Урок 4
Знаковые системы

§ 1.2. Кодирование информации с помощью знаковых систем

Содержание урока

1.2.2. Знаковые системы

Лабораторная работа №2 «Учимся кодировать и декодировать информацию»

1.2.2. Знаковые системы

В основе знаковой системы лежит набор знаков, называемый алфавитом. Эти знаки имеют определенную физическую природу. С некоторыми знаковыми системами вы хорошо знакомы и постоянно ими пользуетесь (языки, числа, дорожные знаки), с другими познакомитесь в этом параграфе.

Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита (набора знаков) и правил выполнения операций над знаками.

Естественные языки. Человек широко использует для представления информации знаковые системы, которые называются языками. Естественные языки начали формироваться еще в древнейшие времена в целях обеспечения обмена информацией между людьми. В настоящее время существуют сотни естественных языков (русский, английский, китайский и др.).

В устной речи, которая используется как средство коммуникации при непосредственном общении людей, в качестве знаков языка используются различные звуки (фонемы).

В основе письменной речи лежит алфавит, т. е. набор знаков (букв), которые человек различает по их рисунку. В большинстве современных языков буквы соответствуют определенным звукам устной речи. Алфавит русского языка называется кириллицей и содержит 33 знака, английский язык использует латиницу и содержит 26 знаков.

На основе алфавита по правилам грамматики образуются основные объекты языка — слова. Правила, согласно которым из слов данного языка строятся предложения, называются синтаксисом. Необходимо отметить, что в естественных языках грамматика и синтаксис языка формулируются с помощью большого количества правил, из которых существуют исключения, так как такие правила складывались исторически. Кроме того, естественные языки допускают много вариантов передачи знаками смысла сообщений. Одну и ту же информацию можно передать разными предложениями.

Формальные языки. В процессе развития науки были разработаны формальные языки (системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др.), отличие которых от естественных языков состоит в существовании ограниченного количества строгих правил грамматики и синтаксиса и в однозначной записи знаками смысла сообщения.

Например, десятичную систему счисления можно рассматривать как формальный язык, имеющий алфавит (цифры) и позволяющий именовать и записывать объекты (числа) и выполнять над ними арифметические операции по строго определенным правилам.

Существуют формальные языки, в которых в качестве знаков используют не буквы и цифры, а другие символы, например обозначения химических элементов, музыкальных нот, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире (код азбуки Морзе).

Физическая реализация знаков в естественных и формальных языках может быть различной. Например, текст и числа могут быть напечатаны на бумаге, высвечены на экране монитора компьютера, записаны на магнитном или оптическом диске.

Генетический алфавит. Он используется живыми организмами для строительства единой системы хранения и передачи наследственной информации.

Генетическая информация хранится в клетках живых организмов в специальных молекулах. Эти молекулы состоят из двух длинных скрученных друг с другом в спираль цепей, построенных из молекулярных фрагментов четырех различных типов. Эти фрагменты образуют «генетический алфавит» и обычно обозначаются латинскими прописными буквами {A, G, С, Т} (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Модель молекулы ДНК, содержащей генетический код

Как слова в языках записывают с помощью букв, так и гены состоят из знаков генетического алфавита. В процессе эволюции от простейших организмов до человека количество генов постоянно возрастало, так как было необходимо закодировать все более сложное строение и функциональные возможности живых организмов.

Двоичная знаковая система. В процессах хранения, обработки и передачи информации в компьютере используется двоичная знаковая система, алфавит которой состоит всего из двух знаков (О, 1). Физически знаки реализуются в форме электрических импульсов (нет импульса — 0, есть импульс — 1), а также состояний ячеек оперативной памяти и участков поверхностей носителей информации (одно состояние — 0, другое состояние — 1).

Именно двоичная знаковая система используется в компьютере, так как существующие технические устройства могут надежно сохранять и распознавать только два различных состояния (знака).

В 60-е годы XX века в СССР учеными Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова была разработана и запущена в производство ЭВМ «Сетунь» (всего было произведено 50 экземпляров) (рис. 1.11). «Сетунь» использовала троичное кодирование информации и, соответственно, состояла из устройств, способных находиться в одном из трех возможных состояний.

Рис. 1.11. ЭВМ «Сетунь»

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры знаковых систем. Какой может быть физическая природа знаков?

2. В чем состоит различие между естественными и формальными языками?

3. Обладают ли генетическим кодом растения? Животные? Человек?

4. Почему в компьютерах используется двоичная знаковая система для кодирования информации?

Задания для самостоятельного выполнения

1.1. Задание с развернутым ответом. Заполните таблицу: введите алфавит и перечислите возможную физическую природу знаков для различных знаковых систем.

Cкачать материалы урока