Information Processing and Coding

The computer is an apparatus for processing information. Information is represented indigital form (binary) and one must distinguish the binary representation of information(one or more binary numbers) of service (its actual content).

Part I: the binary

All information is treated as binary sounds regardless of their meaning. There are threetypes of basic operation:
- Transmit
- Set memory

                                                                          - Calculate

     I) The transmission of information
To transmit information from one point to another in digital form, you need a vehicle for information, which will physically effect the transfer. This may be one or more connectingson (son bonding in a circuit, telephone line, railroad track etc..) transmission byelectromagnetic waves or sound, an optical link which uses a beam of light visible or notetc. .
In any case, if the transmission communicates a binary digit at a time (the figures beingtransmitted one after the other) we speak of serial link. If several numbers aretransmitted simultaneously, it is called parallel link. In general, for a transmissiondistance, it uses a serial, parallel interfaces are used only for very short distance.

For example, inside the computer, information is transmitted by links called parallel busin this case, the number of bits (binary digits) are transmitted simultaneously in generala power of 2: 8,16,32, 64 or even 128 bits. The advantage of the parallel connection isspeed, a 32-bit parallel link is obviously capable of transmitting information 32 times faster than serial.
There are also cables for printers that use a parallel connection (normally 8 bits in this case) but it tends to disappear as the technology has made tremendous progress,speed serial links now widely enough to ensure transferring information to a printer. Thesame remark can be made for devices such as external hard drive, which can now beconnected via USB (Universal Serial Bus).

In any transmission, whether serial or parallel information flows at a certain speed, thisword means in this case the number of bits that can be transmitted per second. Forexample, the first standard for connecting USB (1) had a maximum speed of 20 MbpsThis speed quickly proved inadequate, why has it been a few years later set thestandard USB 2 much faster.
For a parallel connection, to avoid ambiguity, we define the frequency, that is to say thenumber of calls per second on the bus: a bus 8 bits at a frequency of 250 MHz and iscapable of transmitting 8x250 • 106 • 106 = 2000 bits per second, or 2 Gbit / s.

II) Memory

A memory is a device for recording information to restore it later. When recordinginformation in a memory, we talk about writing. When retrieves information from a memory, we talk about reading.
There are different types of memory. Memory (RAM or Random-Access Memory) of a computer is a type of volatile memory, that is to say that disappears when you cut food.The hard disk on the contrary, or devices such as USB sticks are permanent memories,that is to say who remain (theoretically indefinitely) even without a power supply.
When one wants to write or read information in a memory, you must specify the locationof this information.

In a disk drive or a USB key, the information is grouped into files (in English, file) whichnames are assigned. The computer then uses the file system - for example, FAT32(FAT = File Allocation Table) - to determine the physical location information using thefile name.
In RAM, this process would be much too slow. The information is grouped into bytes (8bits) that are numbered. The order number is called a byte address.

III) Calculations

The main body of a computer is its CPU (or processor). C'st he who performs thecalculations, and in principle all the information passing through it. This was the case forthe first computers, but now certain types of information are processed by specific circuits such as the graphics card or sound card. In this case, the CPU does not directly address the information graphics or sound, but simply give orders to these globalcircuits (eg, open or close a window on the screen).
The processor directly controls the memory using two buses: the data bus, whichcirculate the binary and drinking places, which indicates the location of the memory cellsor question (s). The data bus is bidirectional, that is to say that information can move thememory to the processor or vice versa. In early computers, it consisted of 8 bits, then to1984-85 it increased to 16 bits and 32 bits very quickly. Currently, most computers havea 32-bit core architecture, even if the memory data bus can be up to 128 bits in order toincrease the rate of exchange.

The address bus is unidirectional, it is always the processor determines the memory address in horns treatment. Currently, the address bus has 32 bits, which may indicate232 = 4,294,967,296 memory locations (bytes) different. This number is close to 4billion, and the theoretical maximum capacity is normally empty memory 4 gigabytes (4GB).
The processor has internal memory called registers, which luis used to temporarily storeinformation. Using these records, it can do several types of basic operations. Forexample,
- Charge (Load) information in a register
- Store (Store) the contents of a register in memory
- Modify the contents of a register, for example by taking the binary complement, orshifting (shift) to the right or left bits of the register.
- Add (or do any other operation to two operands) the contents of a register with thecontents of another register or memory and place result in the starting register.

The successive operations to be performed by the processor are given in a program,which is itself placed in memory. A program consists of instructions that are encoded inbinary cells in consecutive memory and the processor must read one after the other.Each statement gives the order to perform basic operations above views.

Part Two: The information coding

Once defined the transmission, storage andprocessing of information is the most important point: the meaning of the raw binary. How a binary number represents information is called encodingor representation.

Raw information is a set of binary bits (binary digits), often in groups of four (when theinformation is in hexadecimal) or 8 (byte or byte). Abyte represents information that can be written with8 bits or 2 hex digits. For example, 01101100(binary) = 6c (hexadecimal). We also speak oftenof word (word) 16, 32, 64 etc.. bits. In general, thewidth of the word (the number of bits) is a multipleof 8. On a byte, we can represent 28 = 256different values, a word of 16 bits, 216 = 65,536different values, a 32-bit word 232 =4,294,967,296 different values.

The user of the representation of a binaryinformation must choose the meaning of each ofbinary values. This can be a single positive integer,in which case the translation is very simple (seeprevious courses), or an integer positive ornegative, in which case it generally selects the 2's complement representation, or a decimal It willthen choose a suitable mode of representation.

It may also represent many other information such as text, sound, image etc.. It will then set theencoding.
For example, a digital image is made up of dotscalled pixels (English word coined from the phrase"picture element"). Each pixel must be defined bycolor and brightness. We will see later how the coding of images.
A sound is defined physically by changes inpressure, and for digitally encoding the sound iscut time and sliced thin enough to be able torebuild these changes so rapidly that the human ear is deceived. As the human ear can hearsounds up to a frequency (theoretical) 20 kHz, we choose to represent a sound with the pressure values measured at a higher frequency: 48, 96 or144 kHz.

                                                

A text is a sequence of characters, and it willtherefore agree on a numerical code for eachcharacter. There are two codes currently used: thenormal code is the alphanumeric code ASCII(American Standard Code for InformationInterchange) which uses a representation of 8 bits, but it has developed since the late 90's a code of 16 bits (Unicode). When code text (for example, in a word processing file) is given following the codesof characters of text, and add formatting information like font size, color, layout and so on.When you open a word processing file withNotepad, you use only text information, and notthose of formatting.
It must also represent computer programs. A program is a series of instructions for the processor, each instruction is encoded on one ormore bytes, and each type of instruction with a code defined. In addition, the program will requirethe address of the memory cells used by the instructions.

           Annex1: different physical media of information transmission

When the binary information is transmitted by one or more son inside a computer, just set the logic levels 0 and 1. For example, standard TTL (inwhich the supply voltage is 5V, the potentials of allpoints of the circuit are between 0 and 5V), logic level 0 corresponds to a potential below 0.8 V, thelevel logic 1 to a potential higher than 2V.

However, when information is transmitted through a medium such as an electromagnetic wave orsound or a light beam guided by an optical fiber, oreven by an electrical signal, it must define howinformation is transmitted. this is done using a typeof modulation.   

For example, you can use a periodic signal byvarying the amplitude of the signal representing information to be transmitted. This is calledamplitude modulation. It can also vary thefrequency, for example with a base frequency of101.10 MHz, making it vary from 100.95 to 101.25MHz. This is called frequency modulation. It canalso transmit information using the signal phase.For example, with a symmetrical square signal to begin with, can be modulated (varying) the time at which the signal changes sign, the frequencyremaining the same. This is called phasemodulation.

       In defining the physical medium of transmission of information, this media is then able to transmit at a certain speed in bits / s. If this speed is higher than required, then you can combine several differenttransmissions sue the same medium, it is calledmultiplexing. For example, if you have a connectionto 1 Gbps, and we want to transmit telephone calls, which each require 10 Mbps, we can multiplex 100telephone calls on the same physical medium.

The optical fiber transmission is from this point ofview is quite extraordinary: a fiber, we use severaltens of channels (one for each type of light ray) and each channel can transmit at speeds of severalgigabits per second, you can gift over a single optical fiber to transmit several thousands (even up to several million!) of simultaneous phone calls.

                                            Table ASCII   

       Décimal   Octal   Hex  Binaire   Caractère

       -------   -----   ---  --------    ------

         000      000    00   00000000      NUL    (Null char.)

         001      001    01   00000001      SOH    (Start of Header)

         002      002    02   00000010      STX    (Start of Text)

         003      003    03   00000011      ETX    (End of Text)

         004      004    04   00000100      EOT    (End of Transmission)

         005      005    05   00000101      ENQ    (Enquiry)

         006      006    06   00000110      ACK    (Acknowledgment)

         007      007    07   00000111      BEL    (Bell)

         008      010    08   00001000       BS    (Backspace)

         009      011    09   00001001       HT    (Horizontal Tab)

         010      012    0A   00001010       LF    (Line Feed)

         011      013    0B   00001011       VT    (Vertical Tab)

         012      014    0C   00001100       FF    (Form Feed)

         013      015    0D   00001101       CR    (Carriage Return)

         014      016    0E   00001110       SO    (Shift Out)

         015      017    0F   00001111       SI    (Shift In)

         016      020    10   00010000      DLE    (Data Link Escape)

         017      021    11   00010001      DC1    (XON)(Device Control 1)

         018      022    12   00010010      DC2    (Device Control 2)

         019      023    13   00010011      DC3    (XOFF)(Device Control 3)

         020      024    14   00010100      DC4    (Device Control 4)

         021      025    15   00010101      NAK    (Negative Acknowledgement)

         022      026    16   00010110      SYN    (Synchronous Idle)

         023      027    17   00010111      ETB    (End of Trans. Block)

         024      030    18   00011000      CAN    (Cancel)

         025      031    19   00011001       EM    (End of Medium)

         026      032    1A   00011010      SUB    (Substitute)

         027      033    1B   00011011      ESC    (Escape)

         028      034    1C   00011100       FS    (File Separator)

         029      035    1D   00011101       GS    (Group Separator)

         030      036    1E   00011110       RS    (Record Separator)

         031      037    1F   00011111       US    (Unit Separator)

         032      040    20   00100000       SP    (Space)

         033      041    21   00100001        !    (exclamation mark)

         034      042    22   00100010        "    (double quote)

         035      043    23   00100011        #    (number sign)

         036      044    24   00100100        $    (dollar sign)

         037      045    25   00100101        %    (percent)

         038      046    26   00100110        &    (ampersand)

         039      047    27   00100111        '    (single quote)

         040      050    28   00101000        (    (left opening parenthesis)

         041      051    29   00101001        )    (right closing parenthesis)

         042      052    2A   00101010        *    (asterisk)

         043      053    2B   00101011        +    (plus)

         044      054    2C   00101100        ,    (comma)

         045      055    2D   00101101        -    (minus or dash)

         046      056    2E   00101110        .    (dot)

         047      057    2F   00101111        /    (forward slash)

         048      060    30   00110000        0

         049      061    31   00110001        1

         050      062    32   00110010        2

         051      063    33   00110011        3

         052      064    34   00110100        4

         053      065    35   00110101        5

         054      066    36   00110110        6

         055      067    37   00110111        7

         056      070    38   00111000        8

         057      071    39   00111001        9

         058      072    3A   00111010        :    (colon)

         059      073    3B   00111011        ;    (semi-colon)

         060      074    3C   00111100        <    (less than sign)

         061      075    3D   00111101        =    (equal sign)

         062      076    3E   00111110        >    (greater than sign)

         063      077    3F   00111111        ?    (question mark)

         064      100    40   01000000        @    (AT symbol)

         065      101    41   01000001        A

         066      102    42   01000010        B

         067      103    43   01000011        C

         068      104    44   01000100        D

         069      105    45   01000101        E

         070      106    46   01000110        F

         071      107    47   01000111        G

         072      110    48   01001000        H

         073      111    49   01001001        I

         074      112    4A   01001010        J

         075      113    4B   01001011        K

         076      114    4C   01001100        L

         077      115    4D   01001101        M

         078      116    4E   01001110        N

         079      117    4F   01001111        O

         080      120    50   01010000        P

         081      121    51   01010001        Q

         082      122    52   01010010        R

         083      123    53   01010011        S

         084      124    54   01010100        T

         085      125    55   01010101        U

         086      126    56   01010110        V

         087      127    57   01010111        W

         088      130    58   01011000        X

         089      131    59   01011001        Y

         090      132    5A   01011010        Z

         091      133    5B   01011011        [    (left opening bracket)

         092      134    5C   01011100        \    (back slash)

         093      135    5D   01011101        ]    (right closing bracket)

         094      136    5E   01011110        ^    (caret circumflex)

         095      137    5F   01011111        _    (underscore)

         096      140    60   01100000        `

         097      141    61   01100001        a

         098      142    62   01100010        b

         099      143    63   01100011        c

         100      144    64   01100100        d

         101      145    65   01100101        e

         102      146    66   01100110        f

         103      147    67   01100111        g

         104      150    68   01101000        h

         105      151    69   01101001        i

         106      152    6A   01101010        j

         107      153    6B   01101011        k

         108      154    6C   01101100        l

         109      155    6D   01101101        m

         110      156    6E   01101110        n

         111      157    6F   01101111        o

         112      160    70   01110000        p

         113      161    71   01110001        q

         114      162    72   01110010        r

         115      163    73   01110011        s

         116      164    74   01110100        t

         117      165    75   01110101        u

         118      166    76   01110110        v

         119      167    77   01110111        w

         120      170    78   01111000        x

         121      171    79   01111001        y

         122      172    7A   01111010        z

         123      173    7B   01111011        {    (left opening brace)

         124      174    7C   01111100        |    (vertical bar)

         125      175    7D   01111101        }    (right closing brace)

         126      176    7E   01111110        ~    (tilde)

         127      177    7F   01111111      DEL    (delete)