Reprezentácia a kódovanie informácií Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Údaj vs. informácia — Údaj je samotný zápis, znak alebo číslo bez významu (napríklad číslo 36). Informácia vzniká až vtedy, keď údaj dostane súvislosť a zmysel (36 °C je telesná teplota človeka). Rozdiel je dôležitý preto, že počítač spracúva údaje, no zmysel im dáva človek.

2. Kódovanie informácie — Kódovanie je prevod informácie do podoby, ktorú vie zariadenie uložiť, preniesť alebo spracovať. Vždy potrebujeme dohodnutý systém (kód), aby sa dala správa spätne dekódovať. Príkladom je Morseova abeceda, semafor alebo posunková reč — všetko sú spôsoby kódovania tej istej informácie.

3. Bit (binárna číslica) — Bit je najmenšia jednotka informácie a môže mať len dve hodnoty: 0 alebo 1. Počítače pracujú dvojkovo, lebo elektronika ľahko rozlíši dva stavy — vypnuté/zapnuté, nízke/vysoké napätie. Z mnohých bitov sa skladá každý text, obrázok aj zvuk v počítači.

4. Bajt (byte) — Bajt je skupina 8 bitov a tvorí základnú „pracovnú" jednotku pamäte. Z 8 bitov sa dá vytvoriť 2⁸ = 256 rôznych kombinácií, čo stačí na zakódovanie jedného písmena alebo znaku. Väčšie jednotky sú kilobajt (kB), megabajt (MB) a gigabajt (GB), pričom každá vyššia je približne 1000-krát väčšia.

5. Dvojková (binárna) sústava — Je to číselná sústava, ktorá používa iba číslice 0 a 1, na rozdiel od bežnej desiatkovej (0–9). Každá pozícia predstavuje mocninu dvojky (1, 2, 4, 8, 16…), takže napríklad 1011 v dvojkovej sústave je 8 + 0 + 2 + 1 = 11. Počítače používajú práve túto sústavu, lebo zodpovedá dvom stavom elektronických obvodov.

6. Kódovanie čísel — Čísla počítač ukladá ako postupnosť bitov v dvojkovej sústave. Pri pridaní jedného bitu sa počet možných hodnôt zdvojnásobí, preto viac bitov dokáže zapísať väčšie čísla. Tento spôsob umožňuje presné počítanie aj rýchle výpočty so zápornými i kladnými hodnotami.

7. Kódovanie textu a ASCII — Každému písmenu, číslici a znaku je priradené číslo, ktoré sa uloží ako bajt. Najznámejšou tabuľkou je ASCII, kde napríklad veľké písmeno A má hodnotu 65 a malé a hodnotu 97. Vďaka dohodnutej tabuľke vidí každý počítač pod rovnakým číslom rovnaký znak.

8. Unicode a diakritika — ASCII má len 128 znakov, čo nestačí na slovenskú diakritiku (á, č, ž) ani na iné jazyky a emotikony. Preto vznikol Unicode, ktorý zakóduje desaťtisíce rôznych znakov z celého sveta. Najčastejšie sa používa v podobe kódovania UTF-8, ktoré dnes funguje na väčšine webových stránok.

9. Kódovanie obrazu a pixely — Obrázok je rozdelený na drobné štvorčeky — pixely, pričom každý pixel má svoju farbu zapísanú číslami. Čím viac pixelov obrázok obsahuje (vyššie rozlíšenie), tým je ostrejší, ale aj väčší v pamäti. Tomuto spôsobu zápisu hovoríme rastrová (bitmapová) grafika.

10. Farebný model RGB — Farba každého pixelu sa najčastejšie skladá z troch zložiek: červenej (Red), zelenej (Green) a modrej (Blue). Každá zložka má hodnotu 0–255, a ich miešaním vznikne viac ako 16 miliónov farieb. Napríklad samotná plná červená je (255, 0, 0) a biela vznikne zložením všetkých troch naplno (255, 255, 255).

11. Kódovanie zvuku (vzorkovanie) — Zvuk je vo svete plynulá vlna, ktorú počítač nedokáže uložiť priamo, preto ju mnohokrát za sekundu „odmeria" a zapíše ako čísla — tomu sa hovorí vzorkovanie. Čím častejšie sa vlna meria a čím presnejšie sa zapíše, tým vernejšia je nahrávka, ale tým väčší je aj súbor. Takto vznikajú zvukové súbory napríklad vo formátoch MP3 alebo WAV.

12. Strata a komprimácia údajov — Aby obrázky, hudba a videá zaberali menej miesta, používa sa komprimácia, ktorá zmenší veľkosť súboru. Pri bezstratovej komprimácii sa nič nestratí, kým pri stratovej (napr. JPG alebo MP3) sa odstránia detaily, ktoré človek skoro nevníma. Preto sa oplatí vedieť, že menší súbor môže znamenať o niečo nižšiu kvalitu.

1. Poučka

Údaj je samotný zápis (znak, číslo, symbol), ktorý ešte nemusí nič znamenať. Informácia je význam, ktorý z údaja získame, keď mu rozumieme. Aby počítač dokázal s textom, číslami, obrazom či zvukom pracovať, musí ich zakódovať — premeniť na čísla, a to do dvojkovej (binárnej) sústavy, teda na postupnosť núl a jednotiek (bitov).

2. Vysvetlenie

Postupne po krokoch: 1. Údaj vs. informácia — Číslo 36 je údaj. Keď zistíme, že je to teplota tela 36 °C, stáva sa z neho informácia (má pre nás význam). 2. Bit — najmenšia jednotka informácie, môže mať len dve hodnoty: 0 alebo 1. 3. Bajt (byte) — skupina 8 bitov. Pomocou jedného bajtu vieme zapísať 2⁸ = 256 rôznych hodnôt. 4. Text — každému písmenu priradíme číslo podľa kódovej tabuľky (napr. ASCII), a to číslo zapíšeme binárne. 5. Číslo — počítač prepíše číslo z desiatkovej sústavy do dvojkovej (len 0 a 1). 6. Obraz — obrázok sa rozdelí na drobné štvorčeky — pixely; každý pixel má zakódovanú svoju farbu číslami. 7. Zvuk — zvukovú vlnu meriame mnohokrát za sekundu a každú nameranú hodnotu uložíme ako číslo.

Spoločné pravidlo: všetko sa nakoniec premení na čísla a tie na nuly a jednotky.

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — z dvojkovej do desiatkovej sústavy: Koľko je dvojkové číslo 1101 v desiatkovej sústave?
Pozície sprava majú hodnoty 1, 2, 4, 8 (mocniny dvojky).
Číslice sprava: 1, 0, 1, 1 → berieme pozície s jednotkou: 1, 4, 8.
Sčítame: 8 + 4 + 0 + 1 = 13
Výsledok → 13

Príklad 2 — z desiatkovej do dvojkovej sústavy: Zapíš číslo 6 v dvojkovej sústave.
Delíme dvoma a zapisujeme zvyšky:
6 : 2 = 3, zvyšok 0
3 : 2 = 1, zvyšok 1
1 : 2 = 0, zvyšok 1
Zvyšky čítame odspodu nahor: 1, 1, 0.
Kontrola: 4 + 2 + 0 = 6 → 110

Príklad 3 — bity a bajty: Koľko bitov majú 4 bajty a koľko rôznych hodnôt sa zmestí do 1 bajtu?
1 bajt má 8 bitov, teda 4 · 8 = 32 bitov.
Každý bit má 2 hodnoty, 8 bitov dáva 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 = 256 kombinácií.
Výsledok → 32 bitov; 1 bajt zapíše 256 hodnôt

Príklad 4 — kódovanie písmena: Ako počítač uloží písmeno A?
Krok 1: v kódovej tabuľke ASCII nájde číslo písmena – A má kód 65.
Krok 2: číslo prevedie do dvojkovej sústavy: 65 = 64 + 1, čiže 01000001.
Krok 3: tých 8 núl a jednotiek uloží ako 1 bajt.
Písmeno A v pamäti → 01000001 (1 bajt)

Príklad 5 — údaj, či informácia: Na lístku je napísané iba „8:15". Je to údaj, alebo informácia?
Samotný zápis „8:15" nemá jasný význam – nevieme, čo sa o 8:15 deje.
Až keď sa dozvieme, že „autobus do školy ide o 8:15", dostane údaj súvislosť a zmysel.
Záver → samotné „8:15" je údaj, s vysvetlením sa stáva informáciou

Príklad 6 — z praxe, veľkosť obrázka: Ikonka má 10 × 10 pixelov a farba každého pixelu je zapísaná tromi číslami RGB, každé zaberie 1 bajt. Koľko bajtov zaberie bez komprimácie?
Počet pixelov: 10 · 10 = 100.
Každý pixel: 3 bajty (červená, zelená, modrá).
Spolu: 100 · 3 = 300
Ikonka zaberie → 300 bajtov

Prečo je to dôležité: Keď vieš, že všetko sú zakódované čísla, chápeš, prečo väčší obrázok či dlhšia pieseň zaberú viac miesta (viac bitov), prečo niekedy klesne kvalita pri zmenšenom súbore a prečo počítače dokážu prenášať text, hudbu aj video po tej istej sieti — všetko je to len postupnosť 0 a 1.

Precvič si

1. Koľko hodnôt môže mať jeden bit?
2. Koľko bitov má 1 bajt?
3. Zapíš v desiatkovej sústave dvojkové číslo 111.
4. Zapíš v dvojkovej sústave číslo 8.
5. Koľko bitov majú 5 bajtov?
6. Koľko bajtov zaberie bez komprimácie obrázok 20 × 10 pixelov, ak každý pixel zaberá 3 bajty?