Ақпаратты ұсыну және өлшеу. Ақпаратты кодтау

Тақырыпты талдау

Ақпарат, оның түрлері, қасиеттері және процестері 5, 9 сынып

Ақпарат — қоршаған әлемдегі нысандар мен құбылыстар туралы мәліметтер. Адамның қабылдау тәсілі бойынша ол көру, есту, сипап-сезу, иіс және дәм арқылы қабылданатын болады; берілу түрі бойынша — мәтіндік, сандық, графикалық, дыбыстық, бейне.

Ақпараттың қасиеттері: өзектілік (дәл қазір маңызды), анықтық (шындыққа сәйкес), дәлдік, толықтық (шешім қабылдауға жеткілікті), құндылық (нақты міндет үшін пайдалылығы), объективтілік, түсініктілік. Мысал: кешегі ауа райы болжамы анық болуы мүмкін, бірақ енді өзекті емес.

Ақпараттық процестер: жинау, сақтау, өңдеу, беру. Беру сызбасы: ақпарат көзі → кодтаушы құрылғы → байланыс арнасы → декодтаушы құрылғы → қабылдаушы; арнаға кедергілер (шу) әсер етеді. Мысал: сөйлеуші — ақпарат көзі, ауа — арна, тыңдаушы — қабылдаушы.

Компьютер үшін кез келген ақпарат екілік түрде беріледі: сандар, мәтін, кескін және дыбыс алдымен сандарға, ал сандар 0 мен 1 тізбектеріне айналады. Себебі электрондық элемент екі күйді ең оңай әрі сенімді ажыратады: ток бар / ток жоқ.

Өлшем бірліктері және ақпаратты өлшеу тәсілдері 7, 8 сынып

Бірліктер тізбегі: 1 байт = 8 бит; 1 Кбайт = 1024 байт; 1 Мбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 1024 Мбайт; 1 Тбайт = 1024 Гбайт. Екінің дәрежесімен: 1 Кбайт = $2^{10}$ байт = $2^{13}$ бит, 1 Мбайт = $2^{20}$ байт = $2^{23}$ бит, 1 Гбайт = $2^{30}$ байт.

Аудару: кішірек бірлікке — көбейтеміз, ірірек бірлікке — бөлеміз. Мысал: 3 Мбайт = $3\cdot1024 = 3072$ Кбайт = $3\cdot2^{23} = 25\,165\,824$ бит; $2^{16}$ бит $= 2^{13}$ байт $= 8$ Кбайт.

Мазмұндық (ықтималдық) тәсіл: $N$ тең ықтимал оқиғаның біреуі болғаны туралы хабарлама $i$ бит ақпарат береді, мұнда $N = 2^i$ (Хартли формуласы, $i = \log_2 N$). «Тиын елтаңба жағымен түсті» — 1 бит ($N=2$), «8 жақты сүйектің 3-жағы түсті» — 3 бит, «32 карталық колодадан қарға дама алынды» — 5 бит.

Алфавиттік (техникалық) тәсіл: символдың ақпараттық салмағы $i$ алфавит қуаты бойынша $N = 2^i$ формуласынан табылады; $N$ екінің дәрежесі болмаса, жоғары қарай дөңгелектейміз: 33 әріптен тұратын алфавит → $2^5 = 32 < 33 \le 64 = 2^6$ → 6 бит. Хабарлама көлемі $I = K\cdot i$. Мысал: 64 символдық алфавит, 120 символдан тұратын хабарлама: $i = 6$, $I = 720$ бит $= 90$ байт.

$N$ символдан құралған $K$ ұзындықты әртүрлі хабарламалар саны: $Q = N^K$. Екі сигналдан (нүкте, сызықша) ұзындығы 1-ден 4-ке дейін $2+4+8+16 = 30$ түрлі код құруға болады.

Мәтінді кодтау: ASCII және Unicode 10 сынып

Кодтау кестесі әр символға нөмір (код) сәйкес қояды. ASCII — американдық стандарт, 7 бит, 128 символ: басқару символдары (0–31), бос орын (32), цифрлар (48–57), латынның бас әріптері (65–90), кіші әріптері (97–122). Есте сақтаған пайдалы: '0' = 48, 'A' = 65, 'a' = 97; кіші әріп бас әріптен дәл 32-ге үлкен.

Кеңейтілген 8 биттік кодтаулар (256 символ) ұлттық әріптер үшін кестенің екінші жартысын қосады: кириллицаға арналған Windows-1251, КОИ-8Р, CP866. Мәселе: бір байт тізбегі әртүрлі кодтауда әртүрлі оқылады («түсініксіз таңбалар»), ал ә, ғ, қ, ң, ө, ұ, ү, һ, і қазақ әріптері ескі кестелерде көбіне жоқ.

Unicode — барлық тілдердің әр символының өз нөмірі (кодтық нүктесі) бар бірыңғай стандарт: кириллицаның 'А' әрпі = 1040 (U+0410), қазақтың 'ә' әрпі = 1241 (U+04D9). Сақтау тәсілдері: UTF-8 — ұзындығы айнымалы 1–4 байт (латын 1 байт, кириллица мен қазақ әріптері 2 байт, ASCII-мен үйлесімді); UTF-16 — символдардың көпшілігіне 2 байт; UTF-32 — әрқашан 4 байт.

ҰБТ есептерінде «Unicode, әр символ — 16 бит» делінсе, символға 2 байт деп есептеңіз; «ASCII/КОИ-8/Windows-1251» — 1 байт (8 бит). Бос орындар, тыныс белгілері мен тырнақшалар да символ және олар да орын алады.

Мысал: «Я учу информатику!» — 18 символ (бос орындар мен «!» қоса). 16 биттік кодтауда: $18\cdot16 = 288$ бит $= 36$ байт; 8 биттікте — 18 байт.

Хабарламаларды кодтау және декодтау 5, 8 сынып

Тек компьютер үшін ғана кодтамайды: Морзе әліпбиі, Брайль қарпі, жалаушалар әліпбиі, ауыстыру шифры. Бірқалыпты код — барлық кодтық сөздердің ұзындығы бірдей (ASCII: әрқашан 8 бит), оны декодтау оңай: хабарламаны тең бөліктерге бөлеміз. Мысал: A = 00, B = 01, C = 10, D = 11; 011100 хабарламасы → 01|11|00 → BDA.

Бірқалыпсыз код — сөздердің ұзындығы әртүрлі (Морзе); хабарлама қысқа болуы үшін жиі кездесетін символдарға қысқа код беріледі. Бірақ оны әрдайым бірмәнді декодтауға бола бермейді: A = 0, B = 1, C = 01 болса, 01 коды AB деп те, C деп те оқылады.

Фано шарты: ешбір кодтық сөз басқа сөздің басы (префиксі) болмауы керек. Шарт орындалса, хабарлама солдан оңға қарай бірмәнді декодталады. Мысал: A = 0, B = 10, C = 110, D = 111 — шарт орындалады; 0101100111 → 0|10|110|0|111 → ABCAD.

$M$ нысанды (спортшылардың нөмірлері, түстер, символдар) бірдей ең аз бит санымен кодтау керек болса, $2^i \ge M$ болатын ең кіші $i$-ді аламыз.

Графиканы кодтау 5, 7 сынып

Растрлық кескін — нүктелер (пиксельдер) торы, әрқайсысына түс коды сәйкес қойылады. $i$ бит түс тереңдігі $N = 2^i$ түс береді: 1 бит — ақ-қара (2 түс), 4 бит — 16 түс, 8 бит — 256 түс, 16 бит — 65 536 (High Color), 24 бит — шамамен 16,7 млн (True Color). Көлемі: $V = W\cdot H\cdot i$. Мысал: $640\times480$, 256 түс: $640\cdot480\cdot8$ бит $= 307\,200$ байт $= 300$ Кбайт.

RGB моделі: пиксель түсі қызыл, жасыл және көк түстерден құралады, әрқайсысы 0-ден 255-ке дейін (8 биттен, барлығы 24 бит). (255, 0, 0) — қызыл, (0, 0, 0) — қара, (255, 255, 255) — ақ; HTML-де #FF0000 деп жазады. Баспа үшін CMYK моделі қолданылады.

Векторлық кескін геометриялық фигуралар (сызықтар, шеңберлер, қисықтар) жиыны ретінде олардың координаттары мен түстерімен сақталады. Вектордың артықшылығы: сапасын жоғалтпай масштабталады, файлы әдетте шағын (логотиптер, сызбалар, қаріптер). Кемшілігі: фотосуреттерге нашар келеді. Растр: фотошынайы, бірақ үлкейткенде «шаршылар» көрінеді және көлемі ажыратымдылыққа қарай өседі.

Пішімдер: растрлық — BMP (сығусыз, үлкен), PNG (жоғалтусыз сығу, мөлдірлік), JPEG (жоғалтумен сығу, фото), GIF (256 түс, анимация); векторлық — SVG, CDR, AI. Бір сурет BMP-де PNG немесе JPEG-ке қарағанда бірнеше есе ауыр.

Дыбыс пен бейнені кодтау 7–8 сынып

Дыбыс — үздіксіз (аналогтық) толқын. Цифрлау (дискреттеу): тең уақыт аралықтарында сигнал деңгейі өлшенеді, әр өлшем $i$ биттік санмен жазылады. Дискреттеу жиілігі $f$ — секундтағы өлшемдер саны (8 кГц — телефон, 44,1 кГц — CD, 48 кГц — бейне). Кодтау тереңдігі $i$ (8, 16, 24 бит) — дыбыс қаттылығының неше деңгейі ажыратылатыны: $2^i$.

Дыбыс көлемі: $V = f\cdot i\cdot k\cdot t$, мұнда $k$ — арналар саны (моно 1, стерео 2, квадро 4). Мысал: стерео, 32 кГц, 16 бит, 1 минут: $32\,000\cdot16\cdot2\cdot60 = 61\,440\,000$ бит $= 7\,680\,000$ байт $= 7500$ Кбайт $\approx 7{,}3$ Мбайт.

Дискреттеу жиілігі мен кодтау тереңдігі неғұрлым жоғары болса, дыбыс соғұрлым дәл және файл үлкен болады; көлем әр көбейткішке тура пропорционал өседі. Пішімдер: WAV (сығусыз), MP3, AAC, OGG (сығылған).

Бейне — кадрлар тізбегі (әдетте секундына 24–30, сондай-ақ 60 кадр) және дыбыс жолы. Сығусыз: $V = W\cdot H\cdot i\cdot\nu\cdot t$ (+ дыбыс көлемі). Сондықтан бейне әрқашан дерлік сығылады (MP4/H.264, AVI, MKV).

Файл өлшемдері, сығу және мұрағаттау 7 сынып

Бір ақпарат әртүрлі пішімде әртүрлі көлем алады: .txt-тегі мәтін — тек символдар, .docx-те пішімдеу қосылады; .bmp-дегі сурет — сығусыз, .png және .jpg-де — сығылған.

Жоғалтусыз сығу (ZIP, RAR, 7z, PNG) — ашқаннан кейін деректер дәл сол күйінде қалпына келеді; мәтіндерге, программаларға, кестелерге қажет. Қайталанатын деректер жақсы сығылады: AAAAAABBB жолын 6A3B деп жазуға болады (қатарлар ұзындығын кодтау). Жоғалтумен сығу (JPEG, MP3, MP4) адам байқай қоймайтын бөліктерді алып тастайды; файл бірнеше есе кіші, бірақ түпнұсқаны қалпына келтіру мүмкін емес.

Мұрағат — бір немесе бірнеше сығылған файлды қамтитын файл (.zip, .rar, .7z). Мұрағаттауыш мұрағаттарды жасай және аша алады, оларды томдарға бөледі, құпиясөз қояды, өздігінен ашылатын мұрағаттар (.exe) жасайды. Сығу коэффициенті = бастапқы көлем : сығылған көлем.