Representação da Informação
Faculdade de Ciências Aplicadas e Sociais de Petrolina - FACAPE
Ciência da Computação
Professora: Cynara Carvalho
E-mail: [email protected]
Introdução
Os sistemas de computação trabalham com o
sistema de numeração binário. Onde cada
símbolo 0 ou 1 da numeração binária é chamado
de dígito binário.
BInary digT = BIT
“Bit é a menor unidade da informação”
Entendo os Bits...
Para entender como o sistema faz isso, imagine a
existência dos faróis traseiros de um veículo...
• Você vai trabalhar pela manhã no seu carro e tem outro carro na sua frente.
• As lâmpadas apresentam dois estados possíveis: acessa e apagada.
Carro andando em frente
0 0
Carro andando em frente
Carro virando à direita
0 1
Carro virando à direita
Carro virando à esquerda
1 0
Carro virando à esquerda
Carro parado
1 1
Carro parado
Entendo os Bits...
O computador, sendo um equipamento eletrônico,
armazena e movimenta as informações internamente
sob forma eletrônica; tudo o que faz é reconhecer dois
estados físicos distintos, produzidos pela eletricidade,
pela polaridade magnética ou pela luz refletida – em
essência, eles sabem dizer se um “interruptor” está
ligado ou desligado, a presença ou ausência de
energia e ainda verdadeiro ou falso.
O – desligado – ausência - falso
1 – ligado – presença - verdadeiro
Entendo os Bits...
Para que a máquina pudesse representar
eletricamente todos os símbolos utilizados na
linguagem humana, seriam necessários mais de 100
diferentes valores de tensão (ou de corrente).
Então como foi resolvido este impasse de quantidade
de bits necessários para representar as várias e
possíveis necessidades humanas de números, símbolos
e etc.?
Entendo os Bits...
Um bit pode representar apenas 2 símbolos (0 e 1), mas teve
a necessidade de uma unidade maior, formada por um
conjunto de bits, para representar números e outros símbolos,
como os caracteres e os sinais de pontuação que usamos nas
linguagens escritas.
Unidade maior (grupo de bits) - precisa ter bits suficientes
para representar todos os símbolos que possam ser usados:
– dígitos numéricos,
– letras maiúsculas e minúsculas do alfabeto,
– sinais de pontuação,
– símbolos matemáticos e assim por diante.
Entendo os Bits...
Necessidade:
Entendo os Bits...
Capacidade de representação:
8
256
Entendo os Bits...
BYTE (BinarY TErm)
Com 8 bits, podemos arranjar 256 configurações diferentes:
• Dá para 256 caracteres, ou para números de 0 a 255, por exemplo.
• Todas as letras, números e outros caracteres são codificados e
decodificados pelos equipamentos através dos bytes que os
representam, permitindo, dessa forma, a comunicação entre o
usuário e a máquina.
Entendo os Bits...
Exemplo:
Um livro com 250 páginas tem aproximadamente 1.000.000
de caracteres (letras, símbolos e espaços em branco), caso
fossemos modelar esses caracteres em bytes esse texto seria
representado então por 1.000.000 de bytes, ou melhor, o
tamanho desse texto para o computador seria 1.000.000 de
bytes...
Sendo assim, para facilitar a contagem dos bytes foram
denominadas unidades de medidas de bytes conforme tabela:
Entendo os Bits...
Quantidade de Bytes
Valor Aproximado
1.024 B
1.000 B
1 KB – KILOBYTE
1.048.576 B
1.000.000 B
1 MB – MEGABYTE
1.073.741.824 B
1.000.000.000 B
1 GB – GIGABYTE
1.099.511.627.776 B
1.000.000.000.000 B
1 TB - TERABYTE
Existem também outras denominações:




Nome
Nybble: 4 bits
Word(Palavra): 16 bits
Double Word: 32 bits
Quad Word: 64 bits
Representação de Símbolos
O sistema de numeração binário só consegue
representar números (0 e 1), então como o sistema de
computação consegue trabalhar com outros tipos de
dados é necessário utilizar um sistema de codificação
para representar esses dados.
Na década de 60 surgiu a necessidade de os
computadores
comunicarem-se
(trocarem
informações). Por esse motivo, surgiram padrões de
codificação. Esses padrões consistem em tabelas com
grupos de bits que representam determinados
caracteres.
Representação de Símbolos
Codificação BCD
O código BCD (Binary Codec Decimal) foi um
dos primeiros a ser usado e foi criado pela IBM. A
codificação BCD utiliza apenas letras maiúsculas
mais alguns poucos símbolos. Rapidamente
tornou-se inadequado pela necessidade de letras
maiúsculas e minúsculas.
Representação de Símbolos
Codificação EBCDIC
Para resolver o problema do código BCD, a IBM
criou a codificação EBCDIC (Extended Binary
Codec with Decimal Interchange Code), que usa
oito bits para representar os caracteres, permitindo
256 símbolos. O único problema dessas codificações
é que ficaram restritas aos equipamentos criados
pela IBM.
Representação de Símbolos
Codificação ASCII
A ANSI (American National Institute) criou em 1963 a
codificação ASCII (American Standard Codec for
Information Interchange) com o intuito de que ela fosse um
padrão para indústria de computadores. Foi idealizada
utilizando 8 bits, dos quais 7 eram utilizados para
representar caracteres (128 símbolos) e 1 era utilizado com
uma função especial (paridade).
Com o tempo a necessidade do bit especial perdeu a
importância e a IBM criou um novo código ASCII, com os
8 bits podendo então representar até 256 símbolos, mas
mantendo compatibilidade com o ASCII original.
Representação de Símbolos
Unicode
Com a disseminação dos computadores surgiu a necessidade de
representar caracteres diferentes daqueles apresentados pelas tabelas
ASCII por exemplo, para isso foi criado o Unicode, um código
desenvolvido por um consórcio de empresas (IBM, Apple, Microsoft,
Nokia, HP, America On Line e outras) e especialistas. Esse código
utiliza 16 bits (2 bytes) e permite a representação de 65.536 símbolos,
essa quantidade é suficiente para representar a maioria dos caracteres
e símbolos em vários alfabetos, tornando-se ideal para um padrão
mundial.
O Unicode representa uma grande quantidade de símbolos diferentes,
entre eles os alfabetos árabe, grego, hebraico, japonês, latino, formas
geométricas, padrões Braile, setas e símbolos matemáticos e musicais
entre outros. Para conhecer basta acessar: www.unicode.org
Representando Imagens e Sons
Imagens
Como representar imagens?
Para uma imagem ser trabalhada no computador é
necessário adequá-la ao modelo de numeração binária,
como é feito com os caracteres.
Representando Imagens e Sons
Imagens
Exemplificaremos abaixo uma imagem preto e branco onde:
representa ao bit O
representa o bit 1.
Então poderemos calcular o tamanho desta imagem sendo 10 linhas de 8 bits temos 80
bits o que equivale a 10 bytes.
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
Representando Imagens e Sons
Imagens
Já nas imagens coloridas deve-se levar em consideração
que a imagem continuará sendo representada por pontos,
mas eles assumirão cores diferentes, na qual uma
combinação de bits representará uma determinada cor.
000
011
010
100
111
001
110
101
111
001
110
101
000
011
010
100
1 ponto
3 bits
1 linha
4 pontos
12 bits
Figura
4 linhas
48 bits
6 bytes
O número de bits utilizados para representar as cores de cada ponto é conhecido como
PROFUNDIDADE DA COR, quanto mais bits por ponto, mais cores serão representadas.
Representando Imagens e Sons
Formato das Imagens
Quando uma imagem é codificada em um sistema de
computação ela pode assumir diferentes tipos de formatos,
que na verdade são padrões de codificação.
Alguns tipos são:
• Windows Bitmap (BMP): formato que utiliza o processo que
acabamos de conhecer, o tamanho de uma imagem é
proporcional ao seu número de pontos e profundidade de cor.
Representando Imagens e Sons
• Graphics Interchange Format (GIF): formato que
utiliza o algoritmo de compressão de dados, com isso
consegue apresentar a mesma imagem, mas com um
tamanho menor e sem perda de qualidade. O único
problema é que na compressão só é possível no máximo 256
cores, o que pode modificar um pouco da imagem original.
• Joint Photographic Experts Group (JPEG): formato
que utiliza um algoritmo de compressão de dados que pode
gerar imagens menores, mas que, ao mesmo tempo gera
alguma perda de qualidade.
Representando Imagens e Sons
Imagem em Movimento (Vídeo e Animações)
Para compreender a representação das imagens em movimento
através dos sistemas de computação é necessário compreender como
funciona o cinema.
Quando várias imagens são apresentadas sucessivamente em uma
determinada velocidade, com pequenas variações de movimento
entre uma e outra, os nosso olhos são enganados e entendem que a
imagem está em movimento (no cinema são 24 imagens por
segundo, no computador são 30). Portanto uma imagem em
movimento é na verdade uma sucessão de imagens estáticas,
apresentadas a uma velocidade e é dessa forma que deve ser
trabalha para que seja representada pelo sistema de computação.
Representando Imagens e Sons
A partir desta constatação é possível realizar o seguinte
cálculo:
• Cada imagem do filme -> 800 x 600(tela inteira do computador)
• Profundidade de cor -> 24bits
• Tamanho de cada quadro do filme -> 800 x 600 x 24 = 11.520.000
bits
• Velocidade: 30 quadros por segundo -> 1 segundo de filme tem
345600000 bits
• Um filme em média de duas horas (7.200 segundos)
• Tamanho do filme: 311 GB
Representando Imagens e Sons
Imagem em Movimento (Vídeo e Animações)
O tamanho obtido é exageradamente grande. Para evitar esse
problema é utilizado o Codec (Codificador/Decodificador), um
dispositivo de hardware ou um programa que codifica os dados,
nesse processo os dados são comprimidos de modo que os
dispositivos existentes possam armazenar e manipular essa
imagem em movimento.
Alguns são:
• MPEG (Moving Picture Expert Group): os padrões
MPEG utilizam a técnica de armazenar somente os quadros
principais da imagem em movimento e prevêm como seriam os
quadros intermediários analisando as alterações ocorridas.
Representando Imagens e Sons
Imagem em Movimento (Vídeo e Animações)
Os padrões MPEG são:
• MPEG-1: padrão usado para Vídeo CD, qualidade menor
que a fita de videocassete.
• MPEG-2: lançado em 1994 é o padrão utilizado para
televisão digital e para DVD.
• MPEG-4: lançado em 1998 é o padrão utilizado para
distribuição de vídeo pela Internet e conversação
(videoconferência).
Representando Imagens e Sons
Imagem em Movimento (Vídeo e Animações)
• QuickTime:
padrão
desenvolvido
pela
Apple,
primeiramente para seus computadores Macintosh,
utilizados diferentes formas de compactação de vídeo.
• AVI (Audio Video Interleave): padrão para compressão
de vídeo definido pela Microsoft, que armazena os dados de
um quadro e, a partir dele armazena apenas o que é
diferente nos quadros seguintes.
• DivX: padrão de compressão de vídeo derivado do MPEG4, permite que um filme gravado em DVD com
aproximadamente 6 GB passe a ter em torno de 600 MB.
Representando Imagens e Sons
Som
O sons são ondas que trafegam pelo ar e chegam aos ouvidos
ou ao microfone do sistema de computação. Essas ondas não
apresentam valores binários, mas valores analógicos. A
codificação desse sinal analógico em digital é chamada de
Digitalização do Som.
Para sons (músicas) também são utilizados alguns Codecs
para compressão de áudio, por exemplo: MP3, WMA, Ogg
Vorgis, AAC e etc. que podem reduzir esses tamanhos.
Desafio
O1_ Qual será o tamanho desta imagem em bytes? Tendo profundidade
da Cor: 4 bits. Imagem composta por 20 linhas e 20 colunas.
Desafio
O1_ Qual será o tamanho desta imagem em bytes? Tendo
profundidade da Cor: 4 bits
Na imagem anterior temos uma imagem composta por 20
linhas e 20 colunas onde em cada ponto possui então 4 bits...
A conta deve ser a seguinte 20 x 20 x 4 = 1600 bits , mas cada
byte é formado por 8 bits temos então...
Uma imagem com tamanho de 200 bytes.
Desafio
O2_ A Empresa ART’S está produzindo um filme e contratou
você para ajudá-lo na parte de conversão e cálculos... Logo
sabemos que o filme será rodado em telas de tamanho 300 x
400 e que utilizará um sistema de cores de 16 bits, será
utilizado ainda 45 quadros por segundo para ter um efeito
melhor que o cinema, não podemos esquecer que será um curta
de 30 minutos....
Fazendo as contas qual será o tamanho deste filme em bytes?
Desafio
O2_Fazendo as contas qual será o tamanho deste filme em
bytes?
Cada imagem: 300 x 400 x 16 = 1.920.000 bits
Cada segundo: 45 x 1.920.000 = 846.00.000 bits
30 minutos tem: 30 x 60 = 1800 segundos
O curta tem: 846.000.000 x 1800 = 155.520.000.000 bits
Tamanho do curta: 19.440.000.000 bytes ou 19,44GB