Количество и единицы измерения информации.
Подход к определению количества информации статистический. Согласно ему количество информации определяется как количество элементов. Пример:
1. Книга содержит 300000 знаков (буквы, знаки препинания, цифры, пробелы и т. д.). Журнал же содержит 5000 знаков, т. е. там, где больше элементов, там же и больше информации.
2. Я заказал телефонный разговор с другим городом на 5 минут, а другой человек заказал разговор на 15 минут. Кто может больше передать информации?
3. Небольшая картина и огромное живописное полотно (бородинская панорама) и т. д.
Статистический способ определения количества информации применяется при организации её передачи, хранения, преобразования или уничтожения. Статистический способ, измеряя информацию, не учитывает её смысл. Пример:
1. Определите количество информации в этой фразе (43 байта)
5
2. Определение количества информации вероятный. Единица информации при этом является бит. Один бит информации содержится в ответе да или нет, если оба варианты ответов равновероятны. Пример:
При подбрасывании монетки ответ на вопрос, какой стороной она упала, содержит 1 бит. Если число возможных исходов больше двух, то количество информации можно определить методом дихотомии. Пример определения количества информации при выборе карты из колоды. Пронумеруем карты.
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36 1бит
Определите методом дихотомии, сколько информации содержится в ответе на вопрос: «Какая масть выпадет при случайном вытаскивании карты из колоды.»
Пример: определите количество информации, содержащиеся в ответе на вопрос: «Какое число выпало при бросании игральной кости.»
Единица знака¾байт=8 битам. Пример: Определите, сколько байт содержится в ответе на предыдущий пример. 2 байта.
Сколько байт содержится в фразе, написанной ранее. 168 байт. Более крупные единицы называются Кбайты. 1Кбайт=1024 байта, дальше Мбайт¾1024 Кбайт, дальше Гбайт¾1024 Мбайт, дальше Тбайт¾ 1024 Гбайт. Средний персональный компьютер хранит в себе около 10 Гбайт. Одна дискета может хранить 1,5 Мбайта, CD диск имеет ёмкость около 700 Мбайт
Измерение количества графической информации.
10000000001
01000000010
00100000100
00010001000
00001010000
00000100000
00001010000
00010001000
00100000100
01000000010
10000000001
На экране монитора изображение составлено по горизонтали из 800 точек,
по вертикали из 640 строк. Всего точек 480000, каждая из которых записывается числом, обозначающим её цвет. Максимальное количество цветов, которое может содержать компьютер составляет 16,7 миллиона. Это позволяет воспроизводить на экране компьютера естественные цвета. Точечный способ записи изображения позволяет хранить и воспроизводить любые изображения, но имеет недостатки:
1. Изображение при увеличении или деформации становится зернистым.
2. Такое изображение занимает в памяти компьютера очень большой объём.
Векторный способ хранения изображения заключается в том, что изображение описывается математическими формулами. Сама формула занимает мало места в памяти компьютера, и при запуске соответствующие программы преобразовывают эту формулу в изображение. Этот способ имеет следующие достоинства:
1. Очень экономичен.
2. При изменении параметров картинка будет меняться, т. е. каждая формула содержит не одну, а сотни картинок, что позволяет создавать двигающиеся изображение. Недостатком векторного способа является сложность некоторых формул для построения фотореалистичного изображения. Пример: рекламное изображение всё-таки до сих пор не создают полного эф
3. фекта реальности и больше похожи на мультипликацию, но развивающиеся компьютерные технологии очень скоро приведут к тому, что эти изображения будут полностью неотличимы от реальных. Это позволит создавать кинофильмы на компьютере.
Позиционные системы счисления
Перевод чисел из одной позиционной системы счисления в другую
Арифметические операции с числами в позиционных системах счисления
(из сборника "Введение в информатику. Лабораторные работы.
/ Авт.-сост. А.П. Шестаков; Перм. ун-т. — Пермь, 1999. (Ч. I — 56 с.)")
Системой счисления называется совокупность приемов наименования и записи чисел. В любой системе счисления для представления чисел выбираются некоторые символы (их называют цифрами), а остальные числа получаются в результате каких-либо операций над цифрами данной системы счисления.
Система называется позиционной, если значение каждой цифры (ее вес) изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число.
Число единиц какого-либо разряда, объединяемых в единицу более старшего разряда, называют основанием позиционной системы счисления. Если количество таких цифр равно P, то система счисления называется P-ичной. Основание системы счисления совпадает с количеством цифр, используемых для записи чисел в этой системе счисления.
Запись произвольного числа x в P-ичной позиционной системе счисления основывается на представлении этого числа в виде многочлена
x = anPn + an-1Pn-1 + ... + a1P1 + a0P0 + a-1P-1 + ... + a-mP-m
Арифметические действия над числами в любой позиционной системе счисления производятся по тем же правилам, что и десятичной системе, так как все они основываются на правилах выполнения действий над соответствующими многочленами. При этом нужно только пользоваться теми таблицами сложения и умножения, которые соответствуют данному основанию P
системы счисления.
При переводе чисел из десятичной системы счисления в систему с основанием P > 1 обычно используют следующий алгоритм:
1) если переводится целая часть числа, то она делится на P, после чего запоминается остаток от деления. Полученное частное вновь делится на P, остаток запоминается. Процедура продолжается до тех пор, пока частное не станет равным нулю. Остатки от деления на P выписываются в порядке, обратном их получению;
2) если переводится дробная часть числа, то она умножается на P, после чего целая часть запоминается и отбрасывается. Вновь полученная дробная часть умножается на P и т.д. Процедура продолжается до тех пор, пока дробная часть не станет равной нулю. Целые части выписываются после двоичной запятой в порядке их получения. Результатом может быть либо конечная, либо периодическая двоичная дробь. Поэтому, когда дробь является периодической, приходится обрывать умножение на каком-либо шаге и довольствоваться приближенной записью исходного числа в системе с основанием P.
Примеры решения задач
1. Перевести данное число из десятичной системы счисления в двоичную:
а) 464(10); б) 380,1875(10); в) 115,94(10) (получить пять знаков после запятой в двоичном представлении).
Решение.
464 | 0 380 | 0 |1875 115 | 1 |94 232 | 0 190 | 0 0|375 57 | 1 1|88 116 | 0 95 | 1 0|75 28 | 0 1|76 58 | 0 47 | 1 1|5 14 | 0 1|52а) 29 | 1 б) 23 | 1 1|0 в) 7 | 1 1|04 14 | 0 11 | 1 3 | 1 0|08 7 | 1 5 | 1 1 | 1 0|16 3 | 1 2 | 0 1 | 1 1 | 1
а) 464(10) = 111010000(2); б) 380,1875(10) = 101111100,0011(2); в) 115,94(10) » 1110011,11110(2) (в настоящем случае было получено шесть знаков после запятой, после чего результат был округлен).
Если необходимо перевести число из двоичной системы счисления в систему счисления, основанием которой является степень двойки, достаточно объединить цифры двоичного числа в группы по столько цифр, каков показатель степени, и использовать приведенный ниже алгоритм. Например, если перевод осуществляется в восьмеричную систему, то группы будут содержать три цифры (8 = 23). Итак, в целой части будем производить группировку справа налево, в дробной — слева направо. Если в последней группе недостает цифр, дописываем нули: в целой части — слева, в дробной — справа. Затем каждая группа заменяется соответствующей цифрой новой системы. Соответствия приведены в таблицах.
|
P |
2 |
00 |
01 |
10 |
11 |
|
4 |
0 |
1 |
2 |
3 |
|
P |
2 |
000 |
001 |
010 |
011 |
100 |
101 |
110 |
111 |
|
8 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
P |
2 |
0000 |
0001 |
0010 |
0011 |
0100 |
0101 |
0110 |
0111 |
1000 |
1001 |
1010 |
1011 |
1100 |
1101 |
1110 |
1111 |
|
16 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
Переведем из двоичной системы в шестнадцатеричную число 1111010101,11(2).
0011 1101 0101,1100(2) = 3D5,C(16).
При переводе чисел из системы счисления с основанием P в десятичную систему счисления необходимо пронумеровать разряды целой части справа налево, начиная с нулевого, и в дробной части, начиная с разряда сразу после запятой слева направо (начальный номер -1). Затем вычислить сумму произведений соответствующих значений разрядов на основание системы счисления в степени, равной номеру разряда. Это и есть представление исходного числа в десятичной системе счисления.
2. Перевести данное число в десятичную систему счисления.
а) 1000001(2).
1000001(2)=1× 26+0× 25+0× 24+0× 23+0× 22+ 0× 21+1× 20 = 64+1=65(10).
Замечание. Очевидно, что если в каком-либо разряде стоит нуль, то соответствующее слагаемое можно опускать.
б) 1000011111,0101(2).
1000011111,0101(2)=1×29 + 1×24 + 1×23 + 1×22 + 1×21 + 1×20 + 1×2-2 + 1×2-4 = 512 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 + 0,25 + 0,0625 = 543,3125(10).
в) 1216,04(8).
1216,04(8)=1×83+2×82+1×81+6×80+4× 8-2 = 512+128+8+6+0,0625 = 654,0625(10).
г) 29A,5(16).
29A,5(16) = 2×162+9×161+10×160+5×16-1 = 512+144+10+0,3125 = 656,3125(10).
Для выполнения арифметических операций в системе счисления с основанием P необходимо иметь соответствующие таблицы сложения и умножения. Для P = 2, 8 и 16 таблицы представлены ниже.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Сложить числа:
а) 10000000100(2) + 111000010(2) = 10111000110(2).
б) 223,2(8) + 427,54(8) = 652,74(8).
в) 3B3,6(16) + 38B,4(16) = 73E,A(16).
10000000100 223,2 3B3,6+ 111000010 + 427,54 +38B,4------------ ------- -----10111000110 652,74 73E,A
4. Выполнить вычитание:
а) 1100000011,011(2) - 101010111,1(2) = 110101011,111(2).
б) 1510,2(8) - 1230,54(8) = 257,44(8).
в) 27D,D8(16) - 191,2(16) = EC,B8(16).
1100000011,011 1510,2 27D,D8- 101010111,1 -1230,54 -191,2-------------- ------- ------110101011,111 257,44 EC,B8
5. Выполнить умножение:
а) 100111(2) ´ 1000111(2) = 101011010001(2).
б) 1170,64(8) ´ 46,3(8) = 57334,134(8).
в) 61,A(16) ´ 40,D(16) = 18B7,52(16).
100111 1170,64 61,A
*1000111 * 46,3 *40,D ------------- -------------- ---------- 100111 355 234 4F 52+ 100111 + 7324 70 + 1868
100111 47432 0 ---------- 100111 ------------- 18B7,52 ------------- 57334,134 101011010001