Представление текстовой информации (ASCII, Unicode)

Представление текстовой информации в компьютерах и других цифровых устройствах является одной из основ работы с данными. Для кодирования символов, таких как буквы, цифры и знаки препинания, используются различные стандарты кодирования, такие как ASCII и Unicode. В этом конспекте рассматриваются особенности этих стандартов и их использование.

Стандарт ASCII

Что такое ASCII?

ASCII (American Standard Code for Information Interchange) — это стандарт кодирования символов, который использует 7 бит для представления 128 символов. Каждый символ в ASCII соответствует уникальному числовому значению от 0 до 127. Этот стандарт был разработан в 1960-х годах и активно используется для кодирования текстовых данных в компьютерах.

Символы в ASCII

Символы в ASCII включают в себя:

• Контрольные символы (например, переход на новую строку или возврат каретки).
• Печатаемые символы: цифры ($00$–$99$), латинские буквы ($AA$–$ZZ$, $aa$–$zz$), знаки препинания (например, точка, запятая, восклицательный знак).
• Пробел.

Пример таблицы ASCII:

Пример ASCII-кодирования:

Слово “Hello” в ASCII будет закодировано как:

• H → 72 (в десятичной системе)
• e → 101
• l → 108
• l → 108
• o → 111

Таким образом, текст “Hello” в ASCII будет представлен как последовательность чисел:

Ограничения ASCII

• Ограниченное количество символов: Стандарт ASCII поддерживает только 128 символов, что ограничивает использование не только для англоязычных текстов, но и для других языков с расширенным набором символов.
• Не поддерживает буквы с диакритическими знаками (например, é или ü) и другие символы, используемые в других языках.

Стандарт Unicode

Что такое Unicode?

Unicode — это универсальный стандарт кодирования символов, который был создан для замены ASCII и других старых стандартов с целью поддержки всех символов, используемых в мировых языках. Unicode может представлять более $11$ миллиона символов, что позволяет кодировать символы для всех письменных языков мира, математических символов, иероглифов, знаков, эмодзи и других специальных символов.

Unicode использует переменное количество битов для представления символа:

• UTF-8: переменная длина (1–4 байта на символ).
• UTF-16: 2 байта на символ (или 4 байта для некоторых символов).
• UTF-32: фиксированная длина (4 байта на символ).

Символы в Unicode

Unicode поддерживает гораздо более широкий набор символов по сравнению с ASCII, включая:

• Английские и другие латинские буквы.
• Цифры и математические символы.
• Иероглифы и символы китайского, японского, арабского и других языков.
• Эмодзи.
• Символы для научных и технических нужд.

Пример:

Символ “п” в Unicode представлен как U+043F, где “U+” указывает на символ в системе Unicode, а “043F” — это его шестнадцатеричное представление.

Кодировка в UTF-8

UTF-8 — это наиболее распространенная форма кодировки Unicode в интернете и в программировании. Она использует от одного до четырех байтов для представления символа.

• Символы ASCII (коды от $00$ до $127127$) в UTF-8 кодируются так же, как и в стандартном ASCII, что обеспечивает совместимость.
• Символы с кодами выше $127127$ занимают несколько байтов.

Пример кодирования “Hello” в UTF-8:

Слово “Hello” в кодировке UTF-8 будет представлено так же, как в ASCII (поскольку символы находятся в пределах $00$–$127127$):

• H → 72 (в десятичной системе)
• e → 101
• l → 108
• l → 108
• o → 111

Пример кодирования символа “п” в UTF-8:

• Символ “п” в Unicode — это U+043F.
• В UTF-8 “п” будет представляться как последовательность байтов: D0 BF.

Преимущества Unicode

• Поддержка множества языков: Unicode охватывает символы почти всех письменных систем мира.
• Универсальность: Unicode поддерживает текстовые данные в разных языках, что делает его идеальным для глобальных приложений.
• Совместимость с ASCII: UTF-8 совместим с ASCII, что позволяет старые данные в ASCII использовать в новых системах без изменений.

Проблемы Unicode

• Большие размеры данных: Для представления каждого символа в Unicode требуется больше байтов, чем для ASCII, что увеличивает размер файлов при хранении текста.
• Совместимость: Несмотря на совместимость с ASCII, в старых системах могут возникать проблемы с кодировками, не поддерживающими Unicode.

Сравнение ASCII и Unicode

Заключение

Кодирование текстовой информации является ключевым элементом работы с данными в современных компьютерных системах. Стандарт ASCII ограничен поддержкой только английских символов и является основой для других более современных стандартов, таких как Unicode. Unicode обеспечивает поддержку всех языков мира и является стандартом, используемым в большинстве современных приложений и веб-сайтов.

Понимание различий между ASCII и Unicode важно для разработки программного обеспечения и обработки международных данных.