Тест на тему кодирование информации

Тест по информатике Тема: кодирование информации Класс: 9 Тип вопросов: Открытые вопросы Количество вопросов: 4 Ответы включены

1. Вопрос 1 Объясните, почему в компьютерах данные кодируются в двоичной форме и что такое дополнение до двух. Приведите примеры кодирования в 8-битном слове:

• беззнаковое представление числа 12;
• представление числа -5 (используйте дополнение до двух).

Ответ:

• В компьютерах данные кодируются в двоичной форме потому, что внутри электронной схемы есть только два состояния: включено/выключено, что соответствует 1 и 0. Двоичная система удобна для реализации логических операций, хранения и передачи информации.
• Дополнение до двух — это способ представить отрицательные числа в двоичной системе так, чтобы операции сложения работали одинаково для знаковых и беззнаковых чисел. Знак числа кодируется через один из битов (обычно старший бит), а сами значения считаются как двоичные числа, взятые по модулю 2.
• Примеры (8 бит):
  • Число 12 беззнаковое: 00001100
  • Число -5 в доп. до двух (8 бит): 11111011 Как получить: взять 5 -> 00000101, инвертировать биты -> 11111010, добавить 1 -> 11111011.

2. Вопрос 2 Опишите кодирование символов в ASCII и Unicode. Какие проблемы возникают при работе с текстом на разных языках, и зачем нужен Unicode? Приведите примеры кодирования буквы 'A' в ASCII и в Unicode/UTF-8.

Ответ:

• ASCII — это 7-битное кодирование символов (расширенная версия обычно рассматривает 8-битные варианты), охватывающее английский алфавит, цифры и базовые знаки. Буква 'A' в ASCII имеет код 65 (в двоичном виде 0100 0001).
• Unicode — это универсальная система кодирования персонажей для многих языков мира. Он присваивает каждому символу уникальный код-поинт (кодовую точку). Буква 'A' имеет кодовую точку U+0041.
• UTF-8 — это способ кодирования кодовых точек Unicode в последовательность байтов переменной длины. Для буквы 'A' (U+0041) в UTF-8 используется один байт: 0x41 (0100 0001). Проблемы возникают, когда тексты содержат символы за пределами ASCII: требуется правильно определить кодировку файла, использовать совместимый набор кодировок (Unicode) и корректно конвертировать между кодировками, иначе получают искажения символов.

3. Вопрос 3 Опишите принципы кодирования изображений и звука для хранения и передачи данных. Объясните различие между кодированием без потерь и с потерями. Приведите примеры форматов: PNG (без потерь), JPEG (с потерями), MP3 (с потерями). Почему выбирают тот или иной формат?

Ответ:

• Кодирование изображений и звука — это преобразование информации в форму, удобную для хранения и передачи, с учетом ограничений по памяти и качеству.
• Без потерь: восстановление исходного файла возможно полностью. Форматы: PNG (изображения, поддерживают альфа-канал, хорошо сохраняют четкость линий и текст), FLAC (аудио).
• С потерями: часть исходной информации удаляется, чтобы снизить размер файла; качество может снижаться, но часто качество воспринимается как приемлемое. Форматы: JPEG (изображения, хорошо для фотографий, теряет детали в высоких частотах), MP3, AAC (аудио).
• Примеры выбора:
  • PNG: когда важна четкость и точность цветовых градиентов (логотипы, инфографика).
  • JPEG: для фотографий и сложных натуральных изображений, где небольшая потеря качества допустима.
  • MP3: для аудиофайлов, когда важна компактность и совместимость с большинством устройств. В целом выбор зависит от допустимого потери качества и требований к размеру файла и скорости передачи.

4. Вопрос 4 Объясните принцип кодирования по Хэммингу (Hamming) и как он позволяет обнаруживать и исправлять одиночные ошибки. Приведите упрощённый пример кодирования 4 данных битов в 7-битный код Хэмминга и покажите, как получается код, а затем как исправить ошибку, если, например, бит 5 неверен.

Ответ:

• Принцип: код Хэмминга добавляет контрольные биты (пари-версии) в позиции, соответствующие степеням двойки (1, 2, 4 и т.д.). Эти паритетные биты проверяют определённые группы битов. Совокупность результатов проверки образует синдром, который указывает на позицию ошибочного бита. При одиночной ошибке можно как определить её положение, так и исправить бит.

• Пример (кодирование 4 данных битов d1, d2, d3, d4 в 7-битный код): Пусть d1=1, d2=0, d3=1, d4=1. Расположение битов (позиции 1..7): [p1, p2, d1, p3, d2, d3, d4] Вычисление паритетов: p1 = xor(d1, d2, d4) = xor(1, 0, 1) = 0 p2 = xor(d1, d3, d4) = xor(1, 1, 1) = 1 p3 = xor(d2, d3, d4) = xor(0, 1, 1) = 0 Код Хэмминга: [p1, p2, d1, p3, d2, d3, d4] = [0, 1, 1, 0, 0, 1, 1] Таким образом, закодированные данные: 0 1 1 0 0 1 1.

  Как исправить ошибку: если, скажем, бит 5 оказывается неверным (в нашем примере это d2, текущий бит 5 = 0, но он сломался и стал 1), вычисляем синдром заново по полученным битам.

  • Новый синдон S1 = parity(1,3,5,7) = parity(p1, d1, d2, d4)
  • S2 = parity(2,3,6,7) = parity(p2, d1, d3, d4)
  • S3 = parity(4,5,6,7) = parity(p3, d2, d3, d4) Пример с битом 5 ошибочным: получаем новый синдром, скажем, S3S2S1 = 1 0 1, что указывает на позицию 5. Мы меняем бит 5 обратно на правильное значение (0), возвращая код в корректное состояние.

Если нужна, могу адаптировать тест под более упрощённый уровень или дать дополнительные примеры.