Представление произвольной информации в ЭВМ

Компьютер может обрабатывать, помимо числовой, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию. Все эти виды информации кодируются в последовательности нулей и единиц.

Кодирование текстовой информации. Начиная с конца 60-х годов 20 века, компьютеры все чаще стали использоваться для обработки текстовой информации, и в настоящее время наибольшая часть компьютеров используется именно для этого.

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать текстовую информацию. При кодировании одного символа используется 1 байт – 8 двоичных разрядов, что позволяет закодировать 2⁸ =256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.

Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Институт стандартизации США (ANSI – American National Standard Institute) ввел систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange - стандартный код информационного обмена США) для английского языка.

Большое распространение в России для представления символьной информации в ЭВМ общего назначения получил двоичный код обработки информации — ДКОИ.

Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов. В то же время, очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-ти разрядном кодировании символов, получила название универсальной – UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов. Этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Несмотря на очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования.

Кодирование графической информации. С 80-х годов 20 века интенсивно развивается технология обработки на компьютере графической информации.

Графическая информация может храниться в векторномилирастровом (точечном) виде. В отдельное подмножество векторной графики выделяют фрактальную графику.Виды графики отличаются принципами формирования изображения при показе в электронном виде (на экране монитора) или при печати.

Растровое изображение состоит из цветных точек. Каждая точка хранится в виде набора цветов, закодированных числами.

При увеличении и уменьшении размера изображения оно обычно искажается.

В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь лишь два состояния – черная и белая, для ее представления и хранения необходим 1 бит. 8 бит позволяют закодировать 256 различных цветов. Однако этого недостаточно для кодировки полноцветных изображений, поскольку человеческий глаз может различать десятки миллионов цветовых оттенков. В современных компьютерах для кодировки цвета одной точки используют 3 байта.

Примеры искажения растрового изображения при его увеличении

Каждый цвет представляет собой комбинацию трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Первый байт определяет интенсивность красной составляющей, второй – зеленой, третий – синей. Белый цвет кодируется как набор (255, 255, 255) – т.е. имеет место максимальная интенсивность всех составляющих. Черный цвет соответствует отсутствию всех цветов – кодировка (0, 0, 0). Красный цвет может меняться от темного – (120, 0, 0), до ярко-красного (255, 0, 0). Такая система кодировки называется системой RGB (Red, Green, Blue) и обеспечивает однозначное определение 256³» 16,5 млн. различных цветов и оттенков. Качество графического изображения зависит от количества точек (пикселей) на единице площади – чем больше, тем лучше. Этот параметр называется разрешением и измеряется в точках на дюйм.

При воспроизведении закодированной цветовой картинки, например, на мониторе используется поверхность, покрытая люминофором – специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов. Люминофор наносится в виде наборов точек указанных трёх основных цветов — красного, зелёного и синего.

Пиксельные триады

Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел – точку, из набора которых формируется изображение (англ. pixel – picture element, элемент картинки).

Векторное изображение использует комбинацию компьютерных команд и математических формул для описания отдельных составных элементов изображения. Поэтому при изменении размеров или при отображении с другими параметрами изображение совсем не искажается: каждая точка изображения просто рассчитывается по формулам в соответствии с новыми условиями отображения.

Пример сложной линии, составленной из кривых Безье

Название этот вид графики получил от имени способа, использующегося при выполнении рисунка, – метода векторов. Этот метод основывается на замене в процессе рисования отдельных криволинейных отрезков прямыми линиями. Правильно найденные направления и размеры всех отрезков позволяют точно определить опорные точки кривой. По ним и по отрезкам ломаной линии художником устанавливается степень кривизны всей линии в целом. С помощью метода векторов создаются так называемые кривые Безье, из кусочков которых строятся более сложные линии. При электронном способе создания кривой образуются три ее составные части: узлы, направляющие и сегменты.

Векторная графика является составной частью текстового процессора Microsoft Word. Основным средством создания векторных рисунков является панель «Автофигуры».

Следует отметить, что экран компьютера представляет собой растровую сетку, поэтому как растровые, так и векторные изображения воспринимаются на нем с помощью пикселов.

Невозможно однозначно сказать, какой способ представления графической информации лучше. Преимущества в каждом конкретном случае определяются многими параметрами: допустимым объемом файла, целью создания изображения, средствами вывода картинки и т.д.