Если человек занимается изучением компьютерной техники не поверхностно, а достаточно серьезно, он непременно должен знать о том, какие существуют формы представления информации в компьютере. Этот вопрос является одним из основополагающих, поскольку не только использование программ и операционных систем, но и само программирование в принципе основаны именно на этих азах.
Урок «Представление информации в компьютере»: основы
Вообще, компьютерная техника по тому, как она воспринимает информацию или команды, преобразовывает их в форматы файлов и выдает пользователю уже готовый результат, несколько отличается от общепринятых понятий.
Дело в том, что все существующие системы основаны всего лишь на двух логических операторах – «правда» и «ложь» (true, false). В более простом понимании это «да» или «нет».
Понятно, что слова вычислительная техника не понимает, поэтому на заре развития компьютерной техники была создана специальная цифровая система с условным кодом, в котором утверждению соответствует единица, а отрицанию – ноль. Именно так и появилось так называемое двоичное представление информации в компьютере. В зависимости от сочетаний нулей и единиц определяется и размер информационного объекта.
Наименьшей единицей измерения размера такого типа является бит – двоичный разряд, который может иметь значение либо 0, либо 1. Но современные системы с такими малыми величинами не работают, и практически все способы представления информации в компьютере сводятся к использованию сразу восьми битов, которые в сумме составляют байт (2 в восьмой степени). Таким образом, в одном байте можно произвести кодировку любого символа из 256 возможных. И именно двоичный код является основой основ любого информационного объекта. Далее будет понятно, как это выглядит на практике.
Информатика: представление информации в компьютере. Числа с фиксированной запятой
Раз уж речь изначально зашла о числах, рассмотрим, каким образом система их воспринимает. Представление числовой информации в компьютере сегодня условно можно разделить на обработку чисел с фиксированной и плавающей запятой. К первому типу также можно отнести обычные целые числа, у которых после запятой стоит ноль.
Считается, что числа этого типа могут занимать 1, 2 или 4 байта. Так называемый главный байт отвечает за знак числа, при этом положительному знаку соответствует ноль, а отрицательному – единица. Таким образом, например, в 2-байтовом представлении диапазон значений для положительных чисел находится в пределах от 0 до 216-1, что составляет 65535, а для отрицательных чисел – от -215 до 215-1, что равно числовому диапазону от -32768 до 32767.
Представление чисел с плавающей запятой
Теперь рассмотрим второй тип чисел. Дело в том, что школьная программа занятий по теме «Представление информации в компьютере» (9 класс) числа с плавающей запятой не рассматривает. Операции с ними являются достаточно сложными и используются, например, при создании компьютерных игр. Кстати, немного отвлекаясь от темы, стоит сказать, что для современных графических ускорителей одним из главных показателей производительности является скорость проведения операций именно с такими числами.
Здесь используется экспоненциальная форма, в которой положение запятой может изменяться. В качестве основной формулы, показывающей представление любого числа A принята следующая: A = mA * qP, где mA – это мантисса, qP – это основание системы счисления, а P – порядок числа.
Мантисса должна отвечать требованию q-1≤|mA|