Почему двоичное кодирование является универсальным: ответ для учеников 7 класса информатики

Двоичное кодирование информации - одна из важнейших базовых тем школьного курса информатики. Понимание принципов двоичного кодирования необходимо для изучения архитектуры компьютера, программирования и многих других разделов этой науки.

Что такое кодирование информации и зачем оно нужно

Любая информация, которой обмениваются люди или которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена в виде последовательности символов. Это дискретное представление информации. Процесс преобразования информации в такую форму называется кодированием.

Например, текст этой статьи представлен последовательностью букв русского и английского алфавитов. А звукозапись кодируется с помощью последовательности нулей и единиц. Кодирование нужно для того, чтобы информацию можно было передавать по каналам связи, хранить на физических носителях или обрабатывать с помощью компьютеров и других устройств.

Определение двоичного кодирования

Двоичный код использует всего два символа - 0 и 1. Эти два символа образуют двоичный алфавит . С помощью них можно закодировать любую информацию, поэтому двоичное кодирование называют универсальным . Например, каждый символ английского алфавита кодируется своей уникальной последовательностью нулей и единиц длиной в 8 разрядов. То есть используется двоичный код фиксированной длины из 8 бит.

Двоичный код удобен для компьютеров, так как естественно реализуется с помощью двух физических состояний - 0 может соответствовать выключенному транзистору, а 1 - включенному. Простота технической реализации - главное достоинство двоичного кода, хотя длина получаемого кода может быть большой.

Объяснение процесса дискретизации информации

Перед кодированием информация, как правило, подвергается дискретизации - разбиению на отдельные символы. Это необходимо, например, при переводе непрерывных аналоговых сигналов в цифровую форму.

Дискретизация звука для цифровой записи заключается в измерении амплитуды аналогового сигнала с регулярным интервалом и представлении каждого отсчета в виде двоичного кода. Чем выше частота дискретизации (или чем меньше интервал между отсчетами), тем меньше искажений при воспроизведении сигнала.

Аналогично происходит дискретизация изображения при переводе в цифровую форму. Исходное непрерывное изображение разбивается на пиксели, и значение цвета каждого пикселя кодируется двоичным кодом.

Текстовая и числовая информация изначально является дискретной, поэтому ее можно сразу кодировать, минуя этап дискретизации.

Далее будут рассмотрены подробности двоичного кодирования на примере текстовой информации.

Двоичный алфавит и его особенности

Двоичный алфавит уникален тем, что состоит всего из двух символов - 0 и 1. Это позволяет легко перевести в двоичный код любые другие алфавиты и системы счисления. Например, символы шестнадцатеричной системы счисления 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F кодируются 4-битными двоичными числами от 0000 до 1111.

Важной характеристикой двоичного алфавита является его мощность , то есть количество различных символов, которое можно закодировать. Мощность двоичного алфавита равна 2.

Связь между мощностью алфавита и длиной двоичного кода

Чтобы закодировать произвольный алфавит из N символов, нужен двоичный код длины K бит, где N = 2^K. То есть для алфавита из 4 символов достаточно 2² = 4 кодовых комбинации из 2 бит, для 8 символов нужно 2³ = 8 комбинаций из 3 бит и т.д.

Например, для английского алфавита из 26 букв необходим двоичный код длины K, удовлетворяющий уравнению: 26 = 2^K. Отсюда K = 5, то есть каждая буква кодируется уникальной 5-битной последовательностью 0 и 1. Таким образом, "почему двоичное кодирование является универсальным 7 класс информатика" связано с возможностью кодирования любого алфавита благодаря переходу к двоичному алфавиту.

Пример получения двоичных кодов для символов алфавита мощностью больше 2

"Почему двоичное кодирование универсально 7 класс информатика ответы" можно проиллюстрировать следующим примером. Рассмотрим алфавит из 8 символов - цифр от 0 до 7. Составим таблицу соответствия этих символов трехбитным двоичным кодам:

Исходя из мощности алфавита в 8 символов, была выбрана разрядность двоичного кода, равная 3 бита (2³ = 8). Этих кодовых комбинаций достаточно, чтобы однозначно закодировать все цифры от 0 до 7.