Codificarea este ... Sisteme semnate: informații de codificare

Codificarea informațiilor

Zerouri și unități

Aproape orice tipuri de date, care sunt afișate pe ecranul calculatorului, reprezintă într-un fel un cod binar format din zerouri și unul. Aceasta este metoda cea mai simplă, de "nivel scăzut" de criptare a informațiilor, care permite unui PC să proceseze date. Cod binar universal: este înțeleasă de toți calculatorii fără excepție (de fapt, pentru acest scop a fost creat - pentru a standardiza utilizarea informațiilor în formă digitală).

Unitatea de bază care utilizează codificarea binară este acest lucru este un pic (din fraza "cifră binară" - "dublă cifră"). Fie 0 sau 1. Ca regulă, biții nu sunt utilizați individual, ci sunt combinați în secvențe de 8 cifre - octeți. În fiecare dintre ele, astfel, până la 256 combinații de zerouri și cele (2 în gradul 8) pot fi izolate. Pentru înregistrarea cantități semnificative de informații sunt utilizate, de obicei, nu bytes izolate, iar valoarea mai mare - cu prefixele „kilo“, „mega“ „giga“, „Tera“, etc., fiecare dintre acestea fiind de 1000 de ori mai mare decât cel precedent .. .

Codificarea textului

Cel mai comun tip de date digitale este textul. Cum este codificat? Acesta este un proces destul de ușor de explicat. Scrisoarea, semn de punctuație, numere sau simboluri pot fi codificate de către unul sau mai mulți octeți, adică, calculatorul le vede ca o secvență unică de zerouri și cele, și apoi, în conformitate cu algoritmul de detecție stabilit este afișat. Există două standarde mondiale principale pentru "criptarea" textului calculatorului - ASCII și UNICODE.

În sistemul ASCII, fiecare caracter este codificat cu un singur octet. Astfel, prin acest standard, puteți "cripta" până la 256 de caractere - ceea ce este mai mult decât suficient pentru a afișa simbolurile majorității alfabetelor lumii. Desigur, toate sistemele naționale de scrisori existente nu se vor încadra în această resursă. Prin urmare, fiecare alfabet are propriul "subsistem" de criptare. Există o codificare a informațiilor cu ajutorul sistemelor semnelor, adaptate la eșantioanele naționale de scriere. Cu toate acestea, fiecare dintre aceste sisteme, la rândul său, face parte integrantă din standardul global ASCII adoptat la nivel internațional.

În sistemul ASCII, această resursă de 256 caractere este împărțită în două părți. Primele 128 sunt simbolurile alfabetului englez (literele de la a la z), precum și numere, semne de punctuație de bază și alte câteva simboluri. Cel de-al doilea 128 de octeți sunt rezervați, la rândul lor, sub sistemele naționale de scrisori. Acesta este "subsistemul" pentru alfabetele non-engleză - rusă, hindi, arabă, japoneză, chineză și multe altele.

Fiecare dintre ele este prezentată sub forma unei tabele de codificare separate. Adică, se poate întâmpla (și, ca regulă, se întâmplă) astfel încât aceeași secvență de biți să fie responsabilă de diferite litere și simboluri în două tabele separate "naționale". În plus, în legătură cu specificul dezvoltării sferei IT în diferite țări, chiar ele diferă. De exemplu, două sisteme de codare sunt cele mai comune pentru limba rusă: Windows-1251 și KOI-8. Primul a apărut ulterior (precum și sistemul de operare, în concordanță cu acesta), dar acum mulți specialiști IT o folosesc ca o chestiune de prioritate. Prin urmare, computerul, astfel încât să poată fi garantat să citească textul rusesc, ar trebui să poată recunoaște corect ambele tabele. Dar, de regulă, nu există probleme cu acest lucru (dacă PC-ul are un sistem de operare modern).

Metodele de codare a textelor sunt în mod constant îmbunătățite. În plus față de „un singur octet“ sistem ASCII care se pot ocupa numai 256 de valori pentru caracterele, există, de asemenea, un „dublu-byte“ sistemul UNICODE. Este ușor de calculat că acesta permite codarea textului într-o cantitate egală cu 2 la gradul 16, adică 65 mii. 536. În ea, la rândul lor, au resursele necesare pentru a codifica simultan aproape toate alfabetele naționale existente ale lumii. Utilizarea UNICODE nu este mai puțin comună decât utilizarea standardului "clasic" ASCII.

Codificare grafică

Mai sus, am definit modul în care textele sunt "criptate" și cum sunt folosite octeții. Ce zici de fotografiile și fotografiile digitale? Este, de asemenea, destul de simplu. Similar cu modul în care se întâmplă cu textul, rolul principal în codarea graficii pe calculator este jucat de toți aceiași octeți.

Procesul de construire a imaginilor digitale în general este similar cu mecanismele pe care funcționează televizorul. Pe ecranul TV, dacă vă uitați atent, imaginea constă dintr-un set de puncte individuale, care formează împreună figurile recunoscute la o anumită distanță de ochi. Matricea de televiziune (sau proiectorul CRT) primește de la emițător coordonatele orizontale și verticale ale fiecărui punct și aranjează treptat imaginea. Principiul de codificare a graficii computerelor funcționează exact la fel. "Criptarea" octeților de imagini se bazează pe specificarea fiecăruia dintre punctele de ecran ale coordonatelor corespunzătoare (precum și culoarea fiecăruia). Acesta este, în termeni simpli. Desigur, codarea grafică este un proces mult mai complicat decât același text.

Metoda de specificare a coordonatelor corespunzătoare și a parametrilor de culoare pentru puncte se numește "raster". În mod similar, multe formate de fișiere se numesc grafică pe calculator. Coordonatele fiecărui punct de imagine, precum și culoarea acestuia, sunt scrise în unul sau mai multe octeți. Ce determină numărul lor? În principal, pe cât de multe nuanțe de culoare trebuie să fie "criptate". Un octet, după cum știți, este de 256 de valori. Dacă avem suficiente nuanțe pentru a construi o imagine, vom gestiona această resursă. În special, pot apărea 256 nuanțe de gri. Și acest lucru va fi suficient pentru a codifica aproape orice imagine alb-negru. La rândul său, imaginile color ale resursei nu este suficient: ochiul uman, după cum știți, este capabil să distingă până la câteva zeci de milioane de culori. Prin urmare, aveți nevoie de un "stoc" de 256 de valori, dar sute de mii de ori mai mult. De ce este activat pentru a codifica puncte nu de un octet, dar mai multe: în prezent pe baza standardelor existente, pot exista 16 (poate „cripta“ 65 K 536 culori.) Sau 24 (777000 la 16 milioane de 216 nuanțe.).

Spre deosebire de standardele de text, varietatea cărora este comparabilă cu numărul limbilor mondiale, grafica este mult mai simplă. Cele mai comune formate de fișiere (cum ar fi JPEG, PNG, BMP, GIF etc.) sunt recunoscute la majoritatea computerelor în general la fel de bine.

Nu este nimic complicat pentru a înțelege principiile codării informații grafice. Gradul 9 al oricărei școli rusești obișnuite include, de regulă, un curs de informatică, în care tehnologii similare sunt dezvăluite într-un limbaj foarte simplu și ușor de înțeles. Există, de asemenea, programe specializate de formare pentru adulți - sunt organizate de universități, licee sau, de asemenea, școli.

Prin urmare, omul rus modern are multe cunoștințe despre codurile care au o importanță practică în ceea ce privește grafica pe calculator. Dacă doriți să vă cunoașteți cunoștințele de bază, puteți obține materiale educaționale accesibile. Acestea includ, de exemplu, capitolul "Codificarea informațiilor grafice (gradul 9, manualul" Informatică și TIC ", sub autoritatea lui Ugrinovici ND).

Codare audio

Computerul este utilizat în mod regulat pentru a asculta muzică și alte fișiere audio. La fel ca în cazul textului și graficii, orice sunet de pe un PC este tot același octet. Ei, la rândul lor, sunt "decriptați" de o cartelă audio și alte microcircuite și transformate în sunet audibil. Principiul de aici este aproximativ același ca și în cazul plăcilor gramofonice. În ele, după cum știți, fiecare sunet corespunde unei caneluri microscopice pe plastic, care este recunoscută de cititor și apoi este exprimată. Calculatorul arată ca totul. Numai rolul canelurilor este jucat de octeți, în natura cărora, ca în cazul textului și al imaginilor, se află codificarea binară.

Dacă în cazul imaginilor pe calculator un singur element este un punct, atunci când înregistrați un sunet, acesta este așa numitul "numărătoarea inversă". În ea, de regulă, sunt atribuite doi octeți, generând până la 65 mii 536 de micro-vibrații sonore. Cu toate acestea, spre deosebire de modul în care se realizează construcția de imagini, pentru a îmbunătăți calitatea sunetului, nu se adaugă octeți suplimentari (evident, mai mult decât suficient), ci se mărește numărul de "conturi". Deși în unele sisteme audio, octeții folosesc un număr mai mic și mai mare. Când se efectuează codificarea audio, unitatea standard pentru măsurarea "densității fluxului" de octeți este o secundă. Microvibrations adică criptat utilizând 8-lea. Counts pe secundă, va fi, evident, de o calitate mai scăzută decât secvența de sunet codificată cu 44 mii. „Counts“.

Standardizarea internațională a fișierelor audio, precum și în cazul graficelor, este bine dezvoltată. Există câteva formate tipice de suporturi audio - MP3, WAV, WMA, care sunt utilizate în întreaga lume.

Codarea videoclipului

Un fel de "schemă hibridă", în care criptarea sunetului este combinată cu codarea imaginilor, este folosită în înregistrările pe calculator. De obicei, filmele și clipurile constau în două tipuri de date - acesta este modul în care sunetul și videoclipul îl însoțesc. Cum prima componentă este "criptată", am descris mai sus. Cu al doilea un pic mai dificil. Principiile de aici sunt diferite de codificarea grafică menționată mai sus. Dar datorită universalității "conceptului" de octeți, esența mecanismelor este destul de ușor de înțeles și logic.

Să ne amintim cum este amenajat filmul. Nu este altceva decât o secvență de cadre individuale (acestea sunt, de regulă, 24). În mod similar, sunt construite și clipuri video de calculator. Fiecare cadru este o imagine. Despre cum este construit folosind octeți, am definit mai sus. La rândul său, în secvența video există o anumită zonă de cod care vă permite să legați cadre individuale unul de celălalt. Un fel de înlocuitor de film digital. O unitate separată de măsurare a fluxului video (similar cu punctele pentru imagini și eșantioane pentru sunet, ca în formatul "film" al filmelor și videoclipurilor), este considerat un cadru. Ultimul dintr-o secundă, conform standardelor acceptate, poate fi 25 sau 50.

Ca și în cazul audio, există standarde internaționale comune pentru fișiere video - MP4, 3GP, AVI. Producătorii de filme și reclame încearcă să producă eșantioane media compatibile cu cât mai multe calculatoare posibil. Aceste formate de fișiere sunt printre cele mai populare, se deschid aproape pe orice PC modern.

Comprimarea datelor

Stocarea datelor de pe calculator se face pe diferite suporturi - discuri, unități flash, etc. După cum am spus mai sus, octeții sunt de obicei "supraîncărcați" cu prefixele "mega", "giga", "ter" etc. valoarea fișierelor codificate este de așa natură încât este imposibil să le plasați cu resursele disponibile pe disc. Apoi sunt utilizate diverse metode de comprimare a datelor. De fapt, ele reprezintă și codificarea. Aceasta este o altă interpretare posibilă a termenului.

Există două mecanisme principale pentru comprimarea datelor. Pe primul dintre ele secvența de biți este scrisă în forma "împachetată". Adică, computerul nu poate citi conținutul fișierelor (reproduce-l ca text, imagine sau video), dacă nu efectuează procedura "despachetare". Un program care comprimă date în acest fel se numește arhivator. Principiul funcționării sale este destul de simplu. Arhivarea datelor ca una dintre cele mai populare metode prin care este posibilă codarea informațiilor, informatica nivelului școlar este studiată fără probleme.

După cum ne amintim, procesul de criptare a fișierelor în octeți este standardizat. Să luăm standardul ASCII. Spune, de exemplu, să criptați cuvântul "salut", avem nevoie de 6 octeți, în funcție de numărul de litere. Aceasta este cantitatea de spațiu pe care fișierul cu acest text îl va ocupa pe disc. Ce se întâmplă dacă scriem cuvântul "salut" de 100 de ori la rând? Nimic special - pentru aceasta avem nevoie de 600 de octeți, respectiv de aceeași cantitate de spațiu pe disc. Cu toate acestea, putem utiliza arhivatorul, care va crea un fișier în care un număr mult mai mic de octeți va fi "criptat" comanda, care arată astfel: "hi multiply by 100". După ce am numărat numărul de litere din acest mesaj, ajungem la concluzia că avem nevoie doar de 19 octeți pentru a scrie un astfel de fișier. Și aceeași cantitate de spațiu pe disc. Când "despachetați" același fișier de arhivă, apare "decriptarea", iar textul dobândește forma originală cu "100 de salutări". Astfel, folosind un program special care utilizează un mecanism special de codificare, putem economisi o cantitate semnificativă de spațiu pe disc.

Procesul de mai sus este destul de universal: indiferent de ce semne sunt folosite, codificarea informațiilor pentru compresie este întotdeauna posibilă prin arhivarea datelor.

Care este al doilea mecanism? Într-o oarecare măsură, este similar cu ceea ce este folosit în arhive. Dar principala sa diferență este că fișierul comprimat poate fi afișat de calculator fără procedura de "despachetare". Cum funcționează acest mecanism?

După cum ne amintim, în forma originală, cuvântul "salut" are 6 octeți. Cu toate acestea, putem merge la truc și scrie-l astfel: "prvt." Există 4 octeți. Tot ce trebuie să faceți este să "predați" calculatorul pentru a adăuga literele pe care le-am eliminat în timpul afișării fișierului. Trebuie să spun că, în practică, procesul de "învățare" nu este necesar să se organizeze. Mecanismele de bază pentru recunoașterea caracterelor lipsă sunt stabilite în cele mai moderne programe PC. Adică, cea mai mare parte a fișierelor cu care ne ocupăm în fiecare zi, într-un fel sau altul, este deja "criptată" de acest algoritm.

Desigur, există, de asemenea, sisteme de codificare a informațiilor "hibride" care permit comprimarea datelor simultan cu ambele abordări descrise mai sus. Și ei, cel mai probabil, vor fi și mai eficienți din punctul de vedere al economiei spațiului pe disc, decât toți cei separați.

Desigur, folosind cuvântul "salut", am subliniat numai principiile de bază ale funcționării mecanismelor de comprimare a datelor. În realitate, ele sunt mult mai complicate. Diferitele sisteme de codificare a informațiilor pot oferi mecanisme incredibil de complexe pentru "comprimarea" fișierelor. Cu toate acestea, vedem, datorită a ceea ce este posibil să realizăm economii de spațiu pe disc, practic fără a recurge la o deteriorare a calității informațiilor de pe PC. Este deosebit de important rolul compresiei datelor atunci când se utilizează imagini, audio și video - aceste tipuri de date sunt mai exigente pentru resursele de disc decât altele.

Ce altceva sunt "codurile"?

Așa cum am spus chiar la început, codificarea este un fenomen compus. Având în vedere principiile de bază ale codării datelor digitale bazate pe octeți, putem afecta o altă zonă. Este asociat cu utilizarea de coduri de calculator în mai multe alte sensuri. Aici, prin "cod" nu înțelegem o secvență de zerouri și una, ci o colecție de litere și simboluri diferite (care, după cum deja știm, sunt deja făcute din 0 și 1), care are o semnificație practică pentru viața omului modern.

Codul de software

În centrul activității oricărui program de calculator este codul. Este scris într-o limbă pe care computerul o poate înțelege. PC-ul, care decriptează codul, execută anumite comenzi. O caracteristică distinctivă a programului de calculator de la un alt tip de date digitale este că codul conținut în el este capabil să "decripteze" el însuși (utilizatorul trebuie doar să înceapă acest proces).

O altă caracteristică a programelor este flexibilitatea relativă a codului utilizat. Adică, o persoană poate da aceleași sarcini unui computer, folosind un set suficient de mare de "fraze" și, dacă este necesar, într-o altă limbă.

Codul de marcare al documentului

O altă zonă practică semnificativă de aplicare a codului literei este crearea și formatarea documentelor. De obicei, simpla afișare a semnelor pe ecran nu este suficientă în ceea ce privește semnificația practică a utilizării PC-ului. În majoritatea cazurilor, textul ar trebui construit folosind un font de o anumită culoare și dimensiune, însoțit de elemente suplimentare (cum ar fi, de exemplu, tabelele). Toți acești parametri sunt setați, precum și în cazul programelor, în limbi specifice pe care le înțelege computerul. PC-ul, recunoscând "comenzi", afișează documentele exact așa cum dorește utilizatorul. În plus, textele pot fi formate în același mod, la fel ca în cazul programelor, utilizând diverse seturi de "fraze" și chiar în diferite limbi.

Cu toate acestea, există o diferență fundamentală între codurile pentru documente și programele de calculator. Consta in faptul ca cei dintâi nu sunt capabili sa se descifreze. Pentru a deschide fișiere cu texte formate, sunt necesare întotdeauna programe terță parte.

Criptarea datelor

O altă interpretare a termenului "cod" pentru computere este criptarea datelor. Mai sus, am folosit acest cuvânt ca sinonim pentru termenul "codificare", iar acest lucru este permis. În acest caz, prin criptare vom înțelege un fenomen diferit. Anume, codarea datelor digitale pentru a interzice accesul la acestea de la alte persoane. Protecția fișierelor informatice este un domeniu major de activitate în domeniul IT. Aceasta este de fapt o disciplină științifică separată, ea include și informatica școlară. Codarea fișierelor în scopul suprimării acces neautorizat - aceasta este o sarcină a cărei importanță este prezentată cetățenilor țărilor moderne deja în copilărie.

Cum sunt mecanismele prin care criptarea datelor? În principiu, este la fel de simplu și de înțeles ca toate cele anterioare, considerate de noi. Codificarea este un proces ușor explicat din punctul de vedere al principiilor de bază ale logicii.

Să presupunem că trebuie să trimitem un mesaj "Ivanov merge la Petrov", astfel încât nimeni să nu o poată citi. Avem încredere în criptarea mesajului la computer și în a vedea rezultatul: "10-3-1-15-16-3-10-5-7-20-11-17-6-20-18-3-21". Acest cod este, desigur, foarte simplu: fiecare cifră corespunde numărului ordinal al literelor expresiei noastre în alfabet. "Și" se află pe locul 10, "B" - 3, "A" - 1 etc. Dar sistemele moderne de codificare a computerului pot cripta datele astfel încât este incredibil de dificil să găsești o cheie pentru ei.