Kódování je ... Podepsané systémy: kódování informací

Kódování informací

Nuly a jednotky

Téměř každý datové typy, které jsou zobrazeny na obrazovce počítače, představují nějaký binární kód, který se skládá z nul a jednoho. Jedná se o nejjednodušší, "nízkoúrovňovou" metodu šifrování informací, která umožňuje počítači zpracovávat data. Binární kód univerzální: je to pochopitelné ve všech počítačích bez výjimky (ve skutečnosti byl pro tento účel vytvořen - standardizovat používání informací v digitální podobě).

Základní jednotka, kterou používá binární kódování, je to je trochu (Ze slov „binární číslice“ - „dvouciferným“). To se rovná 0 nebo 1. Obecně, jednotlivě bity nepoužívá a kombinované v 8-číselného kódu - bytů. V každém z nich, a tak může obsahovat až 256 kombinací nul a jedniček (2 až 8. výkonu). Pro záznam značné množství informací se používají, obvykle ne izolované bajtů, a vyšší hodnota - s předponami „kilo“, „mega“ „giga“, „Tera“, atd., Z nichž každý je 1000 krát větší než předchozí .. .

Kódování textu

Nejběžnější typ digitálních dat je text. Jak je kódován? To je poměrně snadné vysvětlit proces. V dopise, interpunkční znaménko, čísla nebo symboly mohou být kódovány pomocí jednoho nebo více bytů, to znamená, že počítač je vidí jako jedinečnou sekvenci nul a jedniček, a pak, v souladu se stanoveným algoritmem detekce je zobrazeno. Existují dva hlavní světové standardy pro "šifrování" počítačového textu - ASCII a UNICODE.

V systému ASCII je každý znak zakódován pouze jedním bajtem. To znamená, že díky tomuto standardu můžete "šifrovat" až 256 znaků - což je více než dost pro zobrazení symbolů většiny světových abeced. Samozřejmě, že všechny existující vnitrostátní dopisní systémy se do tohoto zdroje nezapojí. Proto každá abeceda má svůj vlastní "podsystém" šifrování. K dispozici je kódování informací za pomoci signovacích systémů, přizpůsobených národním vzorkům psaní. Nicméně každý z těchto systémů je zase nedílnou součástí globálního standardu ASCII přijatého na mezinárodní úrovni.

V rámci systému ASCII je tento zdroj 256 znaků rozdělen na dvě části. Prvních 128 znaků jsou přidělena anglická abeceda (písmena od a do z), stejně jako čísla, základní interpunkční znaménka a některé další symboly. Druhá 128 bajtů je vyhrazena v rámci národních písmenných systémů. Jedná se o "subsystém" pro neanglické abecedy - ruštinu, hindštinu, arabštinu, japonštinu, čínštinu a mnoho dalších.

Každá z nich je prezentována ve formě samostatné kódovací tabulky. To znamená, že se může stát (a zpravidla se to stane), takže stejná bitová posloupnost bude zodpovědná za různé písmena a symboly ve dvou samostatných "národních" tabulkách. Navíc v souvislosti se specifiky rozvoje IT sféry v různých zemích se dokonce liší. Například dva systémy kódování jsou nejběžnější pro ruský jazyk: Windows-1251 a KOI-8. První se objevil později (stejně jako operační systém, který s ním souhlasí), ale nyní ji mnoho vědců využívá jako prioritu. Počítač proto musí být schopen správně rozpoznat obě tabulky. Ovšem v zásadě neexistují žádné problémy (pokud má počítač moderní provozní systém).

Metody kódování textů se neustále zlepšují. Kromě systému ASCII "jeden bajt", který je schopen pracovat pouze s 256 hodnotami symbolů, existuje také systém UNICODE "dvou bajtů". Je snadné si spočítat, že umožňuje kódování textu v částce rovnající se 2 až 16. stupni, tedy 65.000. 536. V něm zase mají zdroje současně kódují prakticky všech existujících národních abeced světa. Použití UNICODE není méně běžné než použití "klasického" standardu ASCII.

Kódování grafiky

Nad tím jsme definovali, jak jsou texty "šifrovány" a jak se používají bajty. A co digitální fotografie a obrázky? Je to také celkem jednoduché. Podobně jako s textem, hlavní role v kódování počítačové grafiky hrají všechny stejné bajty.

Proces vytváření digitálních obrazů je obecně podobný mechanismu, na kterém funguje televizor. Na televizní obrazovce, pokud se podíváte pozorně, je obraz tvořen sadou jednotlivých bodů, které dohromady tvoří obrazy rozpoznané v určité vzdálenosti oka. Televizní matice (nebo CRT projektor) přijímá od vysílače vodorovné a svislé souřadnice každého z bodů a postupně uspořádá obraz. Princip kódování počítačové grafiky funguje přesně stejný. "Šifrování" obrazových bajtů je založeno na určení jednotlivých bodů obrazovky odpovídajících souřadnic (stejně jako barvy každého z nich). To je jednoduché. Samozřejmě, grafické kódování je mnohem složitější proces než stejný textový.

Metoda zadání odpovídajících souřadnic a barevných parametrů pro body se nazývá "rastr". Podobně se mnoho formátů souborů nazývá počítačová grafika. Souřadnice jednotlivých obrazových bodů a jejich barvy jsou zapsány v jednom nebo více bajtech. Co určuje jejich počet? Hlavně na kolik odstínů barvy mají být "zašifrovány". Jeden byte, jak víte, je 256 hodnot. Pokud máme dostatek odstínů pro vytvoření obrázku, budeme tento zdroj spravovat. Zvláště je k dispozici 256 odstínů šedé. A to bude stačit k zakódování téměř všech černobílých obrazů. Na druhé straně, barevné obrazy zdroje nestačí: lidské oko, jak víte, je schopen rozlišit až několik desítek milionů barev. Proto potřebuje „nouzový“ není 256 hodnot a ve stovkách tisíc krát více. Proč se aktivuje k zakódování body ani jeden byte, ale několik: dnes na stávajících norem, může být 16 (lze „šifrovat“ 65 K 536 barev.) Nebo 24 (777 tisíc až 16 milionů 216 odstínů.).

Na rozdíl od textových standardů, jejichž rozmanitost je srovnatelná s počtem světových jazyků, grafika je mnohem jednodušší. Nejběžnější formáty souborů (např. JPEG, PNG, BMP, GIF apod.) Jsou na většině počítačů obecně uznávány stejně dobře.

Není nic komplikovaného, ​​abychom pochopili principy kódování grafické informace. 9. ročník jakékoliv průměrné ruské školy zpravidla zahrnuje kurz informatiky, kde podobné technologie jsou popsány v poměrně velmi jednoduchém a srozumitelném jazyce. Tam jsou také specializované vzdělávací programy pro dospělé - jsou organizovány na univerzitách, lýcech, nebo také na školách.

Proto má moderní ruský člověk mnoho znalostí o kódech, které mají praktický význam v oblasti počítačové grafiky. A pokud se chcete seznámit se základními znalostmi sami, můžete získat přístupné vzdělávací materiály. Tito zahrnují například kapitolu "Kódování grafických informací (Grade 9, učebnice" Informatika a ICT "pod autorstvím Ugrinovich ND).

Kódování zvuku

Počítač se pravidelně používá k poslechu hudby a dalších zvukových souborů. Stejně jako v případě textu a grafiky, každý zvuk na PC je stejný bajtů. Na druhou stranu jsou "dešifrovány" zvukovou kartou a jinými mikroobvody a přeměněny na zvuk. Princip je zde přibližně stejný jako u gramofonových desek. V nich, jak víte, každý zvuk odpovídá mikroskopické drážce na plastu, kterou rozpozná čtenář, a pak se ozve. Počítač vypadá jako všechno. Pouze role drážkování hrají bajty, jejichž povaha, stejně jako v případě textu a obrázků, spočívá v binárním kódování.

Pokud se v případě, že počítač jako jednotka prvku vyčnívá bodu, kdy zvukový záznam je takzvaný „počítat“. V něm jsou zpravidla přiděleny dva bajty, které generují až 65 tisíc 536 zvukových mikro-vibrací. Nicméně, na rozdíl od, jak k tomu dochází při stavbě obrázků ke zlepšení kvality zvuku se provádí není přidáním dalších bajtů (tam jsou, samozřejmě, a víc než dost), a zvýšení počtu „počítá“. Ačkoli v některých audio systémů, byty používají menší a větší číslo. Při kódování zvuku je standardní jednotka pro měření "hustoty toku" bajtů jedna sekunda. Microvibrations tj šifrované pomocí 8.. Impulzy za sekundu, bude zřejmě nižší kvality než zvukovou sekvencí kódovanou 44 tisíc. „Přepočet“.

Mezinárodní standardizace audio souborů, stejně jako v případě grafiky, je dobře rozvinutá. Existuje několik typických formátů zvukových médií - MP3, WAV, WMA, které se používají po celém světě.

Kódování videa

Jeden "hybridní schéma", ve kterém je šifrování zvuku kombinováno s kódováním obrázků, se používá v počítačových videích. Filmy a klipy se obvykle skládají ze dvou typů dat - to je zvuk a video, které je doprovázejí. Jak je první složka "šifrována", jak jsme popsali výše. S druhým je trochu obtížnější. Zde jsou zásady odlišné od výše uvedeného grafického kódování. Ale díky univerzálnosti "konceptu" bytů je podstata mechanismů zcela srozumitelná a logická.

Připomeňme, jak je film uspořádán. Není to nic jiného než posloupnost jednotlivých rámců (jsou zpravidla 24). Podobně jsou konstruovány i počítačové videoklipy. Každý snímek je obrázek. O tom, jak je postavena pomocí bajtů, jsme definovali výše. Na druhé straně v sekvenci videa existuje určitá oblast kódu, která umožňuje vzájemné propojení jednotlivých rámců. Nějaký digitální filmový náhradník. (Stejné body za obrazy a počty pro zvuk, jako je tomu v „film“ a videosekvence ve formátu klipy), je považován za samostatný jednotka video streamu rám. Poslední za sekundu podle přijatých standardů může být 25 nebo 50.

Stejně jako v případě zvuku existují společné mezinárodní normy pro video soubory - MP4, 3GP, AVI. Výrobci filmů a reklam se snaží vytvářet vzory médií, které jsou kompatibilní s co nejvíce počítačů. Tyto formáty souborů patří k nejoblíbenějším, otevřou se téměř na jakémkoliv moderním PC.

Komprese dat

elektronická paměť je prováděna na různých médiích - disky, flash disky, atd Jak jsme již uvedli výše, bajtů, jako pravidlo, „zarostlé“ předpony „mega“, „giga“, „tera“, etc. V některých případech .... soubory hodnota zakódovaná je, že místo nich s dostupnými zdroji nemůže být na disku. Pak použít různé typy komprese dat technik. Oni jsou ve skutečnosti také kódování. To je - jiný možný výklad tohoto pojmu.

Existují dva hlavní mechanismy komprese dat. Na první z nich je posloupnost bitů zapsána v "baleném" formuláři. To znamená, že počítač nemůže přečíst obsah souborů (reprodukovat je jako text, obrázek nebo video), pokud neprovede postup "rozbalení". Program, který provádí kompresi dat tímto způsobem, se nazývá archivátor. Princip fungování je velmi jednoduchý. Archivace dat jako jedna z nejpopulárnějších metod, pomocí kterých je možné kódovat informace, informatiku na úrovni školy, je bezproblémová.

Jak si pamatujeme, proces šifrování souborů v bajtech je standardizován. Vezměme si standard ASCII. Chcete-li například šifrovat slovo "hello", potřebujeme 6 bajtů na základě počtu písmen. To je množství místa, které soubor obsazený tímto textem obsadí na disku. Co se stane, když zapíšeme slovo "ahoj" 100 krát za sebou? Nic zvláštního - pro to potřebujeme 600 bajtů, resp. Stejné množství místa na disku. Nicméně, my můžeme použít data logger, který vytvoří soubor, což znamená mnohem menší počet bajtů bude „šifrovaný“ tým, který vypadá asi takto: „Dobrý den, vynásobte 100“. Po započítání počtu písmen v této zprávě dospějeme k závěru, že potřebujeme pouze 19 bajtů k zápisu takového souboru. A stejné množství místa na disku. Když „rozbalení“ archivní soubor je „dešifrování“, a text se stává zdrojem pohled z „100 ahoj.“ Takže pomocí speciálního programu, který používá speciální kódovací mechanismus, můžeme na disku uložit značný prostor.

Výše uvedený proces je poměrně univerzální: bez ohledu na to, jaké znakové systémy se používají, kódování informací pro kompresi je vždy možné prostřednictvím archivace dat.

Jaký je druhý mechanismus? Do jisté míry je to podobné tomu, co se používá v archivorech. Jeho hlavní rozdíl však spočívá v tom, že komprimovaný soubor může být počítačem zobrazen bez postupu "rozbalení". Jak funguje tento mechanismus?

Jak si pamatujeme, v původní podobě slovo "ahoj" trvá 6 bajtů. Nicméně, můžeme jít do triku a napsat to takto: "prvt." K dispozici jsou 4 bajty. Zbývá jenom "učit" počítač, aby přidal dopisy, které jsme odstranili během zobrazení souboru. Musím říci, že v praxi není "učení" třeba organizovat. Základní mechanismy rozpoznávání chybějících znaků jsou stanoveny ve většině moderních počítačových programů. To znamená, že většina souborů, s nimiž se každý den zabýváme, je tímto způsobem či nikoli "šifrována" tímto algoritmem.

Existují samozřejmě také "hybridní" systémy kódování informací, které umožňují komprimaci dat a současně využívají oba popsané postupy. A budou s největší pravděpodobností ještě efektivnější z hlediska ekonomiky prostoru na disku, než každý zvlášť.

Samozřejmě pomocí slova "ahoj" jsme nastínili pouze základní principy fungování mechanismů komprese dat. Ve skutečnosti jsou mnohem složitější. Různé systémy kódování informací mohou nabídnout neuvěřitelně složité mechanismy pro "kompresi" souborů. Nicméně, vzhledem k tomu, co je možné dosáhnout úsporného místa na disku, vidíme prakticky bez upuštění od zhoršení kvality informací o PC. Zvláště důležitá je role komprese dat při použití obrázků, zvuku a videa - tyto typy dat jsou náročnější na diskové prostředky než jiné.

Co další jsou "kódy"?

Jak jsme říkali na začátku, kódování je složitý jev. Pokud se zabýváme základními principy kódování digitálních dat založených na bajtech, můžeme ovlivnit jinou oblast. To je spojeno s použitím počítačových kódů v několika dalších významech. Zde, v rámci „kodexu“, máme na mysli to posloupnost jedniček a nul, a sbírku různých písmen a symbolů (které, jak už víme, a proto jsou vyrobeny z 0 a 1), který má praktický význam pro život moderního člověka.

Kód softwaru

Jádrem práce kteréhokoli počítačového programu je kód. Je napsán v jazyce, který počítač dokáže pochopit. Počítač, který dešifruje kód, provádí určité příkazy. Výraznou vlastností počítačového programu z jiného typu digitálních dat je, že kód, který je v něm obsažen, je schopen sám "dešifrovat" (uživatel potřebuje tento proces začít).

Dalším rysem programů je relativní flexibilita použitého kódu. To znamená, že člověk může dát stejným úkolům do počítače pomocí dostatečně velkého souboru "frází" a v případě potřeby v jiném jazyce.

Kódovací kód dokumentu

Další prakticky významnou oblastí použití písmenového kódu je vytvoření a formátování dokumentů. Obvykle jednoduché zobrazení znaků na obrazovce nestačí, pokud jde o praktický význam používání počítače. Ve většině případů by text měl být vytvořen pomocí písma určité barvy a velikosti, doplněné o další prvky (například tabulky). Všechny tyto parametry jsou nastaveny, stejně jako v případě programů, v konkrétních jazycích, které počítač rozumí. PC, který rozpoznává "příkazy", zobrazuje dokumenty přesně tak, jak si přeje uživatel. Texty mohou být navíc formátovány stejným způsobem, stejně jako u programů, používají různé sady "frází" a dokonce i v různých jazycích.

Existuje však zásadní rozdíl mezi kódy dokumentů a počítačových programů. Skládá se ze skutečnosti, že první z nich nejsou schopni rozluštit se. Chcete-li otevřít soubory s formátovanými texty, jsou vždy vyžadovány programy třetích stran.

Šifrování dat

Další interpretací pojmu "kód" pro počítače je šifrování dat. Nad tímto slovem jsme použili synonymum pro termín "kódování", což je přípustné. V tomto případě šifrováním pochopíme jiný druh fenoménu. Konkrétně se jedná o kódování digitálních dat s cílem zakázat přístup k nim jiným lidem. Ochrana počítačových souborů je hlavní oblastí činnosti v oblasti IT. Toto je vlastně samostatná vědecká disciplína, zahrnuje také počítačové vědy. Kódování souborů za účelem potlačení neoprávněný přístup - to je úkol, jehož význam je prezentován občanům moderních zemí již v dětství.

Jak jsou mechanismy, kterými se řídí šifrování dat? V zásadě je to stejně jednoduché a srozumitelné jako všechny ty, které jsme považovali za předcházející. Kódování je proces snadno vysvětlovaný z pohledu základních principů logiky.

Předpokládejme, že potřebujeme poslat zprávu "Ivanov jde do Petrova", aby ji nikdo nemohl přečíst. Věříme, že zašifrujeme zprávu do počítače a zobrazíme výsledek: "10-3-1-15-16-3-10-5-7-20-11-17-6-20-18-3-21". Tento kód je samozřejmě velmi jednoduchý: každá číslice odpovídá pořadovému číslu písmen naší fráze v abecedě. „I“ stojí na 10. místě, „B“ - 3 „A“ - na 1, atd. Ale systém kódování moderní počítače mohou šifrování dat, takže bude vybírat až neuvěřitelně tvrdé klíči ...