Код (лат. codex – книга) – система умовних знаків, сигналів для передавання, опрацювання та збереження повідомлень.

 Кодування повідомлень — це процес перетворення за певними правилами одного подання набору даних в інший. Під час кодування повідомлення відбувається зміна вигляду повідомлення без зміни його змісту.

Кодування – це перетворення повідомлень у зручну для передавання, зберігання опрацювання форму.

Декодування – це перетворення закодованого повідомлення у форму, прийнятну для приймача.

Наприклад, з історії добре відомий шифр, яким користувався для секретного листування зі своїми генералами римський імператор Гай Юлій Цезар (100-44 рр. до н. е.). Правила кодування полягають у тому, що кожна літера в тексті повідомлення замінюється іншою, що міститься в алфавіті на відстані кількох позицій від заданої літери:

Так, закодувавши повідомлення «привіт» з використанням шифру Цезаря зі зсувом на 4 літери праворуч, отримаємо повідомлення «ЛМЕЮЄО» .

Процес отримання початкового повідомлення із закодованого називають декодуванням повідомлення.

Декодування повідомлень відбувається, коли ми читаємо вголос надрукований текст, виконуємо музичний твір по нотах, розшифровуємо повідомлення, визначаємо за штрих-кодом країну, в якій виготовлено товар, тощо.

Для декодування повідомлення, закодованого шифром Цезаря зі зсувом на 4 літери праворуч, потрібно кожну літеру закодованого повідомлення замінити іншою, що розміщена в алфавіті на 4 позиції ліворуч від заданої. Таким чином, декодувавши повідомлення «зтдфкн зисб», отримаємо «добрий день».

Кодування та декодування повідомлень є прикладами процесів опрацювання даних.

Опрацювання даних – це процес отримання нових даних з наявних.

Кодування повідомлення – це процес заміни однієї послідовності сигналів, якою подано повідомлення, іншою послідовністю сигналів.

Кодування повідомлень виконується з метою їх зберігання, передавання, опрацювання, захисту

Завдання №1

Закодуйте з використанням шифру Цезаря зі зсувом на 4 літери праворуч повідомлення:

а)    інформатика;

б)    моя школа;

в)    кодування та декодування повідомлень.

Завдання №2

Один з найдавніших шифрів розробив Полібій (III ст. до н.е.) -грецький історик, полководець, державний діяч. У шифрі, який назвали «квадрат Полібія», кожна літера алфавіту (або пара літер, що відповідають близьким за вимовою звукам) міститься в таблиці. Під час кодування повідомлення кожна літера замінюється парою цифр – номерами стовпця та рядка таблиці, на перетині яких вона розміщена. Для кодування повідомлень українською мовою    кодом “Квадрат Полібія” може бути використана таблиця, зображена нижче.

Декодуйте повідомлення, закодовані за розглянутими вище правилами з використанням наведеної таблиці:

а) 53 43 13 52 21 52 42;

б) 62 43 51 34 31 11 33 33 65.

Завдання №3

Закодуйте повідомлення, використавши правила кодування, наведені в попередньому завданні:

а)    інформатика;

б)    повідомлення.

Повідомлення можуть кодуватися різними способами. Вибір способу кодування залежить від виду повідомлення, яке необхідно кодувати: текст, число, графічне зображення або звук чи відео. Для опрацювання за допомогою комп’ютера повідомлення подаються (кодуються) у вигляді послідовностей електричних або магнітних сигналів двох видів. Кожний сигнал одного виду умовно позначають цифрою 0, а другого виду — 1.

Кодування повідомлень із використанням двох сигналів називається двійковим. Набір даних, отриманий у результаті двійкового кодування, називається двійковим кодом.

Цифра 0 або 1 у двійковому коді повідомлення має назву біт (англ. binary digit — двійкова цифра).

Із двох бітів можна скласти 4 (4 = 22) коди (00, 01, 10 і 11). Ними можна закодувати, наприклад, чотири чверті координатної площини: 00 — ліва верхня; 01 — права верхня; 10 — ліва нижня; 11 — права нижня.

Із трьох бітів можна скласти вже 8 (8 = 23) кодів (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). Ними можна закодувати, наприклад, сторони горизонту. Із чотирьох бітів можна скласти 24 = 16 кодів, з п’яти — 25 = 32 коди і т. д. З восьми бітів можна скласти 28 = 256 кодів, і цієї кіль кості кодів достатньо, щоб закодувати всі літери англійського та українського (або якогось іншого) алфавітів, арабські цифри, розділові знаки, знаки арифметичних дій, а також деякі інші символи.

Послідовність із восьми бітів має назву байт.

1 байт = 8 біт

Традиційно для кодування одного символу використовується двійковий код, довжина якого дорівнює 1 байту, тобто 1 символ = 1 байт = 8 біт. Тоді можна обчислити, яку кількість різних символів можна закодувати: N = 28 = 256.

Конвертування двійкових чисел у десяткові.

Припустимо, дано двійкове число 1100012. Для конвертування в десяткове запишіть його як суму за розрядами таким чином:

1 * 25 + 1 * 24 + 0 * 23 + 0 * 22 + 0 * 21 + 1 * 20 = 49

Конвертування десяткових чисел у двійкові.

Припустимо, нам потрібно перетворити число 21 на двійкове. Ви можете скористатися такою процедурою:

21 /2 = 10 з залишком 1

10 /2 = 5 без залишку 0

5 /2 = 2 з залишком 1

2 /2 = 1 без залишку 0

1 /2 = 0 з залишком 1

Отже, ми ділимо кожне частне на 2 і записуємо залишок на кінець двійкового запису. Продовжуємо поділ до тих пір, поки в часному не буде 0. Результат записуємо справа наліво. Тобто нижня цифра (1) буде самою лівою і т. д. В результаті отримуємо число 21 в двійковій запису: 10101.

Довжина двійкового коду текстового повідомлення — це кількість бітів чи байтів у двійковому коді цього повідомлення.
При такому кодуванні один рядок тексту підручника має середню довжину двійкового коду приблизно 50 байт, одна сторінка — приблизно 2000 байт, а весь підручник (240 с.) — приблизно 480 000 байт.

Для позначення довжин двійкового коду повідомлень використовують і більші одиниці вимірювання, назви яких, згідно з Міжнародною системою одиниць (СІ), утворюються за допомогою префіксів кіло-, мега-, гіга-, тера- і т. д. Історично склалося так, що ці префікси (кіло-, мега-, гіга-, тера-) в інформатиці трактувалися по-іншому, не так, як, наприклад, у математиці, і мають у своїй основі степені числа 2, а саме:

1 Кб (кілобайт) = 210 байт = 1024 байт;

1 Мб (мегабайт) = 210 Кб = 220 байт = 1 048 576 байт;

1 Гб (гігабайт) = 210 Мб = 220 Кб = 230 байт;

1 Тб (терабайт) = 210 Гб = 220 Мб = 230 Кб = 240 байт.

Щоб подати біти в байтах, треба число бітів поділити на 8. Наприклад: 32 біти — це 4 байти. Щоб подати байти в кілобайтах, треба число байтів поділити на 1024. Наприклад: у 2048 байтах буде 2 Кб.

І так далі за наступними одиницями вимірювання.

Щоб подати байти в бітах, треба число байтів помножити на 8. Наприклад: у 3 байтах буде 24 біти.

Щоб подати кілобайти в байтах, треба число кілобайтів помножити на 1024. Наприклад: у 3 кілобайтах буде 3072 байти і відповідно 24 576 біт.

Вправа. Довжина двійкового коду тексту.

Завдання. Книжка містить 150 сторінок, на кожній сторінці — 40 рядків, у кож- ному рядку 60 символів (включаючи пропуски). Знайдіть довжину двійкового коду тексту книжки, якщо для кодування кожного символу використано 8 біт. розв’язанн я. Обчислимо кількість символів у книжці:

60 · 40 · 150 = 360 000 символів.

Оскільки довжина двійкового коду 1 символу — 8 біт =1 байт, довжина двійкового коду книжки дорівнює 360 000 байт.

Подамо байти в більших одиницях:

360 000 байт : 1024 = 351,56 Кб.

351,56 Кб : 1024 = 0,34 Мб.

Натиснення клавіші на клавіатурі приводить до того, що сигнал надсилається в комп’ютер у вигляді двійко- вого числа, яке зберігається в кодовій таблиці. Кодова таблиця становлює відповідність між символами та їх двійковими кодами для подання текстових даних у комп’ютері. Для того щоб весь світ однаково кодував текстові дані, потрібні єдині таблиці кодування.

У різних таблицях кодування одні й ті самі символи можуть мати різні коди. Останнім часом серед таблиць кодування, які містять українські літери, найпоширенішими є КОІ8-U і Windows-1251. Довжина коду кожного символу в них — 1 байт.

Широкого поширення набув міжнародний стандарт Unicode — Unicode Consortium (UTF 32, UTF 16 і UTF 8), який відводить на кожний символ не один байт, а два, тобто 16 біт, тому за його допомогою можна закодувати не 256, а 216 = 65 536 різних символів.

Як визначити довжину двійкового коду повідомлення?

Щоб обчислити довжину двійкового коду повідомлення, треба кількість символів у тексті помножити на кількість бітів, потрібних для кодування одного символу.

Наприклад: двійкове число 01010111 займає в пам’яті 8 біт. Якщо його записати у вигляді тексту в кодуванні ASCII, довжина коду буде 8 байт, або 64 біти, оскільки кожний символ кодується за допомогою 8 біт. Довжина двійкового коду цього самого тексту в кодуванні Unicode становитиме 16 байт, або 128 біт.

Не слід забувати, що пропуски треба вважати за символи, оскільки вони також набираються на клавіатурі, мають код і зберігаються в пам’яті.

Вправа. Перекодування.

Завдання. Автоматичний пристрій здійснив перекодування текстового повідомлення довжиною 48 символів, спочатку записаного в 7-бітному коді ASCII, у 16-бітне кодування Unicode. Визначте, на скільки при цьому збільшилася довжина двійкового коду повідомлення.

Розв’язання. Зміна кодування із 7 біт на 16 біт збільшує довжину коду кожного символу на 16 – 7 = 9 біт. Оскільки повідомлення містить 48 символів, то його обсяг збільшився на 48 · 9 = 432 біти.

Подамо біти в байтах: 432 : 8 = 54 байти.