Двоичная арифметика. Представление чисел и информации в ЭВМ.

Cпособы представления информации в ЭВМ.

Представление целых чисел.
Для эффективности использования памяти в ЭВМ используют разные методы представления целых чисел. При этом применяется формат с фиксированной запятой.
Для положительных (без знаковых) чисел все биты ячейки памяти участвуют в указании количественного значения числа.

В случае если нужно указать число со знаком, старший бит в двоичной системе выделяется для указания знака. Для замены операции вычитания операцией сложения, отрицательные числа в памяти компьютера хранятся в дополнительном коде.

Представление вещественных чисел.
Для выполнения операций с большей точностью в компьютере используется формат представления чисел с плавающей запятой. При таком кодировании часть разрядов отводится для указания порядка, другая часть для указания мантиссы и один бит для указания знака.
Операции над такими числами выполняет математический сопроцессор.

Представление текстовой информации.
В случае текстовой информации, каждому символу сопоставляется двоичное число, образуя таблицу кодировок символов. Существует различные стандарты кодировок: ASCII, UCS-2, UCS-4.

Представление графической информации.
Для кодирования графической информации все изображение делиться на равные участки – пиксели. Чем больше пикселей, тем качественнее представление графического изображения. Каждый пиксель задается двоичным кодом цвета дискретизированной области. В основном применяют кодировки RGB (Red-Green-Blue) - для устройств, работающих по принципу излучения (мониторы), CMYK (Cyan-Yellow-Magenta-Black) - для устройств, работающих по принципу отражения от белого (печать на бумагу).
В системе RGB при глубине цвета 24 бита, состояние пикселя задается 24 битами, из которых 8 бит используется для задания интенсивности красного, 8 бит – интенсивности зеленого и последние 8 бит - интенсивности синего. Таким образом, три цвета, смешиваются в разных соотношениях, и получается 224 различных цветов.

Представление звуковой информации.
В электронных устройствах регистрации звука формируется непрерывно меняющиеся во времени напряжение или ток, т.е. аналоговый электрический сигнал. Для записи этого сигнала в компьютер необходима дискретизация этого сигнала по уровню и по времени. Эту функцию выполняю специальные электронные устройства – аналогово-цифровые преобразователи. Через каждый короткий промежуток времени в виде двоичного числа регистрируется уровень сигнала. Таким образом, звуковой сигнал представляет собой поток двоичных чисел.
Обычно глубина кодирования (дискретизация по уровню) составляет 16 бит (65536 уровней), а частота дискретизации 24000 раз в секунду.
При воспроизведении звука цифровыми устройствами, поток чисел обратно представляются в аналоговый сигнал при помощи цифро-аналогового преобразователя.
Универсальный звуковой формат файла без сжатия это WAV. Наиболее распространенный формат со сжатием - MP3.

Представление видео - информации.
Видео представляет собой поток последовательно сменяющихся кадров изображений. Следовательно, представление видео в ЭВМ сводится к представлению потока графической информации. Телевизионный формат воспроизведения видео использует разрешение кадра 720*576 точек с 24 битовой глубиной цвета. Скорость воспроизведения составляет 25 кадров в секунду. Объем передаваемой при этом информации составляет:
24бита*720*576*25=248832000 бит/с или приблизительно 30 Мбайт/с.
Это составляет очень большой поток данных, поэтому при хранении и передачи видео используют разные методы сжатия (MPEG, AVI). В современных цифровых видеокамерах запись видео выполняется в цифровой форме после предварительного сжатия.