Representação Binária da Informação

1. Representação Binária da Informação Prof. Jorge Manuel Lage Fernandes Arquitetura e Organização de Computadores

2. Tipos de Informação • Escrita e Numérica (Dados) • Sons • Imagens • Vídeos / Multimídia (Sons + Imagens)

3. O que é informação? • Definição: • - Conjunto de dados a cerca de alguém ou algo... • - Notícia transmitida à alguém ou público • - Elemento básico da memória. • Hoje em dia: • - Nossa geração tem mais informação disponível do que em qualquer tempo da história. • - Informação é poder • - Pergunta: Como chegamos a essa conjuntura?

4. Armazenamento e Transmissão de Informação • Antes da Era da Informação: • - Inscrições em Pedras (Pré-História) • - Papiros • - Livros e Registros • Era da Informação • - Globalização • - Internet • Tudo isso graças: Armazenamento Digital

5. Armazenamento Digital • Computadores • - Eletrônica Digital (ENIAC) • Álgebra de Boole • Circuitos Digitais (Válvula/Transistor) • Estados ON (1) e OFF (0). • Processamento desses Estados ou Conjunto desses Estados (Dados) • Armazenamento • Mas como representar informações se só existem 2 estados? • Utilizando representação numérica de dos estados: 0s e 1s S i s t e m a B i n á r i o

6. Números Binários • Sistemas de Numeração: • Representação das quantidades através de símbolos (pré-história) • Decimal (intuitivo ao homem) • Hexadecimal (0 a F) • Sistema Binário • Baseado em 2 elementos: 0 e 1 (bits) • Como representar os números? • Matemática: Permutação dos elementos (2n) • Exemplo: Para 3 bits => 8 valores

7. Representação Binária da Escrita • A representação dos números é bastante simples e intuitiva, conforme a disponibilidade de bits. • Como poderíamos representar escrita(caracteres)? • Codificando cada caractere • Código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) • Constituído pela combinação de 8 bits • Quantos caracteres? • Exercício: Escreva seu nome em uma seqüência de bits de acordo com a tabela ASCII.

8. Código ASCII • Exercício: Escreva seu nome em uma seqüência de bits de acordo com a tabela ASCII.

9. Representação de Sons • Definição da Física: O som é composto por ondas sonoras. Esssas ondas são ondas mecânicas, longitudinais e tridimensionais. Por serem longitudinais, são ondas de pressão, e caminham no meio de propagação através de sucessivas compressões e rarefações das partículas do meio (veja abaixo). As ondas ao se propagarem através de um meio elástico alcançam o ouvido causando a sensação sonora. O aparelho auditivo humano é sensível a sons cujas freqüências estão compreendidas na região de 20 Hz à 20 kHz . • Se o som é uma onda, como representar essa informação?

10. Representação de Sons A uma “velocidade” fixa a cada segundo (freqüência) vamos amostrando esse sinal (medindo), e transformamos esses níveis em informação numérica que é convertida em grupos de bits. A amostragem de um sinal nada mais é que um “jogo de ligar pontos” para representar a forma da onda do sinal. Um DVD por exemplo grava 20 níveis de sinal, ou seja:         0000 0000 0000 0000 0000 0000 N= 0        1111 1111 1111 1111 1111 1111 N= 1.048.575 

11. Representação de Imagens • “Uma imagem vale mil palavras”? • Uma imagem digital é composta por diversos (ou em alguns casos) milhares de pontos denominados pixels. • + Pontos estamos+ Perto da Realidade (Resolução) • Cada pixel possui uma determinada cor e essa cor pode ser representada por um conjunto de bits. • Atualmente a resolução de uma imagem é medida em megapixels (ou seja milhões de pixels)

12. Representação de Imagens • Esta imagem (320x230) é composta por cerca de 73600 pixels (0,07mega pixels) • Cada pixel é definido por 16 bits, ou seja, temos 1177600 bits (147.200 bytes). Cor: 25543 = 0110001111000111

13. Representação de Imagens 1 – 1 bit (2 cores) 2 – 4 bits (16 cores) 3 – 6 bits (64 cores) 4 – 8 bits (256 cores) 5 – 16 bits (65536 cores) 1 2 3 4 5

14. Representação de Multimídia • Vídeo + Áudio • Diversas imagens são dispostas uma após outra em uma seqüência uniforme de tempo. Ou seja, o mesmo princípio de um filme em película. A estas imagens denominamos frames. Quanto maior a disposição de frames por segundo (FPS) mais próximo da realidade este vídeo será. • Por sua vez, o áudio é incorporado e sincronizado sua execução com os frames. • A codificação em bits é a mesma utilizada em imagens e áudio. A qualidade do som e imagem é diretamente proporcional a quantidade de bits utilizados por frame.

15. Compactação das Informações • Não podemos falar de representação binária de informação se não levarmos em conta que muitas vezes nossa capacidade de armazenamento ou transmissão possui limitações. • A Compactação elimina as redundâncias e organiza os bits de forma que ocupem menos espaço no dispositivo de armazenamento ou transmissão. "Não pergunte o que o seu país pode fazer por você - Pergunte o que você pode fazer por seu país!" John F. Kennedy • Quais as redundâncias que encontramos, que poderiam ser compactadas?

16. Compactação das Informações • Não pergunte o que o seu país pode fazer por você - Pergunte o que você pode fazer por seu país! (93 bytes = 774 bits ) • 1 – “Pergunte “ - 2 vezes • 2 – “o que “ - 2 vezes • 3 – “você ” - 2 vezes • 4 – “país” - 2 vezes • 5 – “pode” - 2 vezes • 6 – “fazer “- 2 vezes • 7 – “por “ - 2 vezes • 8 – “seu “ - 2 vezes Compactado: Não_12_o_845673_-_12356784!(28 bytes = 224 bits) Obs: Precisamos de um elemento chamado dicionário de dados que neste caso ocupa quase o mesmo volume que a frase descompactada. Mas imaginemos um texto de algumas páginas, aí a economia é bastante relevante! Em imagens, áudio e vídeos a ocorrência de redundância é ainda maior!

17. Exemplos de Compactação das Informações • Arquivos Compactados (Zip, RAR, Arj..) • Imagens JPG (Joint Photographic Experts Group) e GIF (Graphics Interchange Format) • Arquivos de Áudio MP3 e WMA (Windows Media Audio) • Vídeos MPEG (Moving Picture Experts Group)