Алматы облысы Қарасай ауданы Қаскелең қаласы

"Абай атындағы орта мектеп-гимназия" КММ

Информатика пәнінің мұғалімі

Абдыгаипова Жанар Канатовна

Ақпарат теориясының негіздері: Кодтау теориясы және ақпараттың өлшемдері туралы талқылау

МАЗМҰНЫ

1. Информатика туралы түсінік.

1.1. Ақпарат туралы түсінік.

1.2. Ақпарат түрлері.

1.3. Ақпараттың өлшем бірліктері.

2. Символдық кодтау.

2.1. Мәтіндік ақпаратты екілік кодтау.

2.2. Графикалық ақпаратты екілік кодтау.

2.3. Дыбыстық ақпаратты екілік кодтау.

3. Қорытынды

4. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

КІРІСПЕ

Біздің білетініміз шектеулі,

ал біз білмейтініміз шексіз.

П.Лаплас

Оқу үрдісінде оқушылар бар білімді дайын күйінде алмастан, мұғалімнің бағыт-бағдар беруі арқылы оның басым бөлігін өз бетімен іздену тапсырмалары, танымдық қызметті белсенді ететін түрлі әдіс-тәсілдер, проблемалық ситуациялар арқылы алуы шарт.

Сондықтан қоғам дамуының қазіргі кезеңінде мектепте оқу процесіне жаңа технологиялар енгізілуде. Жаңа мыңжылдықта әлем өтіп жатқан «индустриалды дәуірден» айырмашылығы «ақпараттық дәуір» деп аталатын дәуірге аяқ басты. Ал бұл, ең алдымен, жаңа әлемдік көшбасшылар көмірді көбірек өндіріп, көп көлік шығарған елдер емес, жоғары технологиялық технологияларды дамытып жатқан елдер болады дегенді білдіреді. Бұл ақпарат қазір ең маңызды өнімге айналып, тұрғындары жақсы білім алып, ақпаратқа кең қол жеткізе алатын елдер көш басында болады дегенді білдіреді. Еліміз индустриялық жарыста белгілі бір жағынан дамыған елдерден артта қалған болуы мүмкін, бірақ қазір, ақпарат ғасырының басында біз іс жүзінде тең жағдайдамыз. Сондықтан жаңа дәуір білім берудің жаңа мәселесін – студенттерді жоғары дамыған ақпараттық ортада өмірге және кәсіби іс-әрекетке, білім берудің заманауи ақпараттық технологияларын пайдалана отырып, одан әрі білім алу мүмкіндігіне дайындауды қойып отыр. Шындығында, информатикадан білім беру мазмұны тек ақпараттық технологиямен ғана шектелмейді, ол нақты осы пәнге тән маңызды идеологиялық әлеуетке ие.

Информатика сабағында мұғалімнің міндеті – оқушыда ақпараттық құзіреттілікті дамыту – қазіргі білім берудегі басты басымдықтардың бірі. Бұл концепция дүниені тұтас түсінуді және негізгі ақпараттық заңдылықтардың бірлігін сипаттау мүмкіндігін түсінуге негізделген ғылыми дүниетанымды және ақпараттық технологияларды пайдалана отырып, ақпараттық объектілерді тәжірибеде түрлендіруді қамтиды. Әрине, нақты оқыту барлық тәсілдерді біріктіруі керек, бірақ информатиканы оқытуда сол немесе басқа тенденцияның басымдылығы мәселесі шешуші болып табылады. Оқу материалын жан-жақты таңдау (теориялық, практикалық жұмыс, өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар) бұл оқу құралын әмбебап етеді және оны негізінен компьютерлік технология саласында базалық білім алу үшін пайдалана алатын оқушылар үшін пайдалануға болады. Дегенмен, бұл оқу құралы мұғалімдерді, әсіресе «Информатика» пәнінен сабақ беретін мұғалімдерді де қызықтыратыны сөзсіз. Ұсынылып отырған оқу-әдістемелік құралы қоғам дамуының заманауи деңгейіне сәйкес келетін дербес компьютерде жұмыс істеу үшін қажетті білім мен дағдыға ие маманды дайындауға мүмкіндік береді.

1. Информатика туралы түсінік

« Информатика» термині (француз. informatique) француздың information және automatique сөздерінен шыққан және сөзбе-сөз аударғанда «ақпаратты автоматтандыру» дегенді білдіреді.

Бұл терминнің ағылшын тіліндегі нұсқасы «Компьютер ғылымы» да кеңінен қолданылады.

Информатика – есептеуіш техниканы пайдалана отырып, ақпаратты құру, сақтау, өңдеу және беру әдістерін, сондай-ақ осы құралдардың жұмыс істеу принциптері мен оларды басқару әдістерін жүйелейтін техникалық ғылым.

1978 жылы халықаралық ғылыми конгресс «информатика» түсінігіне ақпаратты өңдеу жүйелерін, оның ішінде компьютерлер мен олардың бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу, құру, пайдалану және материалдық-техникалық қамтамасыз ету, сондай-ақ компьютерлендірудің ұйымдастырушылық, коммерциялық, әкімшілік және әлеуметтік-саяси аспектілері – компьютерлік технологияны халық өмірінің барлық салаларына жаппай енгізумен байланысты салалар ретінде ресми түрде анықтама берілді.

Сонымен, информатика компьютерлік технологияға негізделген және онсыз елестету мүмкін емес.

Информатиканы оқудың маңыздылығы бұл ғылымның компьютердің жұмыс істеу және пайдалану принциптерін түсінуге мүмкіндік беріп қана қоймай, сонымен қатар адамдардың өмірде қарым-қатынасы кезінде ақпарат берудің заңдылықтары мен әдістері туралы түсінік беруімен байланысты.

Информатиканы оқудың қиындығы жаңа компьютерлерді жасаудағы үздіксіз прогресске байланысты. Ақпаратты өңдеу, жинақтау және беру әдістері де дамып келеді.

Бұл анықтамадан информатика технологияға өте жақын екені анық, өйткені ол қалай... деген сұраққа жауап береді.

Ақпаратты қалай алуға және сақтауға болады?

Ақпаратты қалай өңдеуге және оны адамға ыңғайлы пішінге айналдыруға болады?

Есептеу техникасын қалай тиімді пайдалануға болады?

Жаңа есептеу техникасын жасау үшін басқа ғылымдардың жетістіктерін қалай пайдалануға болады?

Бағдарламаларды пайдалана отырып, техникалық жабдықты қалай басқаруға болады?

Сондықтан информатика зерттейтін пәнді көбінесе ақпараттық технология деп атауы кездейсоқ емес.

Біздің анықтамамыздағы маңызды нәрсе - информатиканың екі жағы бар. Ол бір жағынан есептеуіш техниканың құрылғылары мен жұмыс істеу принциптерін зерттесе, екінші жағынан осы жабдықты басқаратын бағдарламалармен жұмыс істеу әдістері мен әдістерін жүйелейді.

1.1. Ақпарат туралы түсінік

Адам үнемі ақпаратпен айналысуға мәжбүр болғанымен (ол оны сезім мүшелері арқылы қабылдайды), ақпараттың не екеніне қатаң ғылыми анықтама жоқ. Ғылым адамға қандай да бір заттың немесе құбылыстың нақты анықтамасын бере алмайтын жағдайларда адамдар ұғымдарды пайдаланады.

Ұғымдардың анықтамалардан айырмашылығы, әр түрлі адамдар, әр түрлі жағдайларда оларға әртүрлі мағына беруі мүмкін. Күнделікті тілде ақпарат деп әдетте адамның қоршаған табиғат пен қоғамнан сезім мүшелері арқылы алатын мәліметтері түсініледі. Табиғатты бақылап, басқа адамдармен қарым-қатынас жасай отырып, газеттер мен кітаптарды оқу, теледидар бағдарламаларын көру арқылы біз ақпарат аламыз.

Математик бұл ұғымды кеңірек қарастырады және оған адам қабылдамаған, бірақ қорытынды жасау арқылы өзі жасаған ақпаратты қосады. Биолог одан да ілгерілеп, адамның сезім мүшелері арқылы қабылдамаған, санасында жасамаған, бірақ туғаннан өлгенге дейін өз ішінде сақтаған деректерді ақпаратқа жатқызады. Бұл балаларды ата-анасына ұқсас ететін генетикалық код.

Сонымен, әртүрлі ғылыми пәндер мен технологияның әртүрлі салаларында ақпараттың әртүрлі ұғымдары бар. Біз информатиканы зерттей бастағанда, әртүрлі тәсілдерді біріктіретін ортақ нәрсені табуымыз керек. Және мұндай ортақ қасиет бар. Ақпаратпен айналысатын ғылым мен техниканың барлық салалары ақпараттың төрт қасиеті бар екеніне келіседі. Ақпарат болуы мүмкін: жасалған, берілетін (және сәйкесінше алынған), сақталған және өңделген.

Әр пән бұл мәселелерді әртүрлі қарастырады. Бұл үшін информатика ұсынатын құралдарды қарастырайық.

Ақпаратты әртүрлі тәсілдермен жіктеуге болады, ал әртүрлі ғылымдар оны әртүрлі жасайды. Мысалы, философияда объективті және субъективті ақпаратты ажыратады.

Объективті ақпарат табиғат пен адам қоғамындағы құбылыстарды көрсетеді.

Субъективті ақпаратты адамдар жасайды және олардың объективті құбылыстарға көзқарасын көрсетеді.

Мысалы, криминалистика үшін ақпараттың толық және толық емес, шынайы және жалған, сенімді және сенімсіз болуы өте маңызды.

Заңгерлер ақпаратты факт ретінде қарастырады.

Физиктер ақпаратты сигналдар ретінде қарастырады - олар үшін ақпаратты беру өте маңызды, өйткені физика әртүрлі типтегі сигналдардың (оптикалық, дыбыстық, электромагниттік және т.б.) таралуының негізінде жатқан табиғат заңдарын зерттейді. Биология жануарлар арасындағы ақпарат алмасу әдістерін зерттесе, генетика тұқым қуалау арқылы ақпараттың берілуін зерттейді,

гендердің көмегімен, ал лингвистика лингвистикалық әдістер арқылы ақпаратты кодтау және өрнектеу әдістерін зерттейді.

Ақпаратқа қатысты мәселелермен айналысатын әрбір ғылым өзінің жіктеу жүйесін енгізеді. Информатика маманы үшін ең маңызды мәселе - ақпаратты құру, сақтау, өңдеу және беру үшін есептеу техникасы қалай қолданылады, сондықтан информатикада ақпаратты жіктеуге ерекше көзқарас бар. Информатикада аналогтық және цифрлық ақпарат бөлек қарастырылады.

Бұл маңызды, өйткені адамдар өздерінің сезім мүшелерінің арқасында аналогтық ақпаратпен жұмыс істеуге дағдыланған, ал есептеу техникасы, керісінше, негізінен цифрлық ақпаратпен жұмыс істейді.

Адам ақпаратты сезім мүшелері арқылы қабылдайтындай етіп жасалған. Біз екі бірдей жасыл жапырақты таба алмаймыз - бұл аналогтық ақпарат. Егер әртүрлі түстер сандары мен әртүрлі дыбыстық ноталар берсек, аналогтық ақпаратты цифрлық ақпаратқа айналдыруға болады.

Аналогтық және цифрлық ақпараттың айырмашылығы, ең алдымен, аналогтық ақпарат үздіксіз, ал цифрлық ақпарат дискретті.

Мысалы: «Е» нотасынан «F» нотасына ауысу кенеттен, яғни дискретті түрде болады. Бір тонның екіншісіне ауысуы біркелкі және үздіксіз жүреді.

Ақпарат – ол деректердің өзара әрекеттесуінің және оларға сай келетін әдістердің салдары. Ақпарат – бұл қандай да болмасын мәліметтердің, деректердің, ауызша(сөйлеу формасында), жазбаша(мәтін, кесте, сурет, сызба, схема, шартты белгілер түрінде және т.б.) немесе басқа әдістермен (мысалы, дыбыс және жарық сигналдары көмегімен, электрлік импульстар, иістер, қысым айырмалары немесе температура өлшемдері) берілетін жиынтығы. Ақпарат хабарлар түрінде беріледі. Ақпараттану көзқарасынан ақпараттың келесі қасиеттері аса маңызды болып табылады: объективтілік және субъективтілік, толықтық, дұрыстық, адекваттық, жеткіліктік, актуалдық, есте сақтаушылық, жеткізе білулік, қабілеттілік, түрлендіргіштік, өшіргіштік

Хабарлар - бұл белгілі бір ақпаратты бейнелейтін таңбалардың немесе алғашқы сигналдардың жиынтығы. Хабарлар мысалдары ретінде – телехабарлар, музыкалық шығармалар, хат мәтіндері, ДК-де жұмыс нәтижелері бола алады. Қашықтыққа хабарларды жіберу белгілі бір материалдық тасушы(қағаз, фотопленка, магниттік диск және т.б.) немесе физикалық  процесс(дыбыстық, жарықтық немесе электромагниттік толқындар және т.б.) көмегімен жасалады. Сонымен ақпарат жіберуші мен қабылдаушы арасында алмасу әдісімен беріледі. Жіберілетін хабарды таситын  физикалық процесс сигнал деп аталады.

Хабарлар уақыт функциялары болуы мүмкін (ақпарат алғашқы сигналдар - музыка, сөйлеу, датчиктер көрсетулері түрінде көрсетіледі) немесе уақыт функциялары болмайды (ақпарат белгілер жиынтығы түрінде көрсетіледі).

1.2. Ақпарат түрлері

Ақпарат келесі түрде болуы мүмкін:

• мәтіндер, сызбалар, эскиздер, фотосуреттер;

• жарық немесе дыбыс сигналдары;

• радиотолқындар;

• электрлік және жүйке импульстары;

• магниттік жазбалар;

• ым-ишара және мимика;

• иіс пен дәм;

• хромосомалар, олар арқылы организмдердің белгілері мен қасиеттері тұқым қуалау арқылы беріледі және т.б.

1.3. Ақпараттың өлшем бірліктері

Ақпарат қалай сақталады? Ақпаратты сақтау үшін ол

Өздеріңіз білетіндей, компьютерлер цифрлық ақпаратпен жұмыс істеуді жөн көреді. Компьютерде ақпарат екі түрлі кернеу деңгейінде жазылады. Бұл кернеу деңгейлері таңдалған 0 немесе 1 мәнін білдіреді. Бұл жүйе екілік деп аталады. Бір және нөл бит деп аталады. Екі бит пайдалансаңыз, 0 мен 7 арасындағы сандарды көрсете аласыз, т.б.

Бит – Иә немесе Жоқ логикалық мәнін білдіретін және 1 немесе 0 екілік санымен белгіленетін ақпараттың ең кіші бірлігі.

1 байт - 8 бит

Килобайт (КБ) - 1024 байт

Мегабайт (МБ) - 1024 КБ

Гигабайт (ГБ) - 1024 МБ

Мысалы: 1 байт - 1 таңба (әріп, сан, белгі)

1 КБ - мәтіннің ½ беті

1 МБ – 500 бет мәтін (1 кітап)

1 ГБ - бұл шағын кітапхана

"Ақпарат мөлшері" түсінігін анықтау өте қиын нәрсе. Бұл мәселені шешудің екі әдісі бар. Американдық математик Клод Шеннон ақпарат мөлшерін өлшеудің ықтималдылық әдісін дамытты, ал ЭЕМ жасау жұмыстары "көлемдік әдіске" әкелді.

Ықтималдылық әдіс. Ықтималдылық әдісті алғаш рет  Р. Хартли енгізді.

Бірлік ретінде ол, екі теңықтималдылық қорытындының бірін алудан тұратын, тәжірибені өткізуге байланысты ақпарат мөлшерін алды.  Ақпараттың мұндай бірлігі «бит» деп аталады. Мұнда I-нші қорытындының Pi ықтималдылығы 1/N –ге тең.

Клод Шеннон ықтималдылық әдісті жалпылай келе келесі формуланы шығарды:

Көлемдік әдіс. Екілік санақ жүйелерінде 0 және 1 таңбаларын бит (ағылшын сөзі Binary digiTs – екілік цифрлар) деп атайды. Есептеу техникасында бит ақпараттың ең кіші мүмкін бірлігі болып есептеледі. Компьютер жадында немесе сыртқы жинағыштарда екілік таңбалармен жазылған ақпарат көлемі оған қажет екілік символдардың санымен есептеледі.

Қолдануға ыңғайлылық үшін ақпарат өлшем бірлігінің биттен жоғары келесі өлшемдері енгізілген:

1024байт - Кбайт

1024Кбайт – Мбайт

1024Мбайт – Гбайт

1024Гбайт  - Тбайт

Ақпараттың ықтималдылық және көлемдік мөлшерлерінің арасындағы қатынас бірдей емес.

 Қазіргі жүйелерде көбінесе электрлік немесе оптикалық сигналдар қолданылады. Ақпаратты жіберу жіберілетін хабарға сәйкес сигналдың қандай да бір параметрін өзгерту арқылы орындалады. Мысалы, амплитудасын, жиілігін, гармониялық тербелістің фазаларын немесе тікбұрышты импульстер ұзындығын өзгерту арқылы. Жіберілетін хабар мазмұнына сәйкес орындалатын, жіберетін жақтағы сигнал параметрлерін өзгерту процесстері модуляция деп аталады. Қабылданған сигналдан хабарды қайтадан қалпына келтіру демодуляция  деп аталады.

Байланыс сызығы деп жіберушіден қабылдағышқа сигналдарды тасымалдау үшін қолданылатын физикалық ортаны айтады. Байланыс сызығы мысалдары ретінде байланыстың оптоволоконды және коаксиальды кабельдерін, радиотолқындар таратылатын кеңістікті атауға болады. Жіберушіден қабылдаушыға хабарларды жіберу үшін арналған техникалық құралдар жиынтығы байланыс жүйесі деп аталады. Байланыс жүйесінің құрамдық бөліктеріне жіберетін құрылғы(жіберуші), байланыс арнасы және қабылдауыш құрылғы(қабылдағыш кіреді).

Ақпаратты жіберуші және қабылдаушы субъектілер(пайдаланушылар, абоненттер, корреспонденттер) және объектілер (датчиктер, компьютерлер, факс-модемдер, принтерлер, устройства автоматика құрылғылары) болуы мүмкін.

Өткізгіш байланыстар арнасы (өткізгіштік, кабельдік, жарықсулы және т.б.) және радиобайланыс арналары (телевизиялық, радио- және ұялық станциялары).

 Хабар қайнар көзден қабылдаушыға жету үшін, белгілі бір материалдық субстанция қажет – ақпаратты тасушы. Тасушы арқылы берілетін хабар сигнал деп аталды. Жіберу процессі әртүрлі сипаттамалардан тұрады, оларды сигнал параметрлері деп атайды.

Сигнал параметрлері уақыт ішінде реттелген болса(олар нөмірленуі мүмкін), сигнал дискреттік деп аталады, ал осындай сигналдармен жіберілетін хабар – дискреттік хабар. Бұл жағдайда қайнар көзден жіберілетін ақпарат та дискреттік деп аталады. Ал егер қайнар көзден үзіліссіз хабарлар шығып жатса (сәйкесінше сигнал параметрі – уақыттан үзіліссіз функция), сәйке ақпарат үзіліссіз деп аталады.

Ақпаратты ұсынудың екі түрін айырады – үзіліссіз(аналогты) және  дискретті(цифрлық).

Түрлендіруден кейін үзіліссіз сигнал келесі сандар тізбегімен көрінеді:  2-3- 4 - 4 – 4 –3 – 2 –2 –3 – 4 – 4. Ондық сандар 1 және 0 тізбегімен кодталады. Нәтижесі «Кесте -1.1»-де көрсетілген:

 

1.1-кесте – Сандар кестесі

Уақыт	Ондық сандар	Екілік сандар
t1	2	0010
t2	3	0011
t3	4	0100
t4	4	0100
t5	4	0100
t6	3	0011
t7	2	0010
t8	2	0010
t9	3	0011
t10	4	0100
t11	4	0100

 

Осылай, кезкелген хабарды дискреттік түрде, басқаша айтқанда, небір алфавиттің белгілері тізбегімен көрсетуге болады. ЭЕМ-дегі ақпараттың ішкі көрінісі дискретті болғандықтан, ақпарат тұрғысынан алғанда, үзіліссіз сигналды кезкелген дәлдікпен дискреттеу мүмкіндігі өте маңызды. 

 

 

Деректерді тасушылар. Деректермен орындалатын әрекеттер.

 

Деректер — бұл тіркелген сигналдар. Тіркеудің физикалық әдістері әртүрлі болуы мүмкін: физикалық денелердің механикалық қозғалысы, олардың формасының немесе сапалық пара­метрлерінің өзгеруі, электрлік, магниттік, оптикалық сипаттамалары, химиялық құрамы және (немесе) химиялық байланыстар сипаты, электрондық жүйесінің қалпы және басқалары. Тіркелу әдісіне сәйкес деректер әртүрлі жинағыштарда сақталуы және тасымалдануы мүмкін.

Деректерді тасымалдаушылар: қағаз, сәуле түсіретін жабыны бар пластмассалық тасымалдауыштар (CD-ROM), магниттік ленталар және дискілер. Деректерді химиялық құрамын өзгерту арқылы тіркеу фотографияда кең қолданылады. Биохимиялық деңгейде тірі табиғатта деректерді жіберу және жинау жасалады.

 

 

Деректермен  операциялар

 

Деректермен жасалатын операциялар құрылымы келесілер деп айтуға болады:

• деректерді жинау — шешімді қабылдау үшін жеткілікті толықтығын қамтамасыз ету мақсатында ақпаратты жинақтау;

• деректерді формализациялау —әртүрлі көздерден түсетін деректерді бір-бірімен салыстырмалы ету үшін, яғни олардың қол жетерлік деңгейін көтеру үшін, бір формаға келтіру;

• деректерді фильтрлеу —шешім қабылдауда қажеті жоқ «артық» деректерді електен өткізу; бұл жағдайда «шуыл» деңгейі төмендеуге тиіс, ал деректердің дұрыстығы мен сайма-сайлығы жоғарылауға тиіс;

• деректерді сұрыптау — берілген белгі бойынша қолдануға ыңғайлылық мақсатында деректерді реттеу; ақпараттқа жетуді көтереді;

• деректерді архивтеу — ыңғайлы және тез қол жету формасында деректерді сақтауды ұйымдастыру; деректерді сақтаудағы экономикалық шығындарды төмендетуге қызмет етеді және ақпараттық процесстердің жалпы сенімділігін арттырады;

• деректерді қорғау—жойылуға, жаңғыртуға және деректерді  модификациялауға жол бермеуге бағытталған шаралар;

• деректерді тасымалдау—ақпараттық процесске алыстан қатысушылар арасында деректерді қабылдау және жіберу (жеткізу және әкеліп тапсыру); бұл жағдайда деректер көзін сервер деп, ал тұтынушыны — клиент деп атау қабылданған;

• деректерді түрлендіру — деректерді бір түрден екіншісіне аудару немесе бір құрылымнан екішісіне. Деректерді түрлендіру әдетте тасымалдауыш түрін өзгертумен жиі байланысты, мысалы кітаптарды әдеттегі қағаз формасында сақтауға болады, бірақ ол үшін электрондық форманы да,  микрофотопленканы да қолдануға болады.

 

 

Деректерді екілік кодпен кодтау

 

Әртүрлі типтегі деректермен жұмысты автоматтандыру үшін кодтау әдісі қолданылады, яғни бір типтегі деректерді басқа типтегі деректер арқылы өрнектеу.

Есептеу техникасындағы кодтау жүйесі – екілік кодтау деп аталады және ол

деректерді екі таңба: 0 және 1 тізбегімен ұсынуға негізделген. Бұл таңбалар екілік цифрлар деп аталады, ағылшынша — binary digit немесе қысқартылуы bit (бит).

 

 

 

Кодтаудың әртүрлі жүйелеріне мысал

 

Бір битпен екі түсінік білдіруге болады: 0 немесе 1 (ия немесе жоқ, қара немесе ақ, ақиқат немесе жалған және т.б.). Еге бит санын екіге арттырсақ, онда төрт әртүрлі түсінікті білуге болады:

00     01       10      11

Үш битпен сегіз әртүрлі мәндерді кодтауға болады:

000   001    010    011     100    101     110    111

Екілік кодтау жүйесінде разрядтар санын бір-ге арттыру арқылы, берілген жүйедегі мәндер санын екі есе арттыруға болады, яғни жалпы формула түрі болады:

N= 2^m, мұндағы N— тәуелсіз кодталатын мәндердің саны;

m — берілген жүйеде қабылданған екілік кодтау разряды.

Бүтін және нақты сандарды кодтау

Екілік кодпен бүтін сандарды кодтау қарапайым – бүтін санды бөлінді бір-ге тең болғанша екіге бөле беру керек. Оңынан солға қарай, соңғы бөліндімен бірге жазылатын әр бөлудегі қалдықтар жиынтығы, ондық санның екілік аналогын береді.

19:2 = 9+1

9:2=4+1

4:2=2+0

2:2=1+0

Сонымен, 19₁₀= 10011₂.

0 ден 255 дейінгі бүтін сандарды кодтау үшін екілік кодтың (8 бит) 8 разряды болуы жеткілікті. Оналты  бит 0 ден  65 535 дейінгі бүтін сандарды кодтауды мүмкіндейді, ал 24 бит—16,5 миллионнан жоғары әртүрлі мәндерді.

Нақты сандарды кодтау үшін 80-разрядты кодтау қолданылады. Бұл жағдайда сан алдын ала нормалданған  формаға  түрлендіріледі:

3,1415926 = 0,31415926-10¹

300 000 = 0,3 -10⁶

123 456 789 = 0,123456789 • 10¹⁰

Санның бірінші бөлігі мантисса, ал екіншісі — характеристика(сипаттама) деп аталады. 80 биттің үлкен бөлімі  мантиссаны (таңбасымен бірге) сақтауға бөлінеді және  разрядтардың небір бекітілген саны характеристиканы (таңбасымен бірге) сақтауға бөлінеді.

 

 

Мәтіндік деректерді кодтау

 

Екілік код көмегімен мәтіндік ақпаратты да кодтауға болады. 256 әртүрлі таңбаларды кодтау үшін сегіз екілік разрядтар жеткілікті. Сегіз биттердің әртүрлі комбинацияларымен ағылшын және орыс тілдерінің барлық үлкен және кіші әріптерін, тыныс белгілерін, негізгі арифметикалық әрекеттердің символдарын және кейбір арнайы символдарды, мысалы символ «§» білдіруге болады.

Барлық дүние жүзі мәтіндік деректерді бірдей кодтауы үшін, бірлестірілген кодтау кестесі қажет. Бірақ бұл әзірше мүмкін емес, үйткені ұлттық алфавиттер таңбалары арасындағы, сонымен бірге корпоративтік симаттамадағы қайшылықтар бар. 

Ағылшын тілі үшін қайшылықтар әлдеқашан жоқ. АҚШ стандарттау институты (ANSI—American National Standard Institute) ASCII(American Standard Code for Information Interchange —АҚШ ақпарат алмасуының стандарттық коды) кодтау жүйесін әрекетке енгізді.  ASCII жүйесінде кодтаудың екі кестесі бекітілген — негізгі және кеңейтілген. Негізгі кесте 0 ден 127 дейін код мәндерін бекітеді, ал кеңейтілгені  128 ден 255 нөмірлеріндегі таңбаларға қатысты.

Негізгі кестенің бірінші 32 коды нөлден бастап, аппараттық құралдарды жасаушыларға берілген (бірінші кезекте компьютерлерді және баспа құрылғыларын жасаушыларға). Бұл аймақта басқарушы кодтар орналасады, оларға тілдердің ешқандай таңбалары сәйкес емес, бұл кодтар экранға да, шығару құрылғыларына да шығарылмайды, бірақ оларды өзге деректердің қалай шығарылатынын білетіндер, басқара алады.

32 кодтан бастап 127 кодқа дейін ағылшын алфавитінің таңбалары, тыныс белгілері, цифрлар, арифметикалық әрекеттер таңбалары және кейбір көмекші таңбалар. 

Мәтіндік деректерді кодтаудың ұқсас жүйелері басқа да мемлекеттерде құрастырылды. Мысалы, СССР-да КОИ-7 (ақпаратпен алмасу коды, жеті таңбалық). Бірлескен стандарттың жоқтығынан тек Ресейдің өзінде үш жұмыс істейтін және екі ескірген стандартты көрсетуге болады.

Мысалы, Windows-1251 орыс тілі таңбаларының кодировкасы ретінде—Microsoft компаниясымен «сырттан» енгізілді. Бұл кодировка Windows платформасында жұмыс істейтін көптеген локальдық компьютерлерде қолданылады.

Басқа кең таралған кодировканың аты КОИ-8 (ақпаратпен алмасу коды, сегізтаңбалық). КОИ-8 кодировкасы қазіргі кезде  компьютерлік желілерде Ресей территориясында және  Интернеттің ресейлік секторында кең таралған.

 

 

2. Символдық кодтау

Сіз, әрине, информатика ақпаратты алу, түрлендіру, сақтау және беру туралы ғылым екенін есте сақтаңыз.

Көптеген африкалық тайпалар әлі күнге дейін дыбыс жылдамдығымен хабарлама алмасу үшін арнайы барабандарды, там-тамдарды пайдаланады. Ормандар дыбысты сөндіретін Ресейде басқа әдіс қолданылды: өрттен шыққан түтін шұғыл хабарламаларды беру үшін пайдаланылды.

Өйткені, шекара заставасының бірде-бір шабарманы қала тұрғындарына көшпенділердің жорығы туралы дер кезінде ескерте алмас еді – олардың жылқылары одан кем емес еді. Әскери-теңіз күштері әлі күнге дейін семафорлық алфавитті пайдаланады, мұнда әрбір әріп жалаулармен ерекшеленетін сигналшының қолдарының белгілі бір орнына сәйкес келеді.

Бірақ барабанның соғуы, түтін бағаналары, көтерілген қолдар адамның сөйлеу дыбыстарына немесе бірінші сыныптан таныс әріптерге мүлдем ұқсамайды. Алайда, ой елегінен өткізгенде, олардың көп ортақ тұстары бар екенін білуге ​​болады. Шындығында, біз ақпаратты жеткізетін әрбір осындай хабарлама сигналдар тізбегі екендігі туралы айтып отырмыз. Хабарлама қабылданып қана қоймай, сонымен қатар түсіну үшін, мысалы, екі түтін немесе үш жылдам соққының тізбегі немесе екі жаққа жайылған қолдар нені білдіретінін алдын ала келісу керек.

Сонымен, хабарламаның өзінен және оны берудің физикалық әдісінен басқа тағы бір компонент - кодтау пайда болды. Өркениет дамыған сайын хабарламаларды берудің жаңа тәсілдері, демек кодтаудың жаңа тәсілдері пайда болды. Солардың біріне ғана тоқталамыз.

1831 жылы Майкл Фарадей біздің әлемді төңкеріп тастаған жаңалық жасады: ол электр тогын шығарудың әдісін ойлап тапты. Және бірден дерлік

Хабарламаларды жіберу үшін электр тогы пайдаланылды - американдық өнертапқыш Сэмюэль Морзе телеграф машиналары мен байланыс желілерін жасап, оны тәжірибеге кеңінен енгізді. Белгілі бір дәрежеде Морзе африкалық барабан телеграфында хабарламаларды жіберу мәселесіне ұқсас мәселені шешуге мәжбүр болды. Электр тогының да, барабанның да экспрессивті мүмкіндіктері өте шектеулі. Барабанды соғуға да, соғуға да болады. Электр тогы не ағады, не өтпейді. Сондықтан Морзе ұсынған кодтау тек үш бірегей әріпті пайдаланды: әріптерді ажырату үшін ұзын сигнал (сызықша), қысқа сигнал (нүкте), сигнал жоқ (үзіліс).

Морзе коды адамзатқа бір жарым ғасыр бойы қызмет етіп келеді. Ол әлі де радиостанцияларда қолданылады, өйткені оның сигналдары кез келген түсінікті сөйлеуді тұншықтыратын атмосфералық кедергілерге енеді.

Уақыт өте келе телеграф хабарламаларды таратудың жаппай құралы болды, кез келген адамға қол жетімді (негізінде), бірақ бәрібір қымбат. Электр тізбегін жауып, ашатын арнайы кілтті қолдануда виртуоз болған жақсы оқытылған оператор қажет болды. Дегенмен, оның хабарламаларды жіберу жылдамдығы терушілердің пернетақта арқылы мәтін теру жылдамдығымен салыстыруға келмейді - бір әріпті беру үшін, айталық, О, пернені үш рет басу керек, ал машинистка пернені бір рет басу керек.

Жазу машинкасын телеграф машинасымен біріктірсе ғой! Бірақ бұл үшін ақпаратты кодтау және декодтау процесін автоматтандыру қажет. Автоматтандыру дегеніміз - адамның қатысуынсыз жұмысты орындайтын құрылғы жасау. Бұл жағдайда біз адам әліпбиінің әріптерін нүктелер мен сызықшалар тізбегіне айналдыратын құрылғы туралы айтып отырмыз. Өкінішке орай, Морзе кодын түсінетін машина жасау әрекеттерінің барлығы сәтсіз аяқталды. Ұсынылған нұсқалар тым ауыр, сенімсіз және қымбат болып шықты.

Кодтау - бұл бір белгі жүйесінің белгілерін немесе топтарын басқа белгілер жүйесінің белгілеріне немесе топтарына айналдыру операциясы.

Өнімнің цифрлық және штрих-кодтары арасындағы сәйкестікті кодтаудың мысалы ретінде қарастырайық. Мұндай кодтар әрбір өнімде бар және өнімді толық сәйкестендіруге мүмкіндік береді (ел мен өндіруші, өнім түрі, т.б.).

Цифрлық код таңбалары (цифрлары) штрих-код таңбаларының топтарына (тар және кең жолақтар, сондай-ақ олардың арасындағы бос орындардың өлшемдері) сәйкес келеді - сур. 2.4. Сандық код адамға ыңғайлы, бірақ штрих-код автоматтандырылған есеп жүргізуге ыңғайлы.

Екілік кодтың цифрларын екі бірдей ықтимал күй (оқиға) ретінде қарастыруға болады. Екілік разрядты жазу кезінде екі мүмкін күйдің біреуін таңдау (екі цифрдың біреуі) жүзеге асырылады, демек, ол 1 битке тең ақпарат көлемін тасымалдайды.

Машинаның екілік кодының әрбір цифры 1 битте ақпаратты тасымалдауы маңызды. Осылайша, екі цифр 2 битте ақпаратты, үш цифр 3 битте ақпаратты тасымалдайды және т.б. Биттердегі ақпарат мөлшері екілік машиналық кодтың цифрларының санына тең.

2.1. Мәтіндік ақпаратты екілік кодтау

1960 жылдардың аяғынан бастап компьютерлер мәтіндік ақпаратты өңдеу үшін көбірек қолданыла бастады және қазіргі уақытта әлемдегі дербес компьютерлердің көпшілігі (және көп жағдайда) мәтіндік ақпаратты өңдеумен айналысады.

Дәстүрлі түрде бір символды кодтау үшін пайдаланылатын ақпарат көлемі 1 байтқа тең, яғни / = 1 байт = 8 бит.

Егер символдарды мүмкін болатын оқиғалар ретінде қарастырсақ, онда (2.1) формуланы пайдаланып, қанша түрлі символдарды кодтауға болатынын есептей аламыз:

Бұл таңбалар саны мәтіндік ақпаратты, оның ішінде орыс және латын алфавиттерінің бас және кіші әріптерін, сандарды, белгілерді, графикалық белгілерді және т.б. көрсету үшін жеткілікті.

Кодтау әрбір символды 0-ден 255-ке дейінгі бірегей ондық кодты немесе 00000000-ден 11111111-ге дейінгі сәйкес екілік кодты тағайындаудан тұрады. Осылайша, адам символдарды контурлары бойынша, ал компьютерді кодтары арқылы ажыратады.

Мәтіндік ақпарат компьютерге енгізілгенде ол екілік кодталады, символдың бейнесі оның екілік кодына түрленеді. Пайдаланушы пернетақтада символы бар пернені басады және компьютерге сегіз электрлік импульстің белгілі бір тізбегі (таңбаның екілік коды) жіберіледі. Символ коды компьютердің жедел жадында сақталады, онда ол бір байт алады.

Символды компьютер экранында көрсету процесінде кері процесс жүреді – декодтау, яғни символдық кодты оның бейнесіне айналдыру.

Белгілі бір кодты символға тағайындау код кестесінде жазылатын келісім мәселесі болып табылатыны маңызды. Алғашқы 33 код (0-ден 32-ге дейін) таңбаларға емес, операцияларға (жолды беру, бос орын енгізу және т.б.) сәйкес келеді.

33-тен 127-ге дейінгі кодтар халықаралық болып табылады және латын әліпбиінің таңбаларына, сандарға, арифметикалық белгілерге және тыныс белгілеріне сәйкес келеді.

128-ден 255-ке дейінгі кодтар ұлттық болып табылады, яғни ұлттық кодтауларда бір код әртүрлі белгілерге сәйкес келеді. Өкінішке орай, қазіргі уақытта орыс әріптері үшін бес түрлі код кестесі бар (KOI8, SR1251, SR866, Mae, 18O - 2.3-кесте), сондықтан бір кодтауда жасалған мәтіндер екіншісінде дұрыс көрсетілмейді.

Қазіргі уақытта Юникодтың жаңа халықаралық стандарты кеңінен қолданыла бастады, ол әр символға бір байт емес, екі байт бөледі, сондықтан оның көмегімен 256 символды емес, кодтауға болады. N = 216 - = 65536 түрлі таңбалар.

2.2. Графикалық ақпаратты екілік кодтау

Кеңістіктік дискретизация. Кескінді кодтау процесі кезінде оның кеңістіктік іріктеу жүргізіледі. Кескіннің кеңістіктік дискретизациясын мозаикадан (көп мөлшердегі шағын түрлі-түсті көзілдіріктердің) кескінін құрастырумен салыстыруға болады. Кескін жеке шағын фрагменттерге (нүктелерге) бөлінеді және әрбір фрагментке түс мәні, яғни түс коды (қызыл, жасыл, көк және т.б.) тағайындалады.

Кескінді кодтау сапасы екі параметрге байланысты. Біріншіден,

кескінді кодтау сапасы жоғарырақ, нүкте өлшемі кішірек және сәйкесінше кескінді құрайтын нүктелер саны да көп болады.

Екіншіден, түстер саны неғұрлым көп болса, яғни қолданылатын кескін нүктесінің мүмкін күйлерінің саны неғұрлым көп болса, кескінді кодтау сапасы соғұрлым жоғары болады (әр нүкте ақпараттың үлкен көлемін алып жүреді). Жиынтықта қолданылатын түстердің комбинациясы түстер палитрасын құрайды.

Растрлық кескінді қалыптастыру. Монитор экранындағы графикалық ақпарат растрлық кескін түрінде беріледі, ол сызықтардың белгілі бір санынан құралады, ол өз кезегінде белгілі бір нүктелер (пиксель) санын қамтиды.

Кескін сапасы монитордың рұқсатымен анықталады, яғни. ол құрастырылған нүктелер саны. Ажыратымдылық неғұрлым жоғары болса, яғни растрлық жолдар мен жолдардағы нүктелердің саны неғұрлым көп болса, соғұрлым сурет сапасы жоғары болады. Қазіргі дербес компьютерлер әдетте үш негізгі экран ажыратымдылығын пайдаланады: 800 x 600, 1024 x 768 және 1280 x 1024 пиксель.

Монитор экранында әр жолда 800 нүктеден тұратын 600 жолдан (барлығы 480 000 нүкте) тұратын растрлық кескіннің қалыптасуын қарастырайық. Қарапайым жағдайда (сұр реңксіз ақ-қара сурет) экрандағы әрбір нүкте екі күйдің біреуіне ие болуы мүмкін - «қара» немесе «ақ», яғни оның күйін сақтау үшін 1 бит қажет.

Түсті кескіндер бейнежадында сақталған әрбір нүктенің екілік түс кодына сәйкес қалыптасады. Түсті кескіндердің әртүрлі түс тереңдіктері болуы мүмкін, олар пиксель түсін кодтау үшін пайдаланылатын биттердің санымен анықталады. Түс тереңдігінің ең көп тараған мәндері 8, 16, 24 немесе 32 бит болып табылады.

2.3. Дыбыстық ақпаратты екілік кодтау

Дыбысты уақытша таңдау. Дыбыс – амплитудасы мен жиілігі үздіксіз өзгеретін дыбыс толқыны. Сигналдың амплитудасы неғұрлым үлкен болса, ол адам үшін соғұрлым күшті болады, сигналдың жиілігі соғұрлым жоғары, тон соғұрлым жоғары болады. Компьютер дыбысты өңдеуі үшін үздіксіз дыбыс сигналын электрлік импульстердің тізбегіне (екілік нөлдер мен бірліктер) түрлендіру қажет.

Үздіксіз дыбыстық сигналды кодтау процесі кезінде оның уақыттық дискретизациясы орындалады. Үздіксіз дыбыс толқыны жеке шағын уақыт бөлімдеріне бөлінеді және әрбір мұндай бөлім үшін белгілі бір амплитудалық мән белгіленеді.

Осылайша, сигнал амплитудасының уақытқа үздіксіз тәуелділігі дыбыс деңгейінің дискретті тізбегімен ауыстырылады. Әрбір «қадамға» дыбыс деңгейінің мәні, оның коды (1, 2, 3 және т.б.) тағайындалады. Дыбыс деңгейінің деңгейлерін ықтимал күйлердің жиынтығы ретінде қарастыруға болады, сәйкесінше, кодтау процесінде бөлінген дыбыс деңгейлерінің саны неғұрлым көп болса, соғұрлым әр деңгейдің мағынасы бойынша ақпарат көбірек болады және дыбыс сапасы соғұрлым жоғары болады.

Осылайша, заманауи дыбыс карталары 65536 сигнал деңгейін кодтауды қамтамасыз ете алады. Дыбыстық сигнал амплитудасының әрбір мәніне 16-биттік код тағайындалады.

Үздіксіз дыбыс сигналы екілік кодталғанда, ол дискретті сигнал деңгейлерінің тізбегімен ауыстырылады. Кодтау сапасы уақыт бірлігіндегі сигнал деңгейін өлшеу санына, яғни дискреттеу жиілігіне байланысты. Секундына орындалатын өлшемдер саны неғұрлым көп болса (дискреттеу жиілігі соғұрлым жоғары), екілік кодтау процедурасы соғұрлым дәлірек болады.

3. ҚОРЫТЫНДЫ

Оқулықтар мен әдістемелік әдебиеттерде берілген және мұғалімдердің тәжірибесінде пайдаланып жүрген әдістемелік құралдар өте көп. Алайда олардың бәрі дерлік бүгінгі күннің талаптарынан туындап отырған білім мазмұнының өзгерістеріне, сондай-ақ оқушылардың жас және психологиялық ерекшеліктеріне сәйкес келе бермейді. Сондықтан мен белгілі бір тақырыптарды алып, ой елегінен өткізе отырып, ғылыми тұрғыдан негізделген ақпараттар жүйесін пайдаланамын. Оқушылардың жас ерекшелігін ескеріп, жаңа тақырыпты өткенде, өтілген материалды қайталағанда, білімді тиянақтау және тексеру кезінде, яғни сабақтың кез келген сәтінде оқыту әдісінің құрамды бөлігіне айналдырамын. Осы шарт орындалған жағдайда оқушы шын мәнінде тақырыпты тез түсініп, деңгейі көтеріледі.

4. ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1.  Могилев А.В. Информатика: Учебное пособие . - 2-е изд., стер.- М.: Издательский центр "Академия", 2003. - 816с.

2.  Могилев А.В. Практикум по информатике. - М.: Издательский центр "Академия", 2003. - 900с.

3.  Информатика. Базовый курс./ под ред. С.В. Симоновича.- СПб.: Питер, 2001. -640с.

4.  Острейковский В.А. Информатика: Уч. для вузов. М.: Высш.шк.,1999.- 511 с.

5.  Алексеев А.П. Информатика 2003. -М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 464 с.: ил.-(серия  "Полное руководство пользователя") изд. 3-е