K dov n dat
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 29

Kódování dat PowerPoint PPT Presentation


  • 56 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Kódování dat. Střední odborná škola Otrokovice. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Download Presentation

Kódování dat

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


K dov n dat

Kódování dat

Střední odborná škola Otrokovice

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal

Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

www.zlinskedumy.cz


Charakteristika dum 2

Charakteristika DUM 2


K dov n dat

Kódování dat

Obsah tématuKód – definice, vlastnostiDůvody kódování signálůDělení kódůBCD kódGrayův kódKódy k z nOchranné kódyZnakové kódy


K dov n dat

Kódy

Kód obecně patří do oblasti zpracování informace a zahrnuje:

– předpisy, podle nichž je nějakému objektu jednoznačně přiřazena vybraná kombinace prvků množiny daného kódu

– pravidlo pro jednoznačné přiřazení prvků dvou množin

– že prvky první množiny jsou vyjádřeny pomocí prvků z druhé množiny

Prvek kódu:

– člen množiny se označuje jako znak (písmeno, číslice, symbol, značka)

– znak má přiřazen určitý význam (nese tak informaci)

Abeceda:

– množina všech znaků dané skupiny

Kódování:

– jde o realizaci kódovacího pravidla – provádí ji obvod zvaný kodér, nazpět dekodér. Vše může být také prováděno softwarově – tedy programem.


K dov n dat

Kódy – pokračování

Důvody kódování signálu

Signál – je fyzickým nositelem informace.

Proč se informace pro přenos signálem kóduje?

– zmenšení objemu přenášené (či ukládané) informace

(datová komprese, komprimace obsahu zprávy)

– ochrana obsahu přenášené zprávy před chybami, způsobenými poruchami a rušením (v tomto případě je naopak informace „zvětšována“ přidáním pomocné zabezpečovací informace – označuje se jako “nadbytečná“ – redundantní)

– ochrana obsahu zprávy před neautorizovaným čtením – šifrování

(viz. např. kódovací stroj Enigma za II. světové války)

– přizpůsobení přenášené zprávy fyzikálnímu prostředí, kterým je přenášena (např. modulace signálů v rozhlasovém vysílání) – AM, FM a další).


K dov n dat

Kódy – pokračování

Dělení kódů

Kódů je mnoho a záleží pro jaký účel jsou používány.

K základním pak patří používané číselné soustavy

– běžně používané pro míry, váhy, vyčíslení hodnot (desítková soustava)

– pro měření času, úhlů (šedesátková soustava)

– pro vyjádření číslicové informace základní

soustava dvojková – binární (BIN) a z ní odvozené používané soustavy

osmičková (oktalová – OCT)

šestnáctková (hexadecimální – HEX)


K dov n dat

Kódy – pokračování dělení kódů

– pro vyjádření číslicové informace rozšířené

BCD kód (dvojkově desítkový – binárně dekadický)

Grayův

kódy k z n

ochranné kódy

paritní

samoopravný – Hammingův

znakové kódy

pětibitový (telegrafní a dálnopisný)

sedmibitový (ASCII)

osmibitový (ACSII 2, ISO 8)

šestnáctibitoý(Unicode)

Pozn. Existuje množství dalších kódů – např. čarové kódy (označování výrobků a dílů) nebo QR kódy (pro rychlé zjištění informace pomocí mobilního telefonu a internetu) a mnohé další…


K dov n dat

BCD kód

- BCD = Binary CodedDecimal (dvojkově vyjádřené desítkové číslo)

- jde o zápis desítkových čísel pomocí čtyř bitů

- typů BCD je více, nejběžnějším typem je BCD kód s vahami 8-4-2-1

- jde o kód smíšený

- kombinuje vlastnosti jak kódu desítkového, tak dvojkového.

- z desítkového převzal řády – např. jednotky, desítky, stovky…

- z dvojkového pak vyjádření každé desítkové číslice čtveřicí bitů dvojkového čísla

- ve srovnání s přímým dvojkovým kódem je méně úsporný (např. pro dvojkové číslo o 10 bitech potřebuje 12 bitů v BCD vyjádření)

Použití BCD kódu:

– u čítačů, kde se čítají události a zjištěné počty se zobrazují

(například u desítkového čítače do 999 má každá dekáda jednu čtyřbitovou BCD číslici)

– u A/Č převodu metodou sériového porovnávání po řádech

– jako vstupní kód u dekodéru (např. BCD kódu na kód sedmisegmentovýchzobrazovačů nebo na kód 1 z 10)


K dov n dat

BCD kód – pokračování

- výhoda BCD kódu s vahami 8-4-2-1

- čísla v tomto kódu BCD jsou shodná s šestnáctkovými čísly – tedy

v „povoleném“ rozsahu 0 až 9 (0000 až 1001)

Příklad č. 1: Převeďte desítkové číslo 849 do kódu BCD

Řešení: 8421 8421 8421

(849)10 = (1000 0100 1001)BCD = (100001001001)BCD

8 4 9(bez mezer mezi čtveřicemi)

Příklad č. 2: Převeďte BCD číslo 10000011 na desítkové číslo. 

Řešení: 8421 8421 8421

(100000110111)BCD =(1000 0011 0111)BCD = (837)10

8 3 7

Existují i jiné BCD kódy

- BCD+3 (Excess 3) – pro jednodušší desítkové operace

- s jinými vahami než je 8-4-2-1

- kód s vahami 4-2-2-1

3-3-2-1

2-4-2-1 (Aikenůvkód pro obousměrné čítače)


K dov n dat

Grayův kód

- je zvláštní tím, že sousední dvě čísla se liší vždy pouze o jediný bit

– používá se

– u inkrementálních (přírustkových) snímačů polohy

(jde u nich o posun pravítka nebo úhlové natočení hřídele či kódového kotouče)

– při grafické metodě minimalizace logických funkcí pomocí Karnaughovymapy

Jak se převede desítkové číslo do Grayova kódu?

– nejprve se převede na dvojkový kód

– z tohoto čísla výpočtem vznikne číslo Grayově kódu (má stejný počet bitů

– k převodu z dvojkového do Grayova kódu použijeme logickou funkci XOR (nerovnost)


K dov n dat

Grayův kód – pokračování

XOR

NEROVNOST – EXKLUZIVNÍ SOUČET

(Y platí pokud jsou vstupy RŮZNÉ)


K dov n dat

Grayův kód – pokračování

Postup převodu čísla ve dvojkovém kódu do Grayovakódu

– označení jednotlivých bitů

– B (bity Bn až B1, největší je Bn) – dvojkové číslo

- G (bity Gnaž G1, největší je Gn) – číslo ve výstupním Grayověkódu

Převod uskutečníme podle vztahů

Gn = Bn

Gn-1 = BnBn-1

Gn-2 = Bn-1 Bn-2

.

.

G2 = B3B2

G1 = B2B1

Z rovnic je vidět, že nejvyšší bity jsou shodné, dále vzniknou bity G postupným porovnáním sousedních bitů čísla B – bit G má hodnotu 1 jsou-li příslušné bity čísla B různé.

Počet a obsah rovnic závisejí na počtu bitů vstupního čísla


K dov n dat

Grayův kód – pokračování

Příklad: Převeďte desítkové číslo 29 do Grayova kódu.

Řešení: (29)D rozložíme do řady mocnin dvojky – tedy do řady 16, 8, 4, 2, 1

Jednička bude u 16,8,4,1 (11101) Zk.: 16 + 8 + 4 + 1 = 29

(29)10 = (11101)2– jde o pětibitové dvojkové číslo

Dále budeme postupovat podle rovnic:

G5 = B5

G4 = B5  B4

G3 = B4  B3

G2 = B3  B2

G1 = B2  B1

Výsledek (11101)B = (10011)G


K dov n dat

Grayův kód – pokračování

Postup převodu čísla z Grayova kódu do dvojkového kódu

Převod se děje podle rovnic:

Bn = Gn

Bn-1 = Gn Gn-1

Bn-2 = Gn Gn-1 Gn-2

.

.

B2 = Gn Gn-1 Gn-2 …  G3 G2

B1 = Gn Gn-1 Gn-2 …  G3 G2 G1

Rovnice je možné zjednodušit – viz příklad

Příklad: Podle rovnic převeďte (10011)G na dvojkové číslo.

B5 = G5

B4 = G5  G4 = B5  G4

B3 = G5  G4  G3 = B4  G3

B2 = G5  G4  G3  G2 = B3  G2

B1 = G5  G4  G3  G2  G1 = B2  G1


K dov n dat

Grayův kód – pokračování

Postup převodu čísla z Grayova kódu do dvojkového kódu

Podle předchozích rovnic Gi = f(Bi),

kde Gijsou bity výstupního čísla v Greyově kódu,

B i jsou bity vstupního čísla ve dvojkovém kódu

a s pomocí substituce, kdy do nového výstupního bitu Gipočítáme předchozí výstupní bit (vznikajícího dvojkového čísla) Bi+1

Z rovnic je vidět, že nejvyšší bity jsou shodné, další bity čísla B vzniknou postupně porovnáním příslušného bitu čísla G a předchozího bitu výsledku B.

Příklad: Převeďte číslo 10011 v Grayově kódu do dvojkové soustavy.

Řešení: (10011)G = (11101)B

Popis: Nejvyšší bit byl opsán, pak se tato 1 z výsledku porovnává s druhým bitem zleva vstupního čísla (zde nula), vznikne jednička, tato se porovná s následujícím bitem vstupního čísla (zde nula) a tak stále dokola, dokud se nedojde na poslední bit vstupního čísla (ten co je nejvíce vpravo).


K dov n dat

Kódy k z n

– takové kódy, kde

„n“ určuje počet bitů kódového slova

„k“ je pevný počet jedniček, které se v kódovém slově vyskytují

Použití:

– jako kódy „1 z n“ se používají také u dekodérů, kde n = 2, 4, 8, 10, 16 apod.

(jde zde pak o zadaný typ výstupu typu – „plovoucí nula nebo plovoucí jednička“.

– u kódování řídicích signálů – jde o kódy „1 z n“, kde n = 2 až 10

– také se používaly v telefonních ústřednách – kód „2 z 5“

Poznámka:

Obecně jde o kódy detekční, tzn. že umějí rozpoznat (detekovat) jednu chybu (např. po přenosu informace).


K dov n dat

Ochranné kódy – zabezpečovací kódy

Jak zabezpečit informaci proti chybě při přenosu vlivem např. rušení?

– k přenášené žádané informaci (např. v podobě n – bitového čísla) je přidána informace pomocná (kontrolní, zabezpečovací)

– přidané informaci (jde o jeden či několik bitů umístěných kamkoliv k bitům zprávy) se také říká redundantní (navíc)

Jak se vytvoří pomocná (přidaná) informace?

– na základě určitého algoritmu z informačního obsahu zprávy

– počítá se dvakrát

– jednou před přenosem,

– podruhé po ukončení přenosu

Kdy je přenos bez chyby?

– pokud jsou obě kontrolní informace shodné


K dov n dat

Ochranné kódy – zabezpečovací kódy – pokračování

Co když nejsou obě kontrolní informace shodné?

- pak lze chybu detekovat (jednoduchý kontrolní kód)

(oznámit, že nastala, ale neví se přesně v kterém bitu)

- určit přesně bit, který je chybný (lokalizace chyby) bez opravy

(to umí složitější kontrolní kód)

- oprava nalezené chyby a získání bezchybné informace (korekce chyby) – ideální stav.

Pokud je chyba zjištěna a zabezpečovací kód ji „neumí“ opravit, pak je nutné přenos informace opakovat do té doby, než bude přenesena bezchybně.

Obr. 1: Zabezpečení přenosu informace


K dov n dat

Ochranné kódy – zabezpečovací kódy – pokračování

Dělení zabezpečovacích kódů

detekční (oznamovací)

opravné

samoopravné(korekční)

Příklady zabezpečovacích kódů

Paritní kód – kontrola paritou (detekční)

Hammingův kód (samoporavný)

Kontrolní součet – CS (Check Sum)

Kódy CRC (CyclicRedundancyCode)


K dov n dat

Znakové kódy

- jde o kódy pro práci s alfanumerickými znaky

- jde o vícebitové kódy (počet bitů označme „n“)

- vyjadřují písmena, číslice, dále různé pomocné a řídicí znaky

- množina znaků, vytvořená pomocí kombinací jednotlivých bitových slov při pevném počtu bitů má 2n členů

- znakový kód je popsán tabulkou, která pevně přiřazuje znaku „pořadové“ číslo, (které je zapsáno dvojkově nebo šestnáctkově) a je pro daný znak příslušným kódovým n- bitovým slovem


K dov n dat

Pětibitový telegrafní kód

- používal se pro přenos dat u dálnopisu,

- nesl označení telegrafní kód – MTA2 (CCITT 2)

- používal se také pro záznam dat na pětistopé papírové děrné pásce

(otvor značil jedničku).

- Je pětibitový, má 32 kódových slov

- Obsahuje:

- 26 písmen velké abecedy (A – Z)

- číslice (0 – 9)

- pomocné znaky (např. ?, -, :, /, +… je jich 12)

- řídicí znaky

(Bell – zvonek

CR – návrat vozíku

LF – nový řádek

konec přenosu

znak pro přepnutí na čísla –„11011“ (zde se jimi myslí i pomocné znaky)

znak pro přepnutí na písmena –„11111“

- celkem tento kód tedy obsahuje 55 znaků, kódovaných pomocí pěti bitů (32 kódových slov)


K dov n dat

Sedmibitový kód – ASCII – 1963

(American Standard CodeforInformationand Interchange)

- navržen pro číslicové počítače, zajišťoval kompatibilitu přenášených dat

ASCII má tyto vlastnosti:

- obsahuje celou anglickou abecedu a desítkové číslovky, dále základní matematické a gramatické grafické symboly

- řídící znaky pro formátování textu a obsluhu k počítačům připojovaných přístrojů

- kódovací tabulka převádí znaky do dvojkového kódu

- jeden znak musí zabírat maximálně 1 bajt (8 bitů)

- osahuje kontrolní mechanismus – 8. bit je paritní (kontrola paritou – nalezení jedné chyby)

- jiná označení než ASCII: ASCII 1, po mírných úpravách (jiné grafické symboly a řídicí znaky) z něj vznikl kód ISO-7 a KOI-7

Použití:

- pro sériový přenos dat

- používal se u minipočítačů a pro záznam dat na děrnou pásku

- pro zobrazování znaků na monitoru počítače

- i dnes ještě se něm vytvářejí zdrojové texty programů (programování v nižších a vyšších jazycích)


K dov n dat

Znakové kódy – pokračování

Osmibitový kód – ASCII 2 – 1967

- rozšířený ASCII, říká se mu také ASCII 2

- pro mikropočítače a osobních počítačů

- vznikl ze sedmibitového kódu ASCII podle pravidla na obrázku

- kód existuje i jako ISO-8

(má ale některé grafické a řídicí znaky odlišné od ASCII 2) nebo jako KOI-8

- kód obsahuje 256 znaků

- prvních 128 je standardem na všech počítačích (HW a SW

- dalších 128 se používá pro znaky lokálních abeced

- kódy 0 – 31 jsou řídící kódy, dále následují písmena (velká a malá), číslice a speciální znaky pro datové komunikace

- kód byl velmi rozšířen před nástupem OS Windows XP a novějších

Obr. 2: Pravidlo pro osmibitový ASCCI kód ze sedmibitového


K dov n dat

Znakové kódy – pokračování

Šestnáctibitový kód – UNICODE – 1991

- pochází z ASCII

- je 16 bitový

- je mezinárodní

- obsahuje znaky hlavních světových abeced a také používané technické znaky

- je podporován v novějších operačních systémech a všech moderních prohlížečích

- je stále ve vývoji (jsou přidávány další nové znaky)

Některé nevýhody:

- větší objem dat (pro 1 znak jsou potřeba 2 bajty)

- rozsáhlejší znakové sady

- není zpětně kompatibilní – soubory v Unicode nelze jednoduše převádět do starších znakových kódů

Jaké jsou typy zápisu znaků v kódováni Unicode?

- UCS-2 (Universal codedCharacter Set)

- UTF-7 (Universal TransformationFormat) – nahrazuje sedmibitový ASCII

- UTF-8 – nahrazuje osmibitový ASCII


Kontroln ot zky

OCT je zkratka kódu

Šestnáctkového

Dvojkového

Osmičkového

Kontrolní otázky

2. Výraz „1 z 10“ má nejvýraznější spojitost s kódem

Hexadecimálním

BCD

Binárním

3. Kód, u něhož se dvě sousední čísla liší vždy pouze o bit se nazývá

Grayův

Aikenův

Hammingův


Kontroln ot zky spr vn odpov di

OCT je zkratka kódu

Šestnáctkového

Dvojkového

Osmičkového

Kontrolní otázky – správné odpovědi

2. Výraz „1 z 10“ má nejvýraznější spojitost s kódem

Hexadecimálním

BCD

Binárním

3. Kód, u něhož se dvě sousední čísla liší vždy pouze o bit se nazývá

Grayův

Aikenův

Hammingův


K dov n dat

Seznam obrázků:

Obr. 1: vlastní, Zabezpečení přenosu informace

Obr. 2: vlastní, Pravidlo pro osmibitový ASCCI kód ze sedmibitového


Seznam pou it literatury

Seznam použité literatury:

[1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0

[2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982

[3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN 80-7300-075-X


D kuji za pozornost

Děkuji za pozornost 


  • Login