Лекция № 2 Кодирование информации

1. Кодирование данных двоичным кодом

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется приём кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.

Набор правил кодирования той или иной разновидности информации называется форматом данных.

Система кодирования существует и в вычислительной технике – она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью данных всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски – binary digit, или, сокращённо, bit (бит). Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, чёрное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00

01

10

11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000

001

010

011

100

101

110

111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличили в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N=2^m, где:

N – количество независимо кодируемых значений;

m – разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

2. Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа двоичным кодом закодировать достаточно просто – достаточно перевести число, записанное в десятичной системе счисления, в двоичную.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяет закодировать целые числа от 0 до 65536, а 24 бита – уже более 16,5 миллионов разных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование (т.е. используется 80 бит). При этом число предварительно преобразуется в нормальную форму:

3,1415926 = 0,3145926·10¹

300 000 = 0,3·10⁶

123 456 789 = 0,123456789·10¹⁰

Первая часть называется мантиссой, а вторая – характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для характеристики мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (то же со знаком).

Для представления числовых данных в компьютере используется два принципиально разных формата:

• с фиксированной точкой (запятой);

• с плавающей точкой (запятой).

Формат с фиксированной точкой предназначен для абсолютно точного представления целых чисел. С плавающей точкой используют только нецелых чисел.

Представлять числа в компьютере принято виде разрядной сетки.

Так запись числа 18 в восьмиразрядной сетке будет выглядеть следующим образом.

7 р	6 р	5 р	4 р	3 р	2 р	1 р	0 р
0	0	0	1	0	0	1	0

Максимальное число, которое можно записать в той или иной разрядной сетке будет определяться соотношением 2^N-1, где N – значение старшего разряда, т.е. для восьмиразрядной сетки это будет число 127.

Как известно целые числа могут быть как положительными, так и отрицательными. Тогда для целого числа -18 запись в восьми разрядной сетке будет выглядеть.

7 р	6 р	5 р	4 р	3 р	2 р	1 р	0 р
1	0	0	1	0	0	1	0

Старший разряд (7) – знаковый разряд. Если в старшем разряде стоит 1 – отрицательное число, 0 – число положительное.

Запись числа с плавающей точкой в виде 80-ти разрядного кода выглядит так:

Код знака числа

Код порядка 15бит

Код мантиссы 64 бита

79 р

78 р

……

65р

64р

63р……8р

7 р

6 р

5 р

4 р

3 р

2 р

1 р

0 р

1

0

……

0

0

0…….0

1

0

0

1

0

0

1

0