Файл: Различные способы представления данных в информационных системах (Кодирование и способы кодирования).pdf

Актуальность темы в том, что вычислительная техника первоначально возникла как средство автоматизации вычислений. Следующим видом обрабатываемой информации стала текстовая. Сначала тексты просто поясняли труднообозримые столбики цифр, но затем машины все более существенным образом стали преобразовывать текстовую информацию. Оформление текстов достаточно быстро вызвали у людей стремление дополнить их графиками и рисунками. Делались попытки частично решить эти проблемы в рамках символьного подхода: вводились специальные символы для рисования таблиц и диаграммам. Но практические потребности людей в графике делали ее появление среди видов компьютерной информации неизбежной. Числа, тексты и графика образовали некоторый относительно замкнутый набор, которого было достаточно для многих решаемых на компьютере задачи. Постоянный рост быстродействия вычислительной техники создал широкие технические возможности для обработки звуковой информации, а также для быстро сменяющихся изображений. Объектом изучения, представленным в теоретической части являются данные в компьютере. Цель работы - рассмотреть форматы данных их представление и кодирование в компьютере.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

· Рассмотреть существующие форматы данных;

· Рассмотреть представление различных типов данных в компьютере и описать способы кодирования информации.

Задача, поставленная в практической части - это расчет платежей клиента по кредиту, будет решаться в программной среде MS Excel. Цель решения данной задачи состоит в определении сумм погашения кредита по месяцам для отслеживания своевременности и точности выплат клиента банку.

1. Теоретическая часть

1.1. Форматы данных

Информация - это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

В процессе обработки информация может менять структуру и форму. Признаком структуры являются элементы информации и их взаимосвязь. Формы представления информации могут быть различны. Основными из них являются: символьная; текстовая; графическая; световых или звуковых сигналов; радиоволн; электрических и нервных импульсов; магнитных записей; жестов и мимики; запахов и вкусовых ощущений и так далее.

В повседневной практике такие понятия, как информация и данные, часто рассматриваются как синонимы. На самом деле между ними имеются существенные различия.

Данными называется информация, представленная в удобном для обработки виде. Данные могут быть представлены в виде текста, графики, аудиовизуального ряда. Представление данных называется языком информатики, представляющим собой совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отображения, передачи информации в электронном виде.

1.2. Представление информации

Люди имеют дело со многими видами информации. Услышав прогноз погоды, можно записать его в компьютер, чтобы затем воспользоваться им. В компьютер можно поместить фотографию своего друга или видеосъемку о том как вы провели каникулы. Но ввести в компьютер вкус мороженого или мягкость покрывала никак нельзя.

Компьютер - это электронная машина, которая работает с сигналами. Компьютер может работать только с такой информацией, которую можно превратить в сигналы. Если бы люди умели превращать в сигналы вкус или запах, то компьютер мог бы работать и с такой информацией. У компьютера очень хорошо получается работать с числами. Он может делать с ними все, что угодно. Все числа в компьютере закодированы "двоичным кодом", то есть представлены с помощью всего двух символов 1 и 0, которые легко представляются сигналами.

Вся информация с которой работает компьютер кодируется числами. Независимо от того, графическая, текстовая или звуковая эта информация, что бы ее мог обрабатывать центральный процессор она должна тем или иным образом быть представлена числами.

1.3. Кодирование информации

Кодирование – переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для восприятия, обработки, хранения или передачи в зависимости от цели. Обязательным условием кодирования является изменение формы представления без изменения содержания^{^[1]}.

Способы кодирования бывают:

графический – с помощью рисунков и знаков;
числовой – с помощью чисел;
символьный – с помощью символов алфавита;
звуковой – с помощью звуков^{^[2]} [1, 4].

По итогам данной главы можно сделать вывод, о том, что представление данных является довольно обширным понятием, котором может охватывать различные сферы, рассмотренные ниже.

2. Кодирование и способы кодирования

2.1. Кодирование изображений и звука

Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Примером аналогового представления графической информации может служить, скажем, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного - аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью). Графическая и звуковая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. е. разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, т. е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода.

Качественные и количественные характеристики информации. Свойства информации (новизна, актуальность, достоверность и др.). Единицы измерения количества информации

2.2. Единицы измерения количества информации

Любое десятичное число можно представить в любой позиционной системе счисления, для целых чисел это можно сделать единственным способом. На основании этого можно утверждать, что любое число может быть записано в виде суммы степеней числа P, где Р – натуральное число больше 1. В качестве базиса позиционной системы берется возрастающая последовательность степеней числа Р и тем самым однозначно определяется Р-ичная система счисления. Разложение числа по степеням Р является представлением данного числа в Р-ичной системе счисления. Представление числа в Р-ичной системе счисления называется развернутой формой записи числа. Другим способом записи является последовательное перечисление значащих цифр, начиная со старшей^{^[3]}.

Во всех позиционных системах счисления арифметические операции выполняются по одним и тем же правилам, согласно действующим таблицам сложения и умножения. Для всех систем счисления справедливы одни и те же законы арифметики; коммутативный, ассоциативный, дистрибутивный, а также правила сложения, вычитания, умножения и деления столбиком.

В Р-ичной системе счисления таблица сложения представляет собой результаты сложения каждой цифры алфавита Р-ичной системы с любой другой цифрой этой же системы. Если результат сложения двух цифр в Р-ичной системе больше Р – 1, то к следующему разряду добавляется 1^{^[4]}.

Вычитание из большего числа меньшего в Р-ичной системе счисления можно производить столбиком аналогично вычитанию в десятичной системе. Для выполнения этой операции используется та же таблица сложения, что и в операции сложения Р-ичной системы счисления. Если вычитаемое число больше уменьшаемого, то из старшего разряда вычитается 1.

Для выполнения умножения двух многозначных чисел в Р-ичной системе надо иметь таблицы умножении и сложения в этой системе. Действия производятся по правилам умножения столбиком, при этом используется соответствующие таблицы умножения и сложения. Возможен также и подход с переводом каждого сомножителя в десятичную систему счисления, вычисление требуемого действия в этой системе и перевод результата в Р-ичную систему. Аналогичным способом можно поступать и при выполнении операций сложения и вычитания^{^[5]}.

При делении столбиком в Р-ичной системе счисления приходится в качестве промежуточных вычислений выполнять действия умножения и вычитания, следовательно, использовать таблицы умножения и сложения. Тем не менее, результат деления не всегда является конечной Р-ичной дробью (или целым числом). Тогда при осуществлении операции деления обычно выделяют непериодическую часть дроби и ее период^{^[6]}.

Для получения значения числа Р-ичной системы счисления в десятичной необходимо число и его коэффициенты при степенях Р записать в виде десятичных чисел и провести вычисления в десятичной системе. Данный способ можно сформулировать в виде следующего алгоритма.

Каждая цифра Р-ичного числа переводится в десятичную систему счисления.
Полученные числа нумеруются справа налево, начиная с нуля.
Число Р переводится в десятичную систему.
Десятичное число, соответствующее каждой Р-ичной цифре умножается на P^k, где k – номер этого числа.
Результаты складываются в десятичной системе^{^[7]}.

Для того, чтобы перевести число из двоичной системы счисления в десятичную, надо в десятичной системе счисления сложить все степени двоек, которые соответствуют единицам в записи исходного двоичного числа. Нумерация степеней ведется справа налево, начиная с нулевой^{^[8]} [1, 4, 8].

2.3. Представление в двоичном коде

Люди всегда искали способы быстрого обмена сообщениями. Для этого посылали гонцов, использовали почтовых голубей. У народов существовали различные способы оповещения о надвигающейся опасности: барабанный бой, дым костров, флаги и т. д. Однако использование такого представления информации требует предварительной договоренности о понимании принимаемого сообщения.

Знаменитый немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц предложил еще в XVII веке уникальную и простую систему представления чисел. «Вычисление с помощью двоек... является для науки основным и порождает новые открытия... при сведении чисел к простейшим началам, каковы 0 и 1, везде появляется чудесный порядок».

Представление является виртуальной (логической) таблицей, которая представляет собой поименованный запрос (синоним к запросу), подставленный как подзапрос при использовании представления.

В отличие от обычных таблиц реляционных баз данных, представление не является самостоятельной частью набора данных, хранящегося в базе. Содержимое представления динамически вычисляется на основании данных, находящихся в реальных таблицах. Изменение данных в реальной таблице базы данных немедленно отражается в содержимом всех представлений, построенных на основании этой таблицы^{^[9]}.

Типичным способом создания представлений для СУБД, поддерживающих язык запросов SQL, является связывание представления с определённым SQL-запросом. Соответственно, содержимое представления — это результат выполнения этого запроса, а возможности построения представления ограничиваются только степенью сложности диалекта SQL, поддерживаемого конкретной СУБД. Так, для типичных СУБД, таких как PostgreSQL, Interbase, Firebird, Microsoft SQL Server, Oracle, представление может содержать:

подмножество записей из таблицы БД, отвечающее определённым условиям (например, при наличии одной таблицы «Люди» можно создать два представления «Мужчины» и «Женщины», в каждом из которых будут записи только о людях соответствующего пола);
подмножество столбцов таблицы БД, требуемое программой (например, из реальной таблицы «Сотрудники» представление может содержать по каждому сотруднику только ФИО и табельный номер);
результат обработки данных таблицы определёнными операциями (например, представление может содержать все данные реальной таблицы, но с приведением строк в верхний регистр и обрезанными начальными и концевыми пробелами);
результат объединения (join) нескольких таблиц (например, при наличии таблиц «Люди», «Адреса», «Улицы», «Фирмы и организации» возможно построение представления, которое будет выглядеть как таблица, для каждого человека содержащее его личные данные, адрес места жительства, название организации, где он работает, и адрес этой организации);
результат слияния нескольких таблиц с одинаковыми именами и типами полей, когда в представлении попадают все записи каждой из сливаемых таблиц (возможно, с исключением дублирования);
результат группировки записей в таблице (например, при наличии таблицы «расходы» с записями по каждому платежу можно построить представление, содержащее средства, израсходованные на каждую отдельную статью расходов);
практически любую комбинацию вышеперечисленных возможностей^{^[10]}.