Объем памяти для хранения объектов

Объем памяти для хранения объектов

Код ОГЭ по информатике: 2.1.3.  Оценка количественных параметров информационных объектов. Объем памяти, необходимый для хранения объектов

Оценка количества информации

Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений. Такой подход позволяет количественно измерять информацию.

Впервые объективный подход к измерению количества информации был предложен американским инженером Р. Хартли в 1928 г. Позже, в 1948 г., этот подход обобщил создатель общей теории информации К. Шеннон.

Формула Хартли устанавливает связь между количеством возможных равновероятных информационных сообщений N и количеством информации I, которое содержится в этих сообщениях: N = 2^I

При алфавитном подходе к определению количества информации рассматривают информационное сообщение как последовательность знаков определенной знаковой системы. При этом содержание информации значения не имеет.

По приведенной выше формуле можно рассчитать, какое количество информации I несет каждый из знаков этой системы. Если в алфавите знаковой системы N знаков, то каждый знак несет количество информации: I = log₂N

Чем больше знаков содержит алфавит, тем больше информации несет один его знак. Если количество символов алфавита равно N, а количество символов в записи сообщения — М, то информационный объем этого сообщения вычисляется по формуле:  I = M • log₂N

Таким образом, мерой объема любого сообщения в компьютере или на каком–либо носителе принято считать общую длину двоичного кода этого сообщения. Такая мера весьма удобна, поскольку она не связана ни с видом сообщения, ни с его смыслом. Текстовое, звуковое или иное сообщение одинаково характеризуется тем количеством двоичных знаков, которым оно представлено в выбранной системе кодировки.

Количество информации в текстовом сообщении

Текстовая информация состоит из букв, цифр, знаков препинания, различных специальных символов. Для кодирования текстовой информации используют различные коды. Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки. Существуют различные таблицы кодировок текстовой информации.

Распространенная таблица кодировки ASCII (читается «аски», American Standard Code for Information Interchange — стандартный американский код для обмена информацией) использует 1 байт для кодов информации. Если код каждого символа занимает 1 байт (8 бит), то с помощью такой кодировки можно закодировать 2⁸ = 256 символов.

Таблица ASCII состоит из двух частей. Первая, базовая часть, является международным стандартом и содержит значения кодов от 0 до 127 (для цифр, операций, латинского алфавита, знаков препинания). Вторая, национальная часть, содержит коды от 128 до 255 для символов национального алфавита, т. е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.

В настоящее время существует несколько различных кодировок второй части таблицы для кириллицы — КОИ8–Р, KOI8–U, Windows, MS–DOS, Macintosh, ISO. Наиболее распространенной является таблица кодировки Windows–1251. Из–за разнообразия таблиц кодировки могут возникать проблемы при переносе русского текста между компьютерами или различными программами.

Поскольку объем в 1 байт явно мал для кодирования разнообразных и многочисленных символов мировых алфавитов, была разработана система кодирования Unicode. В ней для кодирования символа отводится 2 байта (16 бит). Это означает, что система позволяет закодировать 2¹⁶ = 65 536 символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Количество графической информации

Растровое графическое изображение состоит из отдельных точек — пикселей, образующих строки и столбцы.

Основные свойства пикселя — его расположение и цвет. Значения этих свойств кодируются и сохраняются в видеопамяти компьютера.

Качество изображения зависит от пространственного разрешения и глубины цвета.

Разрешение — величина, определяющая количество точек (пикселей) на единицу площади.

Глубина цвета — объем памяти (в битах), используемой для хранения и представления цвета при кодировании одного пикселя растровой графики или видеоизображения.

Для графических изображений могут использоваться различные палитры — наборы цветов. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны соотношением: N = 2^I

Например, для черно–белого изображения палитра состоит из двух цветов. Можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки (пикселя): 2 = 2^I —> I_{пикселя} = 1 бит

Чтобы определить информационный объем видеоизображения, необходимо умножить количество информации одного пикселя на количество пикселей в изображении: I = I_{пикселя} • X • Y,  где Х — количество точек изображения по горизонтали, Y — количество точек изображения по вертикали.

Существует несколько цветовых моделей для количественного описания цвета. В основе модели RGB (сокращение от англ. Red, Green, Blue) лежат три основных цвета: красный, зеленый и синий. Все другие цвета создаются с помощью смешения их оттенков. Например, при смешивании красного и зеленого цветов получим желтый, красного и синего — пурпурный, зеленого и синего — бирюзовый. Если смешать все три основные цвета максимальной яркости, получим белый цвет.

Если один цвет имеет 4 оттенка, то общее количество цветов в модели RGB будет составлять 4 • 4 • 4 = 64. При 256 оттенках для каждого цвета общее количество возможных цветов будет равно 256 • 256 • 256 = 16 777 216 ≈ 16,7 млн.

В современных компьютерах для представления цвета обычно используются от 2–х до 4–х байт. Два байта (16 бит) позволяют различать 2¹⁶, то есть 65 536 цветов и оттенков. Такой режим представления изображений называется High Color. Четыре байта (32 бита) обеспечивают цветную гамму в 2³², то есть 4 294 967 296 цветов и оттенков (приблизительно 4,3 миллиарда). Такой режим называется True Color.

В графических редакторах применяются и другие цветовые модели. Например, модель CMYK — она основана на цветах, получающихся при отражении белого света от предмета: бирюзовом (англ. Cyan), пурпурном (англ. Magenta), желтом (англ. Yellow). Эта модель применяется в полиграфии, где чаще всего употребляется черный цвет (ключевой, англ. Key).

Измерение объемов звуковой информации

Звук является непрерывным сигналом. Для использования звука в компьютере его преобразуют в цифровой сигнал. Это преобразование называется дискретизацией: для кодирования звука производят его измерение с определенной частотой (несколько раз в секунду). частота дискретизации и точность представления измеренных значений определяют качество представления звука в компьютере. Чем выше частота дискретизации и чем больше количество разных значений, которыми можно характеризовать сигнал, тем выше качество отображения звука.

В современных компьютерах обычно применяется частота дискретизации в 22 кГц или 44,1 кГц (1 кГц — это тысяча измерений за 1 секунду), а для представления значения сигнала выделяются 2 байта (16 бит), что позволяет различать 2¹⁶, то есть 65 536 значений.

Конспект урока по информатике «Объем памяти для хранения объектов».

Вернуться к Списку конспектов по информатике.