Vnitřní reprezentace dat



Podobné dokumenty
Čísla v počítači Výpočetní technika I

Přednáška 2: Čísla v počítači. Práce s počítačem. Číselné soustavy. Převody mezi soustavami. Aritmetické operace. Uložení čísel v paměti počítače

Přednáška 3: Vnitřní reprezentace dat. Uložení dat v paměti počítače. Organizace dat na discích. Datové formáty. Přednáška 3:

Vnitřní reprezentace dat Výpočetní technika I

Tato tematika je zpracována v Záznamy přednášek: str materiál: PrikladyZobrazeniCisel.pdf

3 Jednoduché datové typy Interpretace čísel v paměti počítače Problémy s matematickými operacemi 5

Jak v Javě primitivní datové typy a jejich reprezentace. BD6B36PJV 002 Fakulta elektrotechnická České vysoké učení technické

Y36SAP - aritmetika. Osnova

Principy počítačů I Reprezentace dat

Algoritmy a datové struktury

Informace, kódování a redundance

Data v počítači. Informační data. Logické hodnoty. Znakové hodnoty

Zobrazení dat Cíl kapitoly:

Úvod do informačních technologií

Informatika Datové formáty

Ahoj mami. Uložení dat v počítači. Příklady kódování dat. IAJCE Přednáška č. 4

Číselné soustavy. Ve světě počítačů se využívají tři základní soustavy:

Zpracování zvuku v prezentacích

Nejvyšší řád čísla bit č. 7 bit č. 6 bit č.5 bit č. 4 bit č. 3 bit č. 2 bit č. 1 bit č. 0

Mikroprocesorová technika (BMPT)

Číselné soustavy. Binární číselná soustava

Nejvyšší řád čísla bit č. 7 bit č. 6 bit č.5 bit č. 4 bit č. 3 bit č. 2 bit č. 1 bit č. 0

Převody datových formátů

Aplikovaná informatika. Podklady předmětu Aplikovaná informatika pro akademický rok 2006/2007 Radim Farana. Obsah. Obsah předmětu

Principy počítačů. Prof. RNDr. Peter Mikulecký, PhD.

Multimediální systémy. 08 Zvuk

Číselné soustavy v mikroprocesorové technice Mikroprocesorová technika a embedded systémy

Úvod do informačních technologií

C2115 Praktický úvod do superpočítání

REPREZENTACE DAT. Principy počítačů I. Literatura. Literály. Typy dat. Literály. Čísla Instrukce. Znaky. Logické hodnoty

Fz =a z + a z +...+a z +a z =

Informační a komunikační technologie

Osnova přednášky. Formáty uložení dat. Vyjádření hodnot datového typu. Vyjádření hodnot datového typu. Datové formáty. Výpočetní technika I

Multimediální formáty

Reprezentace dat. INP 2008 FIT VUT v Brně

7. Relační a prezentační vrstva

ČÍSELNÉ SOUSTAVY PŘEVODY

Zvuk a jeho vlastnosti

Práce s obrazovým materiálem CENTRUM MEDIÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ. Akreditované středisko dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků

Principy cpypočítačůčů a operačních systémů

1.1 Struktura programu v Pascalu Vstup a výstup Operátory a některé matematické funkce 5

Kódy a kódování dat. Binární (dvojkové) kódy. Kód Aikenův

2 Ukládání dat do paměti počítače

Informace, kódování a redundance

Java reprezentace dat, výrazy. A0B36PR1-Programování 1 Fakulta elektrotechnická České vysoké učení technické

PJC Cvičení #2. Číselné soustavy a binární reprezentace proměnných

Výklad učiva: Co je to počítač?

Název školy: Základní škola a Mateřská škola Žalany

Úvod do programování 7. hodina

4 Datové struktury. Datové struktury. Zobrazení dat v počítači

Digitalizace signálu (obraz, zvuk)

v aritmetické jednotce počíta

Sada 1 CAD Zobrazování RGB

Základy číslicové techniky z, zk

Zmatky při pouţívání češtiny a moţná řešení

Digitalizace dat metodika

Aritmetické operace a obvody pro jejich realizaci

Petr Krajča. Katedra informatiky Univerzita Palackého v Olomouci. Petr Krajča (UP) KMI/YOS: Přednáška II. 14. říjen, / 26

Algoritmizace a programování

Čísla v plovoucířádovéčárce. INP 2008 FIT VUT v Brně

Základní jednotky používané ve výpočetní technice

- speciální symboly + - * / =., < > <> <= >= a další. Klíčová slova jsou chráněnými útvary, které nelze použít ve významu identifikátorů.

VÝRAZY výrazy = operandy prokládané operátory, vyhodnocované podle priority operátorů

Architektury počítačů

Informatika I - 5. doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. KIN. Spojení: Ing. Bc. Marian Lamr INN

Dnešní téma. Oblasti standardizace v ICT. Oblasti standardizace v ICT. Oblasti standardizace v ICT

Úvod do počítačové grafiky

Základní principy zobrazení čísla Celá čísla s pevnou řádovou čárkou Zobrazení reálných čísel Aritmetika s binárními čísly

Počítačová grafika SZŠ A VOŠZ MERHAUTOVA 15, BRNO

1. Chyby vstupních dat metody převedení úlohy na numerickou (řád použité metody) zaokrouhlovací reprezentace čísel v počítači

Výuka IVT na 1. stupni

Číselné soustavy. Binární číselná soustava

Konverze textových formátů

Konverze textových formátů

Paměť počítače. dočasná / trvalá. Parametry pamětí : kapacita ( udává kolik dat se do paměti vejde )

Znaky. IAJCE Přednáška č. 10. každému znaku je nutné přiřadit nějaké číslo (nezáporné přímé mapování znak <->

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl Tematická oblast ELEKTRONIKA

Exponent. Integer 4 bajty až Double Integer 8 bajtů až

GRAFICKÉ ADAPTÉRY. Pracovní režimy grafické karty

7. Relační a prezentační vrstva

Sada 1 - Základy programování

OPTICKÁ MÉDIA A MECHANIKY

Počítač jako elektronické, Číslicové zařízení

Číselné soustavy. Prvopočátky. Starověký Egypt a Mezopotámie. Již staří Římané

Architektura protokolů

Úloha 1 Spojte binární obrazy na obrázku s hodnotami, které reprezentují.

Pro úlohy digitálního zpracování obrazu je příznačný velký objem dat. Doposud ani rychlé počítače s konvenční sériovou architekturou nejsou schopny

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 6

Hardware. Z čeho se skládá počítač

Datové typy a jejich reprezentace v počítači.

5. Zobrazovací jednotky

ADT/ADS = abstraktní datové typy / struktury

Multimediální systémy. 02 Reprezentace barev v počítači

Jak pracovat s absolutními hodnotami

Převod Bin do BCD pomocí Hornerova schématu

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností a hlavnímu parametry.

Kódování a Šifrování. Iveta Nastoupilová

Čísla a číselné soustavy.

Barvy na počítači a grafické formáty

Počítačová gramotnost II Mgr. Jiří Rozsypal aktualizace

Transkript:

.. Vnitřní reprezentace dat Ing. Pavel Haluza ústav informatiky PEF MENDELU v Brně haluza@mendelu.cz

Osnova přednášky Práce s počítačem ergonomie údržba počítače Číselné soustavy poziční a nepoziční soustavy převody mezi soustavami aritmetické operace v různých soustavách Uložení dat v paměti počítače čísla znaky zvuky obrazy

Práce s počítačem Ergonomie Ergonomie Nauka o tom, jak má člověk pracovat u počítače, aby mu to způsobilo co nejmenší zdravotní újmu Tělo lokty ohnuté do pravého úhlu, drženy u těla zápěstí narovnaná, nepokládáme před klávesnici prsty nad klávesami mírně pokrčíme myš držíme volně, nepokládáme zápěstí na podložku nohy jsou volně položeny celou plochou chodidla na podlaze Poloha monitoru při práci s počítačem velmi trpí zejména oči doporučená vzdálenost od monitoru je 40 60 cm kratší vzdálenost poškozuje oči vlivem viditelného záření delší vzdálenost poškozuje oči namáhavým zaostřováním

Práce s počítačem Údržba počítače Údržba počítače Prach, tekutiny, drobky, mechanické vlivy počítač je plný elektroniky, proto přitahuje prach ve velké míře na základní oprášení postačí suchá nebo polosuchá prachovka, pozor na únik tekutin obvykle jednou ročně je třeba provést důkladnější údržbu vnitřku počítače vysavačem klávesnice vyžaduje speciální údržbu Teplo urychluje korozi a zkracuje životnost součástek vrstva prachu uvnitř počítače tepelně izoluje počítač neumisťujeme do blízkosti topných těles pozor na tepelný šok při přenosu z chladu do tepla

Práce s počítačem Údržba počítače Údržba počítače Cigarety kouření v blízkosti počítače zkracuje životnost až o 40 % pevný disk je uzavřen ve vzduchotěsné schránce molekuly v cigaretovém kouři jsou ale mnohem menší než molekuly vzduchu! Magnetické a elektromagnetické pole, elektřina, záření škodí především datům uloženým na magnetických pamětech (pevný disk, disketa) motor tiskáren může produkovat elektromagnetické pole magnetické šroubováky v blízkosti počítače nepoužíváme do zásuvky, ve které je počítač, by neměly být zapojeny žádné větší motory ani topná tělesa přímé sluneční záření škodí monitorům, obraz bledne

Číselné soustavy Číselné soustavy Způsob reprezentace čísel Rozdělení podle způsobu určení hodnoty čísla z dané reprezentace Čísla se skládají z uspořádané množiny symbolů číslic Poziční soustavy hodnota každé číslice je dána její pozicí v sekvenci symbolů pozicí je dána váha pro výpočet celkové hodnoty čísla nezbytným předpokladem je objevení symbolu pro nulu Nepoziční soustavy hodnota číslice není dána jejím umístěním v sekvenci číslic neobsahují symbol pro nulu a záporná čísla

Číselné soustavy Nepoziční soustavy Nepoziční soustavy Dnes téměř nepoužíváno, spíše historická záležitost Výhodou jednoduché sčítání a odečítání Nevýhodou dlouhý zápis čísel, která výrazně převyšují hodnotu největšího symbolu soustavy mayské číslice egyptské číslice řecké číslice

Číselné soustavy Nepoziční soustavy Nepoziční soustavy Římské číslice způsob zápisu čísel pomocí písmen abecedy základem soustavy je sedm symbolů: I = 1 X = 10 C = 100 M = 1 000 V = 5 L = 50 D = 500 Ivan Vedl Xénii Lesní Cestou Do Města Ivan, Vašek, Xénie Lijí Cín Do Mumie větší číslice vždy předcházejí menším ve středověku byly pro zkrácení zápisu doplněny složené symboly, u kterých menší číslice předchází větší IV = 4 XL = 40 CD = 400 IX = 9 XC = 90 CM = 900

Číselné soustavy Nepoziční soustavy Nepoziční soustavy Unární číselná soustava číslo je vyjádřeno opakováním jediného (stejného) symbolu

Číselné soustavy Poziční soustavy Poziční soustavy Nejrozšířenější jsou polyadické soustavy o základu z, kde z je celé číslo větší než 1 Taková soustava má z různých číslic (například desítková soustava obsahuje číslice 0 9) Způsoby vyjádření čísla poziční zápis polynomiální zápis ± + i= (a n a 0 ) z a i z i, kde a i {0,, z 1}

Číselné soustavy Poziční soustavy Významné soustavy Dvojková soustava (binární) 2 číslice (0, 1) Osmičková soustava (oktalová) 8 číslic (0, 1,, 7) Desítková soustava (dekadická) 10 číslic (0, 1,, 9) Šestnáctková soustava (hexadecimální) 16 číslic Jak vyjádřit šestnáctkovou soustavu, když máme k dispozici jen 10 číslic? použijeme písmena anglické abecedy 10 = A, 11 = B, 12 = C, 13 = D, 14 = E, 15 = F šestnáctková soustava tedy obsahuje číslice 0, 1,, F Za jakou soustavu lze považovat Morseovu abecedu? Jaké číselné soustavy ještě znáte a běžně používáte?

Číselné soustavy Poziční soustavy Důvody pro zavedení dvojkové soustavy Počítač je zařízení, které zpracovává jen číselné údaje Tyto číselné údaje jsou v počítači uloženy ve dvojkové soustavě, tj. v podobě 0 a 1 Technicky není problém rozlišit dva různé stavy (proud protéká neprotéká) Nejmenší jednotkou paměti je buňka, která dokáže uchovat informaci o velikosti 1 bitu Dvojkovou soustavu představil již německý filozof, vědec a matematik Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646 1716)

Číselné soustavy Převody mezi soustavami Převod z desítkové soustavy do libovolné soustavy Převody mezi soustavami Převod z desítkové soustavy do libovolné postupně dělíme základem cílové soustavy a sbíráme zbytky Hledáme hodnoty a 0,, a n tak, aby platilo x = a n z n + + a 1 z + a 0 Příklad: převádíme 123 do devítkové soustavy 123 div 9 = 13 123 mod 9 = a 0 = 6 13 div 9 = 1 13 mod 9 = a 1 = 4 1 div 9 = 0 1 mod 9 = a 2 = 1 Kontrola: x = a 2 z 2 + a 1 z 1 + a 0 = 1 9 2 + 4 9 1 + 6 = 123 123 10 = 146 9

Číselné soustavy Převody mezi soustavami Převod z desítkové soustavy do libovolné soustavy Převody mezi soustavami Desetinná čísla při převodu rozdělíme na celou a desetinnou část Celou část převedeme standardně dělením základem cílové soustavy a sběrem zbytků Desetinnou část převedeme násobením základem cílové soustavy a sběrem celých částí výsledků Příklad: převádíme 32,75 do osmičkové soustavy 32 div 8 = 4 32 mod 8 = a 0 = 0 4 div 8 = 0 4 mod 8 = a 1 = 4 0,75 8 = 6,0 celá část (a 1 ) = 6, desetinná část = 0,0 Kontrola: x = a 1 z 1 + a 0 + a 1 z 1 = 4 8 1 + 0 + 6 8 1 = 32,75 32,75 10 = 40,6 8

Číselné soustavy Převody mezi soustavami Převod z libovolné soustavy do desítkové soustavy Převody mezi soustavami Převod z libovolné soustavy do desítkové vyčíslením z-adického tvaru čísla ve tvaru řady x = a n z n + + a 1 z + a 0 Příklady: 314 5 = 3 5 2 + 1 5 1 + 4 5 0 = 84 1001 2 = 1 2 3 + 0 2 2 + 0 2 1 + 1 2 0 = 9 F1 16 = 15 16 1 + 1 16 0 = 241 17 8 = 1 8 1 + 7 8 0 = 15 411 7 = 4 7 2 + 1 7 1 + 1 7 0 = 204 123 10 = 1 10 2 + 2 10 1 + 3 10 0 = 123 3,21 4 = 3 4 0 + 2 4 1 + 1 4 2 = 3,5625

Číselné soustavy Převody mezi soustavami Převody mezi soustavami o různých základech Převody mezi soustavami Převod mezi soustavami o základu 2 n pro použití v počítači mají hlavní význam 1 číslice soustavy o základu 2 n odpovídá n číslicím binární soustavy 1 číslice osmičkové soustavy odpovídá 3 číslicím dvojkové soustavy, protože 8 = 2 3 příklad: 6 8 = 110 2 Převod mezi libovolnými soustavami nejjednodušší způsob přes desítkovou soustavu příklad: 1F 16 = 31 10 = 111 5

Číselné soustavy Aritmetické operace Sčítání a odčítání Stejný princip ve všech soustavách, tedy i v desítkové Kdykoliv při sčítání v nějakém řádu součet dosáhne základu soustavy, nebo jej překročí, provedeme přenos do vyššího řádu Příklady: 423 6 1341 6 521 6 3125 6 42714 8 17043 8 23651 8

Číselné soustavy Aritmetické operace Násobení Opět stejný princip ve všech soustavách Do vyššího řádu převádíme kdykoli po překročení základu soustavy Příklad: 32 4 21 4 32 4 130 4 1332 4 Zapisujeme, o kolik jsme překročili nejbližší násobek základu soustavy Pamatujeme si, kolikrát jsme překročili základ soustavy Dělení lze provést také, ale prakticky se nepoužívá

Čísla Čísla v počítači Operační paměť počítače je rozdělena do adresovatelných jednotek velikosti slabiky (bajtu) Ve slabice číslujeme bity 0 a 7, přičemž bit 0 je bitem nejnižšího řádu, bit 7 je bitem nejvyššího řádu Možnosti uložení čísel v počítači kladná čísla přímo na určitém prostoru bez nutnosti úprav záporná čísla je potřeba uložit navíc informaci o znaménku, k tomu stačí jeden bit reálná čísla oblast paměti je rozdělena na tři části (znaménko, mantisa, exponent)

Čísla Kladná čísla Kladná čísla Uložení čísla v jedné slabice: Dekadicky 0 137 255 Binárně ve slabice 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 0 0 0 1 0 0 1 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Čísla Záporná čísla Záporná čísla Bit nejvyššího řádu je obětován pro znaménko 0xxxxxxx kladné číslo 1xxxxxxx záporné číslo Pro vyjádření hodnoty potom zůstává v 1 bajtu pouze 7 bitů, ve 2 bajtech pouze 15 bitů apod. Možnosti vyjádření záporného čísla v počítači přímý kód inverzní kód doplňkový kód kód s posunutou nulou

Čísla Záporná čísla Přímý kód Nejvyšší bit je obětován pro znaménko, zbývající bity beze změn Příklad: vyjádření čísel 62 a 62 00111110 2 (62) 10111110 2 ( 62) Problém: nelze sčítat kladná a záporná čísla 00000011 2 (3) 10000101 2 ( 5) 10001000 2 ( 8) Z výše uvedeného důvodu přímý kód nelze použít

Čísla Záporná čísla Inverzní kód Vyjdeme z přímého kódu, u všech významových bitů (tzn. kromě znaménkového) provedeme inverzi Příklad: vyjádření čísel 62 a 62 00111110 2 (62) 10111110 2 ( 62, přímý kód) 11000001 2 ( 62, inverzní kód) Problém: dvě různé nuly při porovnávání 00000000 2 (+0) 11111111 2 ( 0) Z výše uvedeného důvodu inverzní kód nelze použít

Čísla Záporná čísla Doplňkový kód Vyjdeme z inverzního kódu, k číslu přičteme jedničku Příklad: vyjádření čísel 62 a 62 00111110 2 (62) 10111110 2 ( 62, přímý kód) 11000001 2 ( 62, inverzní kód) + 1 2 11000010 2 ( 62, doplňkový kód) Doplňkový kód řeší oba zmíněné problémy 00000011 2 11111101 2 11111110 2 (3) ( 5) ( 2) 00000000 2 11111111 2 + 1 2 00000000 2 (+0) ( 0)

Čísla Záporná čísla Doplňkový kód Sčítání ve dvojkovém doplňkovém kódu je stejné jako ve dvojkové soustavě Problém: je-li přenos do znaménkového bitu rozdílný od přenosu z něj, sčítání je neplatné Příklad: sčítání čísel 67 a 67 10111101 2 10111101 2 01111010 2 ( 67) ( 67) (122)

Čísla Záporná čísla Kód s posunutou nulou (aditivní kód) Přičítá k číslu nějakou známou konstantu Například pro osmibitová čísla (2 8 = 256 různých čísel) 00000000 128 10000000 0 11111111 127 Příklad: vyjádření čísel 3 a 3 10000011 2 (3) 01111001 2 ( 3) Nevýhoda: zápis kladného čísla se liší od bezznaménkové reprezentace čísel Operace sčítání nepotřebuje úpravy, ale pro operaci násobení je nutné od operandů odečíst známou konstantu Použití v praxi pro reprezentaci exponentu reálných čísel

Čísla Záporná čísla Záporná čísla v počítači Pokud je třeba ukládat záporná čísla, je nejvyšší bit obětován pro znaménko, jinak je součástí hodnoty čísla (hodnotový bit) Celočíselné datové typy v jazyce Pascal Název Délka Znam. Rozsah Hodnoty byte 8 bitů ne 0; 2 8 1 0 až 255 shortint 8 bitů ano 2 7 ; 2 7 1 128 až 127 word 16 bitů ne 0; 2 16 1 0 až 65 535 integer 16 bitů ano 2 15 ; 2 15 1 32 768 až 32 767 longint 32 bitů ano 2 31 ; 2 31 1 cca 2 10 9 až 2 10 9

Čísla Záporná čísla Efektivní převod do doplňkového kódu Záporné číslo sečteme s číslem 2 n, kde n je počet bitů cílového datového typu Výsledek převedeme do dvojkové soustavy stejným způsobem jako kladné číslo Příklad: zobrazení čísla 120 v proměnné typu shortint rozsah 2 8 = 256 hodnot 256 + ( 120) = 256 120 = 136 136 = 10001000 2 Příklad: zobrazení čísla 120 v proměnné typu integer rozsah 2 16 = 65 536 hodnot 65 536 + ( 120) = 65 536 120 = 65 416 65 416 = 1111111110001000 2

Čísla Záporná čísla Znaménková čísla shrnutí V jedné slabice (1 bajtu, 8 bitech) může být uloženo číslo bez znaménka z intervalu 0 až 255 číslo se znaménkem ve dvojkovém doplňkovém kódu z intervalu 128 až 127 Ve dvou slabikách (2 bajtech, 16 bitech) může být uloženo číslo bez znaménka z intervalu 0 až 65 535 číslo se znaménkem ve dvojkovém doplňkovém kódu z intervalu 32 768 až 32 767 O významu uložených bitů rozhoduje zvolený datový typ Příklad: hodnota 10001000 2 může reprezentovat číslo 136 v proměnné typu byte číslo 120 v proměnné typu shortint (136 2 8 )

Čísla BCD číslice Uložení číslic desítkové soustavy BCD číslice (Binary Coded Decimal) Číslice mezi 0 a 9 uložená v půlslabice (4 bity) V těchto bitech se nesmí vyskytovat kombinace 10 15 Zhuštěný tvar v jedné slabice jsou uloženy dvě BCD číslice číslice vyššího řádu je ve vyšší půlslabice Nezhuštěný tvar v jedné slabice jedna číslice, horní půlslabika je prázdná Do BCD je číslo převedeno např. před zobrazením ve formě desítkového čísla u 7segmentových displejů Příklad: zobrazení čísla 35 Horní půlslabika Dolní půlslabika 0011 (= 3) 0101 (= 5)

Čísla Reálná čísla Reálná čísla Jsou v počítači uložena podle standardu IEEE 754 1 Oblast paměti, ve které je uloženo reálné číslo, je rozdělena do tří částí znaménko nejvyšší bit (0 = kladné, 1 = záporné) exponent nese informaci o velikosti čísla mantisa uchovává číslice Matematicky lze reálné číslo vyjádřit jako Znaménko Mantisa 2 Exponent 1 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) je organizace elektroinženýrů a informatiků, která má přes 350 000 členů v cca 150 zemích světa. Definuje standardy v oblastech elektrotechniky a výpočetní techniky, spolu s ISO a ANSI patří k nejvýznamnějším standardizačním organizacím. Podrobněji viz http://www.ieee.org, příp. http://www.ieee.cz.

Čísla Reálná čísla Reálná čísla Single precision 32bitová čísla znaménko 1 bit, mantisa 23 bitů, exponent 8 bitů Double precision 64bitová čísla znaménko 1 bit, mantisa 52 bitů, exponent 11 bitů Extended precision 80bitová čísla znaménko 1 bit, mantisa 64 bitů, exponent 15 bitů

Čísla Reálná čísla Reálná čísla Mantisa kromě případu čísla 0 vždy začíná (v binární podobě) jedničkou, která se neukládá Exponent určuje počet řádů, o které musíme posunout řádovou čárku může být kladný (posun doprava) i záporný (doleva) před uložením je k němu přičteno číslo bias 2 n 1 1 (kód posunuté nuly posouvá nulu zhruba doprostřed rozsahu), kde n je počet bitů exponentu Detailnější informace http://amber.feld.cvut.cz/psp/ieee754.htm http://www.root.cz/clanky/norma-ieee-754-a-pribuzniformaty-plovouci-radove-tecky/

Čísla Reálná čísla Posunutá forma exponentu K exponentu se přičítá tzv. bias single precision (8b exp.) bias = 127 (2 8 1 1) double precision (11b exp.) bias = 1023 (2 11 1 1) Důvod: snadnější porovnávání reálných čísel Příklad: zobrazení čísla 12,5 v single precision 12,5 = 1100,1 2 = 1,1001 2 2 3 mantisa: 1001 exponent (8b): 3 + 127 = 130 = 10000010 výsledné číslo: 1 10000010 1001000 00 záporné exponent mantisa (23b)

Znaky Uložení znaků v počítači Znaky v počítači zobrazitelné znaky všechny znaky, které slouží pro zápis textové informace (písmena, číslice, interpunkční znaménka, matematické symboly apod.) řídicí znaky slouží k ovládání přídavných zařízení (nebo programu) Počítač není schopen zpracovávat jiné než číselné informace Aby bylo možné zpracovat textovou informaci, bylo nutné přiřadit jednotlivým znakům číselné ekvivalenty Znaky a symboly se uchovávají ve formě čísel podle převodní tabulky

Znaky Převodní tabulky EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code ASCII (ISO 646) American Standard Code for Information Interchange UCS (ISO 10646) Universal Character Set UTF UCS Transformation Format Unicode

Znaky EBCDIC EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code Prehistorický kód navržený IBM na konci 50. let 20. století Vychází z kódu používaného pro děrné štítky a BCD kódu využívaného v periferiích IBM Kódovací prostor 8 bitů 256 znaků Rozložení kódu řídicí znaky #0 63, #255 zobrazitelné znaky #64 254 Nevýhoda: znaky anglické abecedy netvoří spojitou posloupnost, nelze použít regulární výraz

Znaky ASCII ASCII American Standard Code for Information Interchange Kódovací prostor 8 bitů 256 znaků Původně 7bitový kód + 1 paritní bit pro kontrolu Rozložení kódu řídicí znaky #0 31, #127 zobrazitelné znaky #32 126, #128 255 Kód má dvě části základní část #0 127 (původních 7 bitů) rozšířená část #128 255 (přidání 8. bitu)

Znaky ASCII ASCII základní část

Znaky ASCII ASCII rozšířená část Národní znaky určeny pro zobrazení textů v jiných jazycích než angličtině Žádný znakový kód nebyl původně navržen pro zobrazování národních znaků Základní kód ASCII neposkytuje dostatečný prostor pro uložení všech národních znaků Využití zbylých 128 pozic kódu ASCII (paritní bit) Způsob využití zcela nejednotný, existence různých znakových sad pro různé skupiny jazyky

Znaky ASCII Varianty kódování českých národních znaků Kód bratrů Kamenických KEYBCS2, CP895 pro osobní počítače pod MS-DOS využití sady CP437 s náhradou pozic 128 171 českými a slovenskými národními znaky PC Latin 2 IBM Latin 2, CP852 pro osobní počítače pod MS-DOS podpora středoevropských jazyků používajících latinku (čeština, slovenština, polština, rumunština, maďarština, srbochorvatština aj.)

Znaky ASCII Varianty kódování českých národních znaků KOI8čs Kod Obmena Informaciey vyvinut v SSSR v rámci RVHP ISO Latin 2 ISO 8859-2 podpora středoevropských a východoevropských jazyků psaných latinkou nebo latinskou transkripcí použitelné i pro němčinu a finštinu Windows-1250 CP1250 pro operační systém Windows podpora středoevropských jazyků a němčiny velmi podobné kódu ISO 8859-2 (v češtině pouze 6 rozdílů)

Znaky Vícebajtová kódování Vícebajtová kódování I 256 pozic kódu ASCII přestává stačit, hledají se nové možnosti ISO 10646 UCS = Universal Character Set univerzální prostor 4 B, tj. přes 4 miliardy znaků zbytečně neúsporné řešení Unicode jeden znak ukládán vždy na 2 B snaha o vytvoření jediné globální znakové sady dolní polovina ASCII (#0 127) se ukládá pod stejnými hodnotami (00000000 xxxxxxxx) číselný kód se pro přehlednost zapisuje v hexadecimální soustavě, např. A = \u0041 varianty Little Endian a Big Endian

Znaky Vícebajtová kódování Unicode Little Endian a Big Endian Little Endian méně významový bajt leží na nižší adrese takto kódované soubory začínají znakem FF FE typické pro Windows příklad: znak A = 41 00 Big Endian méně významový bajt leží na vyšší adrese takto kódované soubory začínají znakem FE FF typické pro programovací jazyk Java příklad: znak A = 00 41

Znaky Vícebajtová kódování UTF UCS Transformation Format Zmírňuje redundanci univerzálního kódu UCS Varianty UTF-8, UTF-16, UTF-32 UTF-8 odstraňuje nevýhody Unicode (dvojnásobná délka souborů oproti ASCII, problémy s Little/Big Endianem) znaky jsou kódovány na 1 3 B Převod mezi Unicode a UTF-8 Unicode Význam. bitů max. Kódování UTF-8 0000 007F 7 0xxxxxxx 0080 07FF 11 110xxxxx 10xxxxx 0800 FFFF 16 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Znaky Vícebajtová kódování BOM Byte-Order Mark UTF signatura označení pořadí bajtů v souboru Kódování UTF-8 UTF-16 Little Endian UTF-16 Big Endian UTF-32 Little Endian UTF-32 Big Endian Obsah souboru EF BB BF FF FE FE FF FF FE 00 00 00 00 FE FF

Znaky Vícebajtová kódování Kódování národních znaků shrnutí Příklad: textový soubor se slovem Béďa ASCII / ISO 8859-2 42 E9 EF 61 4 B Unicode Little Endian FF FE 42 00 E9 00 0F 01 61 00 10 B Unicode Big Endian FE FF 00 42 00 E9 01 0F 00 61 10 B UTF-8 EF BB BF 42 C3 A9 C4 8F 61 9 B

Zvuky Uložení zvukové informace Přímý záznam digitalizace frekvencí a amplitud zvukových vln výsledkem rozsáhlé soubory (např. WAV), často se používá komprese (MP3, WMA, AAC, Ogg Vorbis) MIDI sekvence (Musical Instruments Digital Interface) stručný digitální popis výšky jednotlivých tónů, jejich intenzity, délky a nejrůznějších doprovodných efektů výstupní zvukové zařízení z těchto informací umí vytvářet zvuky signál neobsahuje zvuk, ale pouze pokyny pro jeho vytvoření nelze zaznamenat lidský hlas ani žádný hudební nástroj, který syntetizátor nedokáže zahrát velmi malé soubory, převod WAV do MP3 nebo MIDI je náročný

Obrazy Uložení obrazové informace Rastrová grafika obraz tvořen maticí bodů (pixelů), jejichž barva se skládá ze tří složek červené, zelené a modré (RGB Red, Green, Blue) intenzitu barvy každé složky ukládáme v paměti zvlášť dnes nejrozšířenější model: odstín každého bodu uložen jako 8bitové číslo (2 8 = 256 možností) informace o barvě každého pixelu tedy zabere v paměti 3 B (3 složky 1 B), celkem 256 3 = 16 777 216 různých barev model RGBA používá ještě čtvrtý bajt pro uložení informace o intenzitě průhlednosti pixelu (tzv. alfa kanál) Vektorová grafika obraz tvořen geometrickými objekty (body, přímky, křivky, ) využití pro tvorbu ilustrací, diagramů, schémat apod.

Obrazy Osnova příští přednášky Datové formáty vyjádření hodnot datového typu formátová specifikace textový a binární formát Souborové formáty otevřený a uzavřený formát rozpoznávání formátu asociace a konverze Komprimace a archivace komprimační metody archivace a zálohování metody a postupy archivace