тематизирующая приемы создания хранения обработки и передачи информации средствами вычислительной техник
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Определение информатики, интерфейса
Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, обработки и передачи информации средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.
Слово информатика происходит двух французских слов Informaсion (информация) и Automаtique (автоматика). Это означает, что информатика предполагает автоматическую обработку данных.
Из определения следует, что предмет информатики составляют:
- аппаратное обеспечение вычислительной системы1;
- программное обеспечение вычислительной системы;
- средства взаимодействия аппаратного обеспечения;
- средства взаимодействия программного обеспечения;
- средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
- средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением.
Средства взаимодействия, сопряжения между действующими объектами вычислительной системы занимают особое место в информатике.
Совокупность аппаратных и программных средств, используемых для создания связи, сопряжения между взаимодействующими объектами вычислительной систем, называется интерфейсом.
Интерфейсом называется также и сам процесс взаимодействия, сопряжения, установления связи между действующими объектами.
Согласно п.п. 3, 4, 5, 6 (см. выше) интерфейс бывает аппаратный, программный, аппаратно-программный и пользовательский.
Слово интерфейс состоит из двух английских слов: inter – между, face – лицо, внешний вид. Буквально «между лицами». В одном из справочников по вычислительной технике дано определение интерфейса как «установление границ между взаимодействующими объектами».
Понятие данных и информации
Определение информации не существует. В этом случае вводится понятие информации. Симоновичем С.В. дано следующее понятие информации.
Все процессы в природе, которая состоит из физических тел и полей, сопровождаются сигналами. Зарегистрированные сигналы образуют данные. В процессе обработки данных адекватными (соответствующими) методами образуется информация. Свойства информации зависят от объективных данных и субъективных методов их обработки.
Из такого понятия следует, что информация хранится только в виде данных. Одна и та же информация может храниться в виде разных данных. Например, информация как сведение, знание, что Волга впадает в Каспийское море, может быть записана на разных языках. И если вы не знаете этих языков, то эти предложения так и останутся для вас данными в виде незнакомых знаков и слов.
Можно привести много свойств информации. В каждой научной дис циплине рассматриваются те свойства, которые ей наиболее важны. В информатике наиболее важными считаются следующие свойства информации: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность.
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. В качестве возможных операций с данными можно выделить следующие: сбор данных, формализация, фильтрация, сортировка, архивация, защита, транспортировка, преобразование данных.
Кодирование данных в компьютере
Чтобы легче было обрабатывать данные, их следует привести к одному виду, т. е. унифицировать форму их представления. Для этого используется кодирование.
Кодирование – это представление одного типа данных через другой.
Способов кодирования существует великое множество. Наиболее часто используется символьный способ кодирования. Самый известный и распространенный способ кодирования человеческой речи – это кодирование с помощью азбук. В качестве других способов кодирования можно назвать азбуку Морзе (точка, тире), код Брайля для слепых, код морской сигнальный (положение рук с флажками), ноты для кодирования музыки.
Компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.
Буквальный перевод английского слова computer – вычислитель, счетная машина. А если компьютер – вычислитель, то, следовательно, компьютер имеет дело с обработкой чисел.
Числа эти двоичные, ибо при создании компьютера в основу его работы положена двоичная позиционная система счисления. В ней для изображения любого числа используются только две цифры 0 или 1. Для запоминания этих цифр в компьютере надо создать элемент памяти, который бы имел два устойчивых состояния. Примеры таких состояний: напряжение тока в полупроводнике есть – это 1, напряжения нет – это 0; частичка магнитного покрытия намагничена – это 1, не намагничена – 0. То есть технически это реализовать просто.
При использовании десятичной системы счисления используются десять цифр (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) и элемент памяти должен иметь 10 устойчивых состояний. В этом случае устройства памяти будет значительно сложнее.
Просты также правила арифметических операций над двоичными числами. И, наконец, логические выражения, используемые в компьютерных программах, могут принимать только два значения истина или ложь (да или нет). Этим двум значениям также можно поставить в соответствие числа 1 или 0.
Биты, байты
Двоичный разряд, двоичное число по-английски Binary Digit. Из трех букв этих слов образовали звонкое слово bit, которое уже было в английском языке (bit – кусочек, кусок). В информатике оно имеет то же значение, что и Binary Digit, но ему добавили и новый смысл.
Бит – единица информации и единица представления информации в компьютере.
Бит (один разряд двоичного числа) может принимать два значения: 0 или 1. В десятичных числах один разряд может принимать значения от 0 до 9. Если число одноразрядное (однобитовое), то 0 или 1 – это значение числа и цифры числа, которые в этом случае совпадают.
Поскольку компьютер может обрабатывать только двоичные числа, кодировать информацию можно только этими двоичными числами. В этом случае мы можем сказать, что азбука, используемая для кодирования информации, состоит из двух символов (чисел) 0 и 1.
Одноразрядным двоичным числом, т. е. одним битом, можно закодировать всего два символа, так как он принимает только два значения – 0 или 1. А десятичное одноразрядное число позволит нам закодировать 10 символов, ибо оно может иметь 10 значений – от 0 до 9.
Теперь используем для кодирования двухразрядные числа. Тогда в десятичной системе счисления можем использовать для кодирования числа от 0 до 99, т.е. 100 чисел. И закодировать можем 100 символов, в 10 раз больше, чем при кодировании одноразрядными числами.
Аналогичная закономерность имеет место и при увеличении разрядности двоичных чисел. Двухразрядным двоичным числом можем закодировать 4 символа, так как возможных чисел тоже 4: 00, 01, 10, 11, т. е. в два раза больше, чем одноразрядным. Можно проверить, что трехразрядным двоичным числом можно закодировать символов в 2 раза больше, чем двухразрядным. Обобщая эту закономерность, получаем простую формулу для определения количества символов S, которое можно закодировать n – разрядными двоичными числами:
S = 2n
Двоичное n-разрядное число, которое используется для кодирования информации в компьютере, называется байтом.
Из этого определения следует и другое определение байта:
Байт – единица обработки информации в компьютере, так как по значению байта можно узнать, какой символ им закодирован.
Если используются для кодирования другие n-разрядные двоичные числа, то они обязательно берутся кратными байту.
Байт сначала имел 6, затем 7 разрядов (битов), а теперь он равен 8-ми битам.
Одно из значений перевода английских слов bit и bite – кусочек. Считая кусочек частью целого, бит, действительно, – часть двоичного числа. Если байтом кодируются буквы, символы, из которых строятся слова, то и байт выражает часть слова.
Байты используются также для измерения объема памяти, оперативной и внешней, размеров файлов. Но в этом случае применяются более крупные единицы измерений. Например, Килобайты (Кб), Мегабайты (Мб) Гигабайты (Гб), Терабайты (Тб):
1 Кб = 1024 байт = 210байт
1 Мб = 1024 Кб= 210 Кб
1 Гб = 1024 Мб= 210 Мб
1 Тб = 1024 Гб= 210 Гб
Кодирование целых и действительных чисел
Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто — достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется ноль или единица. Полученный результат деления снова так же делить. И эту процедуру деления продолжаем до тех пор, пока результат деления не окажется меньше 2. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним остатком, и образует двоичный аналог десятичного числа.
19:2 = 9 + 1 9:2=4+1 4:2=2+0 2:2 = 1
Таким образом, 1910 = 10112.
Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита — уже более 16,5 миллионов разных значений.
Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:
3,1415926 = 0,31415926-101
300 000 = 0,3-106
123 456 789 = 0,123456789 • 101/
Первая часть числа называется мантиссой, а вторая — характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).
Кодирование текстовых данных
С помощью байтов, 8-ми разрядных двоичных чисел, кодируются все буквы, цифры, символы печати. Байтами всего можно закодировать 28 = 256 символов.
Таблица соответствия символов печати (букв, цифр, знаков печати) их кодам называется кодовой таблицей.
Во времена, когда не было установлено стандартов в кодировании данных, кодовых таблиц было много, разные у них были и названия.
Сейчас кодовая таблица имеет название ASCII. Она состоит из двух частей – базовой и расширенной. В каждой части используются следующие коды:
Базовая часть ASCII (коды 0 – 127)
Коды 0 – 32 используются для управления компьютером.
Коды 33 – 127 используются для кодирования английского
алфавита, цифр 0 ÷ 9, символов печати,
математических символов и знаков.
Расширенная часть ASCII (коды 128 – 255)
Коды 128 – 255 используются для кодирования национальных
алфавитов.
Кодирование текстовых данных одним байтом не позволяет кодировать тысячи китайских и японских иероглифов. Но использование универсальной кодировки UNICODE, в которой применяется для кодирования одного символа 2 байта, позволяет закодировать и тысячи иероглифов. Действительно, два байта – это 16-ти разрядное число и двумя байтами можно закодировать 216 = 65536 символов.
Кодировки русского алфавита имеют названия Windows 1251 (разработка Microsoft для нас), КОИ-8 (Код Обмена Информации восьмибитовый).
Загрузив приложение Word и подключив дополнительную клавиатуру справа, после набора десятичного значения двоичного кода кодировочной таблицы ASCII на этой клавиатуре при нажатой клавише Alt можно узнать символ, соответствующий этому коду.
Кодирование графических данных
Любой рисунок, серый, монохромный или цветной, состоит из совокупности точек, которые и образуют изображение. Это совокупность называется растром. Растр легко можно разглядеть с помощью увеличительного стекла. Каждая точка имеет свой цвет, если рисунок цветной, или разный оттенок серого цвета, если рисунок монохромный, черно-белый.
Для кодирования черно-белых рисунков, иллюстраций достаточно использовать байты, т. е. восьмиразрядные двоичные числа. Использование 256 оттенков серого цвета оказывается вполне достаточным, чтобы получить качественные черно-белые иллюстрации.
При кодировании цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции любого цвета на основные составляющие. За такие основные составляющие приняты красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Эта система кодирования называется по первым буквам цветов RGB. Смешивая эти 3 цвета (с их оттенками), можно получить практически любой цвет.
Для кодирования каждого цвета используется один байт. Поэтому каждый основной цвет из трех имеет 256 оттенков. Если цвет одной точки получаем из трех цветов, то для кодирования цвета одной точки используется 3 байта, т. е. 24-х разрядное двоичное число. Таким образом, всего получим 224 ≈ 16,5 млн. различных цветов. Этот цветовой режим называется полноцветным (True Color).
При программировании на Visual Basic используется функция RGB, которая позволяет окрашивать контуры графических фигур. Примеры этой функции: RGB (230, 134, 89), RGB (255, 0, 0). В последнем случае контур фигуры будет красного цвета.
Другой режим имеет аббревиатуру CMYK. За основные приняты цвета:
голубой (Cyan, C), получается после «смешивания» зеленого и синего, для его получения надо записать функцию RGB (0, 255, 255);
пурпурный (Magenta, M), получается после «смешивания» красного и синего RGB (255, 0, 255);
желтый (Yellow, Y), получается после «смешивания» красного и зеленого RGB (255, 255, 0);
черный (Black, K), получаем так: RGB(0, 0, 0); принята буква К, так как буква В используется для обозначения синего цвета.
Функция RGB задает белый цвет так RGB(255, 255, 255).
Кодирование звуковой информации
Стандартов на кодирование звуковой информации двоичным кодом нет. Существуют отдельные корпо ративные стандарты. Способы работы со зву ком и видео получили название мультимедийных технологий.
Имеется два основных метода кодирования звука.
Метод FM (Frequency Modulation) – метод частотной модуляции. В нем используется разложение сложного звука на последовательность простейших гармонических сигналов разной частоты. Гармонический сигнал представляет собой правильную синусоиду, которую можно описать набором числовых параметров – амплитуды, фазы и ча стоты.
Преобразование звука в цифровую форму или оцифровывание звука происходит следующим образом. В природе звуковые сигналы являются аналоговыми, т. е. непрерывными. В компьютере непрерывный звуковой сигнал заменяется дискретным и значение параметров, определяющих звуковые характеристики, определяются только в некоторые фиксированные моменты времени. Количество отсчетов сигнала в единицу времени называется частотой дискретизации, которую принимают равной 8, 11, 22 и 44 кГц. Например, частота дискретизации в 22 килогерца означает, что одна секунда непрерывного звучания заменяется набором из двадцати двух тысяч отдельных отсчетов сигнала. Чем выше частота дискретизации, тем лучше качество оцифро ванного звука.
Качество преобразования звука в цифровую форму определяется также количеством битов памяти, используемых для записи амплитуды, фазы и ча стоты для одного дискретного значения времени. Этот параметр принято называть разрядностью преобразо вания. В настоящее время используется разрядность 8 бит 16 или 24 бит.
Аналогово-цифровые преобразова тели (АЦП) выполняют разложение аналоговых сигналов в гармонические ряды, которые кодируются в виде дискретных цифровых сигналов. Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодирован ного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом коди рования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетво рительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.
Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различ ных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие пара метры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов исполь зуются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музы кальных инструментов.
Используются следующие форматы кодирования звука.
Формат WAV (от WAVeform-audio — волно вая форма аудио) кодирования звука. Получить запись звука в этом формате можно от подключаемых к компьютеру микрофона, проигрывателя, магнитофона, теле визора и других стандартно используемых устройств работы со звуком. Однако формат WAV требует очень много памяти. Так, при записи стереофонического звука с частотой дискретизации 44 килогерца и разрядностью 16 бит — параметра ми, дающими хорошее качество звучания, — на одну минуту записи требуется около десяти миллионов байтов памяти.
Широко применяется также формат с названием MIDI (Musical Instruments Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Фактически этот формат представляет собой набор инструкций, команд так называемого музыкального синтезатора — устройства, которое имитирует звучание реальных музыкальных инструментов. Команды син тезатора фактически являются указаниями на высоту ноты, длительность ее зву чания, тип имитируемого музыкального инструмента и т. д. Таким образом, по следовательность команд синтезатора представляет собой нечто вроде нотной записи музыкальной мелодии. Получить запись звука в формате MIDI можно только от специальных электромузыкальных инструментов, которые поддержи вают интерфейс MIDI. Формат MIDI обеспечивает высокое качество звука и тре бует значительно меньше памяти, чем формат WAV.
Форматы кодирования видеоинформации
Кодирование видеоинформации еще более сложная проблема, чем кодирование звуковой информации, так как нужно позаботиться не только о дискретизации непрерывных движений, но и о синхронизации изображения со звуковым сопро вождением. В настоящее время для этого используется формат, которой называется AVI (Audio-Video Interleaved – чередующееся аудио и видео).
Для уменьшения объема памяти видеоинформации применяются различные способы компрессии, то есть сжатия звуковых и видеокодов.
Стандартными стали способы сжатия, предложенные MPEG (Moving Pictures Experts Group — группа экспертов по дви жущимся изображениям). В частности, стандарт MPEG-1 описывает несколько популярных в настоящее время форматов записи звука.
При записи в формате МР-3 при практически том же качестве звука требуется в десять раз меньше памяти, чем при использовании формата WAV. Существуют специальные программы, которые преобразуют записи звука из формата WAV в формат МР-3.
Стандарт MPEG-2 описывает методы сжатия видеозаписей, которые обеспечивают телевизионное качество изображения и стереозвуковое сопровождение и имеют прием лемые требования к памяти.
Стандарт MPEG-4, разработанный недавно, позволяет записать полнометражный цветной фильм со зву ковым сопровождением на компакт-диск обычных размеров и качества.
1 компьютер с различным составом оборудования
2. Технология знакомства
3. Ма~дай~а паралелл ба~ытта ~тетін жазы~ты~- А Горизонталді В Фронталді С Сагитталді D Вертикалді
4. Подогреватель катод и первые несколько анодов образуют электронную пушку
5. Реферат- Сплавы
6. Реферат- Краткие сведения о принципах действия дискретных и цифровых фильтров
7. на тему Разработка технологического процесса получения полосы ~ мм из заготовки ~ мм из стали 40 методом хо
8. Тангч Площадь района 535 тыс
9. Природа рокового цикла Сепкоски - Мюллера - Роде.html
10. Узнай лжеца по выражению лица Пол Экман Уоллес Фризен Узнай лжеца по выражению лица.
11. Эволюция адаптивных стратегий
12. темаrdquo; О политической системе или о политической организации общества в разных странах и особенно в России
13. Процесс принятия решений покупателем
14. Философия 2 Мировоззрение 3 Картина мира 4 Основной вопрос философии 5 Материализм метафизический м
15. Тематический словарьсправочник - Под ред
16. Цілі й завдання шкільної біологічної освіти
17. Тоталитарный политический режим
18. Реферат- Нефть - чёрное золото планеты
19. Реферат- Каландры и каландровые агрегаты
20. 1] 11 Исходные данные [1