | Индексированные цвета |
| 16 бит | 65 536 | High Color |
| 24 бита | 16 777 216 | True Color (8 бит на канал RGB) |
| 32 бита | 16 777 216 + альфа-канал | True Color с прозрачностью |
V = Ширина × Высота × Глубина цвета (бит)
🎨 RGB-палитра
Перемещайте ползунки, чтобы увидеть, как из трёх базовых цветов образуются новые:
🖼️ Расчёт объёма изображения
Кодирование звуковой информации
Звук — это волна. Для хранения в компьютере звуковой сигнал преобразуется в цифровую форму с помощью дискретизации.
Параметры оцифровки звука:
| Параметр | Описание | Пример |
|---|---|---|
| Частота дискретизации | Количество измерений сигнала в секунду (Гц) | 44100 Гц (качество CD) |
| Разрядность | Количество бит на одно измерение | 16 бит, 24 бита |
| Количество каналов | Моно (1) или Стерео (2) | 2 стерео |
V = Частота × Разрядность × Каналы × Время (секунды)