СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ – ЛАБА И СР
1. СС
2. СС
3. Текстовый редактор
ВЕЩЕСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА.
1.1. Информационная картина мира.
1.2. Информация вокруг нас.
1.3. Информационные революции.
1.4. Возрастание роли информационных процессов.
ИНФОРМАЦИЯ И ДАННЫЕ
2.1. Понятие информации
2.2. Свойства информации
2.3. Виды информации
2.4. Способы обработки информации
2.5. Общая характеристика процессов сбора, подачи, обработки и накопления информации
2.6. Данные
2.7. Операции с данными
2.8. Технические и программные средства реализации информационных процессов
2.9. Обработка данных
2.10. Модели процесса обработки данных
2.11. Цели обработки данных
2.12. Задачи обработки данных
2.13. Этапы процесса обработки данных
2.14. Анализ данных
2.15. OLAP
2.16. Прикладные области обработки данных
ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ.
3.1. Схема передачи информации
3.2. Структурная схема системы передачи информации
3.3. Аналоговая и цифровая информация
3.4. Дискретизация
3.5. Обработка аналоговой и цифровой информации
3.6. Классификация сигналов по дискретно-непрерывному признаку.
3.7. Квантование и кодирование сигналов
3.8. Квантование по уровню
3.9. Квантование по времени
3.10. Режимы обработки информации
КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
4.1. Единицы информации
4.2. Обработка числовой информации
4.3. Представление звука в ЭВМ
4.4. Представление изображений в ЭВМ
4.5. Кодирование цвета
4.5. ... Кодирование цвета
4.6..... Представление видео в ЭВМ
4.7. ... Кодирование текстовых данных.
4.8. ... Код ASCII
4.9. ... Unicode
ОБРАБОТКА ДАННЫХ
5.1. Устройства обработки данных и их характеристики
5.2. Сетевые технологии обработки данных
5.3. Классификация вычислительных сетей
5.4. Основы компьютерной коммуникации
ВЕЩЕСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА.
Мы живем в макромире, то есть мире, который состоит из объектов (живые и неживые).
Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые, в свою очередь, состоят из элементарных частиц. Этот мир называется микромир.
Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему. Солнце вместе с миллионами других звезд образует нашу галактику. Эти объекты образуют мегамир.
Все многообразие этих объектов состоит из вещества.
Объекты окружающего мира.
Все объекты обладают энергией: нагретый чайник – тепловой, заряженный проводник – электрической.
Механическая энергия падающей воды вращает турбины гидроэлектростанций, тепловая энергия превращается в электрическую на тепловых электростанциях.
Вещественно-энергетическая картина мира начала складываться еще в античной философии, а с XVIII века формировалась в основном в рамках физической науки и химии. С середины XX века – в рамках биологии и других наук.
Информационная картина мира.
Строение и функционирование сложных систем различной природы (биологических, социальных, технических) оказалось невозможным объяснить, не рассматривая общих закономерностей информационных процессов. К концу XX века стала складываться, сначала в рамках кибернетики и биологии, а затем информатики, информационная картина мира.
Теперь можно обобщить: все многообразие объектов состоит из вещества, все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией, в процессе общения с людьми человек передает и принимает информацию.
Информация вокруг нас.
Информация существует повсюду.
Информац и я в природе .
На нашей планете идет саморазвитие, эволюция живой при роды, то есть повышение сложности и разнообразия живых систем. Жизнь является системой открытой, многообразны ми путями в нее поступают и вещество, и энергия, и информация . Потребляя энергию солнечного излучения в процессе фотосинтеза, растения строят сложные биологические молекулы из простых неорганических, далее животные, поедающие растения и друг друга, создают все более сложные живые структуры и так далее.
Получение и преобразование информации является усло вием жизнедеятельности любого организма. Даже простей шие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и хими ческом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Биологи образно говорят, что «жи вое питается информацией», создавая, накапливая и актив но используя ее.
Генетическ а я информация .
Передается по наследству. Генетическая информация хранится в каждой клетке организма в молекулах ДНК, которые состоят из отдельных участков (генов).
Чем сложнее и высокоорганизованнее организм, тем боль
шее количество генов содержится в молекуле ДНК.
Челов е к и информация . Человек живет в мире инфор мации. Человек воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств. Наибольшее коли чество информации (около 90% ) человек получает с помо щью зрения, около 9% — с помощью слуха и только 1% с помощью других органов чувств (обоняния, осязания и вку са). Полученная человеком информация в форме зритель ных, слуховых и других образов хранится в его памяти.
Человеческое мышление можно рассматривать как про цессы обработки информации в мозгу человека. На основе информации, полученной с помощью органов чувств, и тео ретических знаний, приобретенных в процессе обучения, че ловек создает информационные модели окружающего мира. Такие модели позволяют человеку ориентироваться в окру жающем мире и принимать правильные решения дл я дости жения поставленных целей.
Информация является одной из основных потребностей современного человека. Она нужна для работы, принятия решений, приобретения товаров, путешествий, выполнения школьных заданий, заботы о здоровье, а также для других многочисленных видов деятельности.
Информация и общество . В процессе общения с други ми людьми человек передает и получает информацию. Об мен информацией между людьми может осуществляться в различных формах (письменной, устной или с помощью жес тов). Дл я обмена информацией всегда используется опреде ленный язык (русский, азбука Морзе и так далее).
Полученная информация хранится на носителях информации различных типов (книги, аудио- и видеокассеты и так далее), а в послед нее время все больше на электронных носителях информации в цифровой форме (магнитные и лазерные диски и др.).
Информационные процессы в технике . Информаци онные процессы характерны не только для природы, человека и общества, но и для техники. Нормальное функционирование технических устройств связано с процессами управления, ко торые включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации. В некоторых случаях главную роль в процессе управления выполняет человек (например, вождение автомобиля), в других управление берет на себя само техниче ское устройство (например, кондиционер).
Так что же такое информатика?
Информатика – это наука, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы ее создания, хранения, поиска, передачи и преобразования с использованием компьютерных технологий.
Информационные революции .
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций (ИР) – значительных преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Вследствие этого человеческое общество приобретало какие-либо новые качества.
Первая ИР связана с изобретением письменности. Появилась возможность прямой передачи знаний от поколения к поколению. Это привело к гигантскому качественному скачку, поскольку знания стало возможным передавать в неискаженной форме.
Вторая ИР (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности. Книги, прямой источник знаний, стали быстро дешеветь, стали доступны не только состоятельным людям, но и купцам, ремесленникам, крестьянам. Это привело к широкому распространению грамотности и создало предпосылки для технических революций.
Третья ИР (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
Четвертая ИР (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:
– переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
– миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
– создание программно-управляемых устройств и процессов.
Последняя информационная революция выдвигает на передний план новую отрасль – информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний.
ИНФОРМАЦИЯ И ДАННЫЕ
Понятие информации
Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Обратим внимание на следующие обстоятельства.
Динамический характер информации. Информация не является статичным объектом – она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.
Требование адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т. п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.
Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.
Такой дуализм известен своими проявлениями во многих науках. Так, например, в основе важнейшего вопроса философии о первичности материалистического и идеалистического подходов к теории познания лежит не что иное, как двойственный характер информационного процесса. В обоснованиях обоих подходов нетрудно обнаружить упор либо на объективность данных, либо на субъективность методов. Подход к информации как к объекту особой природы, возникающему в результате диалектического взаимодействия объективных данных с субъективными методами, позволяет во многих случаях снять противоречия, возникающие в философских обоснованиях ряда научных теорий и гипотез.
Свойства информации
Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, выполненного человеком. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц). В не меньшей степени объективность информации учитывают в исторических дисциплинах. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, выглядят совершенно по-разному, У историков имеются свои методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых, более достоверных данных путем сопоставления, фильтрации и селекции исходных данных. Обратим внимание на то, что здесь речь идет не о повышении объективности данных, а о повышении их достоверности (это совсем другое свойство).
Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.
Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» – всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.
Адекватность информации – это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.
Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.
Релевантность – способность соответствовать запросам пользователя; Краткость и четкость; Ценность; Понятность.
Виды информации
Данные
Данные – это информация, представленная в виде, пригодном для обработки ее автоматическими средствами при возможном участии человека.
Данные – диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава и (или) характера химических связей, изменение состояния электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.
Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.
Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постольку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свойствами ее носителей. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещенной на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины дорожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необходимым оборудованием. И наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два-три порядка больше, чем в отраженном.
Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, также вызывающий общее увеличение объемов обрабатываемых данных, тоже связан с научно-техническим прогрессом, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.
Операции с данными
В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:
– сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
– формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;
– фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятая решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
– сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
– архивация данных – организация храпения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
– защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
– транспортировка данных – прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом;
– преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя: например книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму, и микрофотопленку. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примера можно упомянуть, что для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на передачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства – телефонные модемы.
Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон. Миллионы людей во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, и на каждом рабочем месте выполняются свои специфические операции, необходимые для управления социальными, экономическими, промышленными, научными и культурными процессами. Полный список возможных операций составить невозможно, да и не нужно. Сейчас нам важен другой вывод: работа с информацией может иметь огромную трудоемкость и ее надо автоматизировать.
Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки – это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов). История знает интересные, хотя и безуспешные попытки создания «универсальных» языков и азбук. По-видимому, безуспешность попыток их внедрения связана с тем, что национальные и социальные образования естественным образом понимают, что изменение системы кодирования общественных данных непременно приводит к изменению общественных методов (то есть норм права и морали), а это может быть связано с социальными потрясениями.
Т.о. представление информации может осуществляться с помощью языков, которые являются знаковыми системами. Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита и правил выполнения операций над знаками.
Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.
Своя система существует и в вычислительной технике – она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски – binary digit или, сокращенно, bit (бит).
Существует формула, связывающая между собой количество возможных событий N и количество информации I – формула Хартли:
N=2I, где N – количество возможных событий, I – количество информации.
С помощью двоичного кодирования можно закодировать как числовую, так и текстовую и графическую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 (256=28) различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например символ «§».
Задача 1:
Какое количество информации получит второй игрок после первого хода первого игрока в игре «Крестики-нолики» на поле размером 4х4?
16=2I, I =4 – 4 бита информации
Задача 2:
Происходит выбор одной карты из колоды в 64 карты. Какое количество информации мы получаем в зрительном сообщении о выборе определенной карты?
64=2I, I =6 – 6 бит информации
Задача 3:
Какое было количество возможных событий, если после реализации одного из них мы получили количество информации равное 3 битам?
N=23, N=8 – возможных событий.
Информационных процессов
Способы вычисления развивались и совершенствовались человечеством не одно тысячелетие. Например, одним из первых устройств для счета является абак, изобретенный за 3000 лет до н.э. За прошедшее с тех пор время появилось немало счетных устройств, из которых до нас дошли только некоторые экземпляры.
Однако долгое время системы счета на развивались, причиной этому можно назвать, с одной стороны, Инквизицию в Европе, с другой стороны, строгое следование традиционному укладу жизни на Востоке. В итоге, только в 1623 году был изобретен первый механический калькулятор, умевший выполнять четыре арифметических действия.
Примерно в 1820 году был создан первый удачный, серийно выпускаемый механический калькулятор, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. Механические калькуляторы, считающие десятичные числа, использовались до 1970-х годов.
Арифмометры были основаны на работах немецкого математика Готфрида Вильгельма Лейбница. Лейбниц также описал двоичную систему счисления, однако вплоть до 1940-х большинство счетных устройств было основано на десятичной системе.
В середине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж работал над проектом универсальной цифровой вычислительной машины – прообраза современной ЭВМ. По сути, он сумел разработать все основные узлы , которые используются сегодня при построении ЭВМ. Это устройство было программируемым, программы в него вводились при помощи перфокарт. Первым программистом стала подруга Бэббиджа – Ада Лавлейс . Однако аналитическая машина так и не была закончена в связи с исчерпанием средств и отсутствием финансирования. Кроме того, важной причиной этого стал низкий уровень технологий того времени. В итоге, только спустя 90 лет была построена машина МАРК-I , по архитектуре очень схожая с машиной Бэббиджа.
В 1930-е годы увидели свет работы математиков Алана Тьюринга и Алонзо Черча, в которых давалось определение понятию «вычисление», и было показано, что любую функцию, которая раскладывается в ряд, можно вычислить при помощи автомата. В 1937 году математик Клод Шеннон заметил, что любую функцию, вычислимую по Тьюрингу, можно реализовать в виде электрических схем. Эти два события стали основой информационно-технологического прорыва, случившегося в середине 20 века.
В 1946 году был построен первый электронный цифровой компьютер ЭНИАК, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач. Это произошло по заказу Армии США в Лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. В результате нескольких лет эксплуатации ЭНИАК группа авторов во главе с математиком Джоном фон Нейманом разработали принципы построения компьютера, которые стали известны под названием «архитектура фон Неймана» и послужили основой для разработки универсальных цифровых компьютеров.
По мере роста потребностей в вычислениях, связанных с развитием науки, особенно в начале XX столетия развитие ВТ пошло ускоренными темпами.
2.9. Обработка данных
Цели обработки данных
Задачи обработки данных
Анализ данных
OLAP
Схема передачи информации
В простейшем бытовом понимании с термином «информация» обычно ассоциируются некоторые сведения, данные, знания и т.п. Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений являются музыкальное произведение; телепередача; команды регулировщика на перекрестке; текст, распечатанный на принтере; Данные, полученные в результате работы составленной вами программы и т.д. При этом предполагается, что имеются «источник информации» и «получатель информации».
Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-нибудь среды, являющейся в таком случае «каналом связи» (рис. 6.1). Так, при передаче речевого сообщения в качестве такого канала связи можно рассматривать воздух, в котором распространяются звуковые волны, а в случае передачи письменного сообщения (например, текста, распечатанного на принтере) каналом сообщения можно считать лист бумаги, на котором напечатан текст.
Рис. 6.1. Схема передачи информации
Информацию можно представлять и обрабатывать по-разному. Для устного и письменного общения люди пользуются той или иной знаковой системой, которая содержит конечное число символов: буквы алфавита (латинские или национальные), цифры, знаки препинания, математические знаки и т.д. и т.п.
Дискретизация
Дискретизация – замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. На рисунке схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. Цифровой сигнал в данном случае может принимать лишь пять различных уровней. Естественно, что качество такого преобразование невысокое. Изменение цифрового сигнала возможно лишь в некоторые моменты (в данном случае этих моментов восемь).
   |
После такого преобразования непрерывный сигнал представляется числами: 2-3-4-3-3-3-4-5. Затем происходит кодирование десятичных цифр двоичными кодами. В данном случае достаточно трехразрядных двоичных чисел от 000 до 101. Очевидно, что чем больше разрядов у двоичных чисел (а значит, тем больше уровней квантования) и чем чаще во времени осуществляются отсчеты (выборки), тем точнее будет преобразован непрерывный сигнал в цифровой.
Представление об аналоговом и цифровом способе хранения информации можно получить, рассматривая, например, два способа записи звуковых сигналов: аналоговую и цифровую аудиозаписи.
При аналоговой аудиозаписи непрерывный электрический сигнал формирует источник звука входе микрофона, с помощью магнитной головки наносится на движущуюся магнитную ленту. Недостатком аналогового способа обработки информации является низкое качество записи.
При цифровой аудиозаписи используется процесс выборки, заключающийся в периодическом изменении уровня громкости аналогового звукового сигнала (например, поступающего с выхода микрофона) и превращении полученного значения в последовательность двоичных чисел. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертор, называемый аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Сигнал на выходе АЦП представляет собой последовательность двоичных чисел, которая может быть записана на лазерный диск или обработана ПК. Обратная конверсия цифрового сигнала в непрерывный сигнал осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).
 |
U
Признаку.
Все сообщения по характеру изменяющиеся во времени можно разделить на непрерывные и дискретные. Непрерывные по времени сообщения отображаются непрерывной функцией времени. Дискретные по времени сообщения характеризуются тем, что поступают в определенные моменты времени и описываются дискретной функцией t.
Сообщения также можно разделить на непрерывные и дискретные по множеству. Непрерывные множеству сообщения характеризуются тем, что функция, их описывающая, может принимать непрерывное множество значений. Дискретные по множеству сообщения – это сообщения, которые могут быть описаны с помощью конечного набора чисел или дискретных значений некоторой функции.
Дискретности по множеству и времени не связаны друг с другом. Рассмотрим возможные типы сообщений подробнее.
Пусть сигнал описывается функцией X (t)
1) непрерывные по множеству и времени, или просто непрерывные; (рис. 1.2)
2) непрерывные по множеству и дискретные по времени; (рис. 1.3)
3) дискретные по множеству и непрерывные по времени; (рис. 1.4)
4) дискретные по множеству и времени, или просто дискретные; (рис. 1.5)
В процессе преобразования дискретных сообщений в сигнал про-исходит кодирование сообщения. В широком смысле кодированием называется преобразование сообщений в сигнал. В узком смысле кодирование – это отображение дискретных сообщений сигналами в виде определенных сочетаний символов. Устройство, осуществляющее кодирование назавается кодером.
При передаче сигналы подвергаются воздействию помех. Под помехами подразумеваются любые мешающие внешние возмущения или воздействия (атмосферные помехи, влияние посторонних источни-ков сигналов), а также искажения сигналов в самой аппаратуре (аппара-турные помехи), вызывающие случайное отклонение принятого сооб-щения (сигнала) от передаваемого.
На приемной стороне осуществляется обратная операция декодиро-вания, т.е. восстановление по принятому сигналу переданного сооб-щения.
Решающее устройство, помещенное после приемника, осуществляет обработку принятого сигнала с целью наиболее полного извлечения из него информации.
Декодирующее устройство, (декодер)преобразует принятый сигнал к виду удобному для восприятия получателем.
Совокупность средств, предназначенных для передачи сигнала, называется каналом связи. Одна и та же линия связи может исползоваться для передачи сигналов между многими источниками и приемниками, т.е. линия связи может обслуживать несколько каналов.
При синтезе систем передачи информации приходится решать две основные проблемы, связанные с предачей сообщений:
1. обеспечение помехоустойчивости передачи сообщений
2. обеспечение высокой эффективности передачи сообщений
Под помехоустойчивостью понимается способность информации противостоять вредному воздействию помех. При данных условиях, т.е. при заданной помехе, помехоустойчивость определяет верность передачи информации.
Под верностью понимается мера соответствия принятого сообщения (сигнала) переданному сообщению (сигналу).
Под эффективностью системы передачи информации понимается способность системы обеспечивать передачу заданного количества информации наиболее экономичным способом. Эффективность характеризует способность системы обеспечить передачу данного количества информации с наименьшими затратами мощности сигнала, времени и полосы частот.
Теория информации устанавливает критерии оценки помехоустойчивости и эффективности информационных систем, а также указывает общие пути поышения помехоустойчивости и эффективности.
Повышение помехоустойчивости практически всегда сопровождается ухудшением эффективности и наоборот.
В заключении: В настоящее время теория информации успешно применяется в философии и математике, естественных и технических науках, социально-экономических науках, биологии, медицине и др.
Квантование по уровню
При квантовании по уровню непрерывное множество значений функции x(t) заменяется множеством дискретных значений. Для этого в диапазоне непрерывных значений функции x(t) выбирается конечное число дискретных значений этой функции (дискретных уровней) и в процессе квантования значение функции x(t) в каждый момент времени заменяется ближайшим дискретным значением. В результате квантования образуется ступенчатая функция xg(t).
Квантование по уровню практически может осуществляться двумя способами. При первом способе квантования мгновенное значение функции x(t) заменяется меньшим дискретным значением. При втором способе квантования мгновенное значение функции x(t) заменяется ближайшим меньшим или большим дискретным значением в зависимости от того, какое из этих значений ближе к мгновенному значению функции. В этом случае переход ступенчатой функции с одной ступени на другую происходит в те моменты, когда первоначальная непрерывная функция x(t) пересекает середину между соответствующими соседними дискретными уровнями.
Расстояние между дискретными соседними уровнями называется интервалом или шагом квантования 
Различают равномерное квантование по уровню, при котором шаг квантования постоянен, и неравномерное квантование по уровню, когда шаг квантования непостоянен. На практике преимущественное применение получило равномерное квантование в связи с простотой его технической реализации.
Вследствии квантования функции по уровню появляются методические погрешности, так как действительное мгновенное значение функции заменяется дискретным значением. Эта погрешность, которая получила название погрешности квантования пол уровню или шума квантования, имеет случайный характер. Абсолютное её значение в каждый момент времени определяется разностью между квантованным значением xg(t) и действенным мгновенным значением x(t) функции
Закон распределения этой погрешности зависит от закона распределения x(t).
Квантование по времени
Рассмотрим сущность понятия дискретизации сигнала x(t) применительно к детерминированной функции.
Дискретизация сигнала x(t) связана с заменой промежутка изменения независимой пременной некоторым множеством точек, т.е. операции дискретизации соответствует отображение
x(t) 
x(ti)
x(t) – функция, описывающая сигнал
x(ti) – функция, описывающая сигнал, полученный в результате дискретизации,
то есть в результате дискретизации исходная функция x(t) заменяется совокупностью отдельных значений x(ti). По значениям x(ti) можно восстановить исходную функцию x(t) с некоторой погрешностью. Функция, полученная в результате восстановления (интерполяции) по значениям x(ti) , называется воспроизводящей и обозначается через V(t).
При обработке сигналов дискретизация по t должна производится таким образом, чтобы по отсчетным значениям x(ti) можно было получить воспроизводящую функцию V(t), которая с заданной точностью отображает исходную функцию x(t).
При дискретизации сигналов приходится решать вопрос о том, каков должен быть шаг дискретизации:
=ti-ti-1
При малых шагах дискретизации 
количество отсчетов функции на отрезке обработки будет большим и точность воспроизведения – высокой. При больших 
количество отсчетов уменьшается, но при этом снижается точность восстановления. Оптимальной является такая дискретизация, которая обеспечивает представление исходного сигнала с заданной точностью при минимальном количестве выборок.
В этом случае все отсчеты существенны для восстановления исходного сигнала. При неоптимальной дискретизации имеются еще и избыточные отсчеты, которые не нужны для восстановления сигнала с заданной точностью и загружают канал передачи информации. Задача сокращения избыточных отсчетов может рассматриваться как задача описания непрерывных сигналов с заданной точностью минимальным числом дискретных характеристик.
Режимы обработки информации
1) Пакетный режим автоматизированной обработки информации
2) Диалоговый режим автоматизированной обработки информации
3) Сетевой режим автоматизированной обработки информации
1. Пакетный режим автоматизированной обработки информации Пакетный режим был наиболее распространен при централизованной организации решения экономических задач, когда большой удельный вес занимали задачи отчетности о производственно-хозяйственной деятельности экономических объектов разного уровня управления. Организация вычислительного процесса при пакетном режиме строится без доступа пользователя к ЭВМ. Его функции ограничиваются подготовкой исходных данных по комплексу (пакету) задач и передачей их в центр обработки, содержащий задание для ЭВМ на обработку, программы и нормативно-справочные данные. Пакет вводится в ЭВМ и реализуется в автоматическом режиме в соответствии с приоритетами задач без участия пользователя, что позволяет минимизировать время выполнения заданного набора задач. При этом работа ЭВМ может проходить в однопрограммном или многопрограммном режиме, что предпочтительнее, так как обеспечивается параллельная работа основных устройств машины. В настоящее время пакетный режим реализуется применительно к электронной почте и формирование регулярной отчетности.
2. Диалоговый режим автоматизированной обработки информации Диалоговый режим взаимодействия пользователя и ЭВМ обеспечивает возможность оперативного вмешательства человека в процесс обработки информации на ЭВМ. При коллективном диалоге с вычислительной системой управленческий персонал организации (фирмы) может использовать в автоматизированном процессе решения производственно-хозяйственных задач большой набор слабо формализуемых факторов в соответствии со своим опытом и знаниями реальной экономической ситуации. Особенно это касается экспертных систем. Диалог представляет собой обмен информационными сообщениями между участниками процесса, когда прием, обработка и выдача сообщений происходят в реальном масштабе времени. Он может быть парным, когда число его участников равно двум, и множественным при большем числе участников. В основе машинной диалоговой технологии обработки информации лежит взаимодействие человека и ЭВМ во время решения задачи посредством передачи и приема сообщений через терминальные устройства. При диалоге типа «человек ЭВМ» целью пользователя является получение результатных данных в процессе решения задачи. Цель использования ЭВМ оказание помощи пользователю при выполнении рутинных операций. Если роли участников диалога заданы жестко, то такой диалог называется жестким, например, режим работы «вопрос ответ» с указанием того, кому из партнеров принадлежит инициатива. Альтернативная жесткая структура задает множество предписанных вариантов диалога, представляемых пользователю в виде меню, как правило, иерархической структуры, из которого он выбирает направление решения задачи. Такой диалог называется гибким. Свободным называется диалог, позволяющий участникам общения обмениваться информацией произвольным образом. Эксплуатационные характеристики диалоговых систем должны удовлетворять следующим требованиям: - легкая адаптация пользователя к системе; - единообразие вычислительных, логических процедур и терминологии; - снабжение пользователя справочной информацией и необходимыми инструкциями, выводимыми на экран видеотерминала или печатающее устройство с указанием моментов получения помощи от ЭВМ или необходимости проведения ответных действий; - использование кратких форм диалога; - наличие защитных средств информации в системе, реализуемых операционными системами и специальными программами. Технология обработки данных в диалоговом режиме на ЭВМ предполагает: организацию в реальном времени непосредственного диалога пользователя и машины, в ходе которого ЭВМ информирует человека о состоянии решаемой задачи и предоставляет ему возможность активно воздействовать на ход ее решения; обеспечение реактивности, т.е. оперативной циркуляции сообщений как между функциональными задачами (программами), так и между задачами и пользователем; создание для конечных пользователей специалистов управления достаточно прозрачной диалоговой системы, требующей от них лишь выполнения привычных служебных действий. Для решения практических задач структура диалога включает различные возможные способы обмена информацией между пользователем и ЭВМ, т.е. диалоговая система содержит множество запросов и соответствующих им ответных сообщений. Каждому запросу соответствует несколько альтернативных ответных сообщений. Схема диалога разрабатывается обычно сразу на весь комплекс решаемых задач. Каждому пользователю выделяются отдельные части схемы диалога с целью автоматического контроля его полномочий и для предотвращения несанкционированного доступа. Наиболее распространенными типами организации диалога являются меню, шаблон, команда, естественный язык. Реализация диалога типа «меню» возможна через вывод на экран видеотерминала определенных функций системы. Выбор конкретной функции пользователем может осуществляться: - набором на клавиатуре требуемой директивы или ее сокращенного обозначения; набором на клавиатуре номера необходимой функции; - подведением курсора в строку экрана с нужной пользователю функцией; - нажатием функциональных клавиш, запрограммированных на реализацию данной функции. Шаблон это режим взаимодействия конечного пользователя и ЭВМ, на каждом шаге которого система воспринимает только синтактически ограниченное по формату входное сообщение пользователя. Варианты ответа пользователя ограничиваются форматами, предъявляемыми ему на экране видеотерминала. Диалог может быть реализован через: - указание системой на экране дисплея формата вводимого пользователем сообщения; - резервирование места для сообщения пользователя в тексте сообщения системы на экране терминала. Диалог «шаблон» используется для ввода данных, значения которых или понятны (например, поле для записи даты, фамилии, названия предприятия и т.д.), или являются профессиональными терминами, известными пользователю по его предметной области. Диалог типа «команда» инициируется пользователем. При этом выполняется одна из допустимых на данном шаге диалога команда пользователя. Их перечень отсутствует на экране, но легко вызывается на экран с помощью специальной директивы или функциональной клавиши (обычно F1). При вводе ошибочной команд (нет в списке, не тот формат или синтаксис) выдается сообщена об ошибке. Естественный язык это тип диалога, при котором запрос и ответ со стороны пользователя ведется на языке, близком к естественному. Пользователь свободно формулирует задачу, но с набором установленных программной средой слов, фраз и синтаксиса языка. Система может уточнять формулировку пользователя. Разновидностью диалога является речевое общение с системой. Массовое применение ПЭВМ в режиме диалога обеспечивает отказ от использования традиционных бумажных носителей информации. Использование ПЭВМ в местах возникновения информации (на складах, в цехах, в функциональных управленческих отделах и др.) позволяет автоматизировать процесс изготовления и заполнения первичной документации. При составлении первичного документа пользователь в диалоговом режиме с помощью ПЭВМ выбирает нужную ему из ряда предлагаемых системой форму документа и выводит ее на экран монитора. Последующая работа заключается в заполнении формы данными, вводимыми с клавиатуры либо с помощью другого устройства ввода (светового пера, манипулятора типа «мышь» и т.п.). Данные могут быть записаны на жесткий или гибкие магнитные диски. Готовый документ может быть при необходимости выведен на печать.
if ($this->show_pages_images && $page_num < DocShare_Docs::PAGES_IMAGES_LIMIT) { if (! $this->doc['images_node_id']) { continue; } // $snip = Library::get_smart_snippet($text, DocShare_Docs::CHARS_LIMIT_PAGE_IMAGE_TITLE); $snips = Library::get_text_chunks($text, 4); ?>
Диалоговая технология для системы обработки данных на базе ПЭВМ обеспечивает проведение автоматизированного сбора, регистрации и предварительной обработки данных непосредственно на рабочих местах специалистов управления (создание АРМ). В режиме диалога на ПЭВМ может работать не только оператор, но и конечный пользователь, знающий предметную область решаемой задачи, способный визуально обнаружить ошибки, как возникшие при вводе, так и не выявленные ранее непосредственно в первичных документах.
3. Сетевой режим автоматизированной обработки информации Сеть - это совокупность программных, технических и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов. Сеть позволяет: - построить распределенные хранилища информации (базы данных); - расширить перечень решаемых задач по обработке информации; - повысить надежность информационной системы за счет дублирования работы ПК; - создать новые виды сервисного обслуживания, например электронную почту; - снизить стоимость обработки информации. Характеристики сетей: - открытость. Заключается в обеспечении возможности подключения в контур сети любых типов современных ПК; - ресурсы. Значимость и ценность сети должны определяться набором хранимых в ней знаний, данных и способностью технических средств оперативно их представлять либо обрабатывать; - надежность. Трактуется как обеспечение высокого показателя «наработки на отказ» за счет оперативных сообщений об аварийном режиме, тестирования, программно-логического контроля и дублирования техники; - динамичность. Заключается в минимизации времени отклика сети на запрос пользователя; - интерфейс. Предполагается, что сеть обеспечивает широкий набор сервисных функций по обслуживанию пользователя и предоставлению ему запрашиваемых информационных ресурсов; - автономность. Понимается как возможность независимой работы сетей различных уровней; - коммуникации. К ним предъявляются особые требования, связанные с обеспечением четкого взаимодействия ПК по любой принятой пользователем конфигурации сети. Сеть обеспечивает защиту данных от несанкционированного доступа, автоматическое восстановление работоспособности при аварийных сбоях, высокую достоверность передаваемой информации и вычислительных процедур.
Важнейшей характеристикой сети является топология, определяемая структурой соединения ПК в сети. Различают два вида топологии физическая и логическая. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической структура маршрутов потоков данных между узлами. Наиболее обширно представлена классификация сетевых технологий по признаку «охват территории». Использование персональных компьютеров (ПК) в составе локальных вычислительных сетей (ЛВС) обеспечивает постоянное и оперативное взаимодействие между отдельными пользователями в пределах коммерческой либо научно-производственной структуры. Все ее компоненты сети (ПК, каналы коммуникаций, средства связи) физически размещаются на небольшой территории одной организации или ее отдельных подразделений. Территориальной (региональной) называют сеть, компьютеры которой находятся на большом удалении друг от друга, как правило, от десятков до сотен километров. Иногда территориальную сеть называют корпоративной или ведомственной. Такая сеть обеспечивает обмен данными между имеющими доступ к ресурсам сети абонентами по телефонным каналам сети общего назначения, каналам сети «Телекс», а также по спутниковым каналам связи. Количество абонентов сети не ограничено. Им гарантируется надежный обмен данными в режиме «реального времени», передача факсов и телефонных (телексных) сообщений в заданное время, телефонная связь по спутниковым каналам. Основная задача федеральной сети создание магистральной сети передачи данных с коммутацией пакетов и предоставление услуг по передаче данных в реальном масштабе времени широкому кругу пользователей, к числу которых относятся и территориальные сети. Глобальные сети обеспечивают возможность общения по переписке и телеконференции. Основная задача глобальной сети обеспечение абонентам не только доступа к компьютерным ресурсам, но и возможности взаимодействия между собой различных профессиональных групп, рассредоточенных на большой территории.
КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Единицы информации
Компьютер тоже пользуется знаковой системой, которая состоит всего из двух цифр двоичной системы счисления: 1 и 0. Цифра двоичной системы называется битом ( Binary digit ).
Бит – наименьшая единица информации, известная в природе. Сообщение о том, что произошло одно из двух возможных событий, дает получателю один бит информации: опаздывает поезд или нет, будет дождь или нет и т.п. С помощью битов можно представить любой знак и любое число. Значение бита – 0 или 1 – может быть истолкован, как альтернатива: Есть сигнал – 1, нет сигнала – 0. включено-выключено, Нет-Да, Ложь-истина. Процессор, как электронная схема, способен воспринимать только наличие или отсутствие электрического сигнала: есть сигнал – единица (1), нет сигнала – ноль (0). Ответ на вопрос – «ноль или единица ?» – несет бит информации. Аппаратными средствами биты группируются по 8 в одну ячейку регистра процессора (или ОП), образуя байт информации. Пример – перфокарта или перфолента: в отверстия проходит свет– есть сигнал (1), нет отверстия – нет сигнала (0); в одной колонке/строчке 8 позиций, т.е. 8 комбинаций нулей и единиц –1 байт.
Такую совокупность из нулей и единиц, записанных определенным образом для ПК, называют кодом. Для каждого тип ПК существует своя система кодовых обозначений.
Итак, компьютер способен распознавать только 0 и 1. Но, как правило, компьютер работает не с отдельными битами, а с восемью сразу. Эта совокупность из восьми битов, воспринимаемая компьютером как единое целое, называется байтом. То есть байт это восьмиразрядное двоичное число или восьмиразрядная комбинация нулей и единиц, например 10101110. один байт способен закодировать значение одного символа из 256 возможных (256=28).
|
|
Вся работа компьютера это управление потоками байтов, которые вводятся в машину с клавиатуры, или дисков, или по линии связи, преобразуются по командам программы, временно запоминаются или записываются, а затем выводятся на экран в виде символов или цветных точек графического изображения, или на бумагу принтера.
Представление звука в ЭВМ
Звук – это механические колебания среды: воздуха, воды и т.д, воспринимаемые слуховым аппаратом человека. То, что мы слышим – это звуковые волны колеблют барабанную перепонку, эти колебания обрабатываются нервной системой. Вне среды переноса звуковых волн звук не существует. Однако звуковые колебания можно перевести на другой носитель, т.е. изменить представление информации, не теряя ее фактически. Обычно звуковые колебания переносят на сигналы радиоволн. В дальнейшем, после передачи их на расстояние, осуществляется преобразование обратно, в звуковую форму.
Все слышимые звуки являются результатом воздействия звуковых волн. На магнитной ленте, виниловой пластинке звук сохраняется в виде непрерывного электрического сигнала, определяющего изменение звуковых волн. Звук, создаваемый звуковыми волнами, называют аналоговым.
Звук может храниться на цифровых носителях, т.е. быть представленным в виде набора цифр. Таким образом, для переноса звука на цифровой носитель, необходимо осуществить его аналогово-цифровое преобразование.
На практике преобразования звуковой информации из непрерывной формы в дискретную и наоборот выполняются устройствами, называемыми аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). В современных звуковых картах они обеспечивают кодирование с различным уровнем сигнала – от 16-битного до 128-битного, т.е., например, кодирование выборки 216 = 65536 уровней сигнала.
Можно оценить информационный объем моно-аудио-файла длительностью звучания 1 секунду при среднем качестве звука (16 бит, 24 кГц). Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 секунду:
16 бит × 24000 = 384000 бит/с = 48000 байт/с ≈ 47 Кбайт/с ≈ 2,8 Мбайт/мин.
Иными словами, битрейт такого звука составляет 47 Кбайт/с.
Методы сжатия звука без потерь малоэффективны, в лучшем случае они дают трехкратный выигрыш при значительной затрате вычислительных ресурсов. Поэтому широкое распространение нашли методы психоакустического сжатия.
В 1994 г. в научно-исследовательском институте интегральных схем общества Фраунгофера (нем. Fraunhofer IIS) был разработан формат сжатия звука, получивший коммерческое название MP3. Суть метода состоит в следующем. Предполагается, что при одновременном звучании двух сигналов одной частоты, но разной громкости человеческое ухо воспринимает только громкий, не замечая более тихий. При том, что полный звуковой спектр содержит все сигналы. Сжатие достигается тем, что предположительно неслышимые сигналы удаляются из спектра, тем самым уменьшается количество информации, которую нужно сохранять. Такой подход позволяет уменьшить размер звукового файла до 10 раз, при этом для большинства слушателей качество звука практически не изменяется. Однако сжатие с потерями делает нецелесообразным дальнейшее использование такого звука в звукорежиссуре, а кроме того, психоакустическая модель не очень хорошо работает с насыщенной звуковой палитрой, как, например, в классической музыке.
Полное название формата MP3 – MPEG-1/2/2.5 Layer 3, что означает уровень 3 стандартов MPEG первого и второго поколений. MPEG – более общий стандарт, включающий в себя форматы сжатия и передачи цифровой видео и аудио информации.
Кроме MP3 существуют и другие методы сжатия, использующие психоакустическую модель, такие как WMA, OGG, AAC и др.
Задача 1:
Оценить объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве (16 бит, 48 кГц частота в секунду)
Количество бит, приходящихся на одну выборку, необходимо умножить на количество выборок в секунду и умножить на 2 (стерео):
16 бит*48000*2 = 1 536 000 бит = 192000 байт = 187, 5 Кбайт
Кодирование цвета
Для передачи и хранения цвета в компьютерной графике используются различные формы его представления. В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе. Существует несколько систем кодирования цвета, Наиболее распространены системы RGB (дисплеи) и CMYK (типографские работы). Есть и другие системы, их применение обусловлено относительной ограниченностью вышеприведенных.
Система кодирования цвета RGB (Red, Green, Blue – красный, зелёный, синий) – аддитивная цветовая модель, т.е. цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному. Иначе говоря, если черный экран освещать прожекторами разных цветов, то при наложении освещений цвета будут математически складываться. Изменяя интенсивность того или иного канала, можно получить широкую гамму оттенков. При смешении всех трёх цветовых компонентов с одинаковой интенсивностью получается серый цвет, при максимуме – белый.
В телевизорах и мониторах применяются три электронных пушки (светодиода, светофильтра) для красного, зелёного и синего каналов. Система RGB оптимальна для дисплеев, поскольку при отсутствии лучей их экран темный.
Однако в случае, когда осуществляется печать на бумажный носитель, модель RGB не подходит, поскольку в данном случае основа является белой. Для таких ситуаций используется другая цветовая модель – CMYK.
Система кодирования цвета CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK – голубой, пурпурный, желтый, черный; произносится «цмик, смик, симак») – субтрактивная (вычитаемая) схема формирования цвета, используемая в полиграфии. Эти цвета получаются, если вычесть из белого три первичных цвета – RGB. Кроме того, несмотря на то, что чёрный цвет можно получать смешением в равной пропорции голубого, пурпурного и жёлтого красителей, по ряду причин такой подход обычно неудовлетворителен, поэтому для черного цвета применяют отдельный краситель.
Существуют также другие цветовые модели, например, индексированные палитры CGA и EGA, модели XYZ, YUV, YCbCr и др.
Представление видео в ЭВМ
Видео (от лат. video – смотрю, вижу) – под этим термином понимают широкий спектр технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала.
Видео, как правило, представляет собой быстро сменяющуюся последовательность неподвижных изображений, на которых отражены последовательные состояния объекта. Чем быстрее кадры меняются, тем более плавным воспринимается изменение объекта. При частоте смены кадров примерно от 10 за секунду движение уже воспринимается однородным. Частота кадров в секунду – fps, или Гц. В традиционном плёночном кинематографе используется частота 24 кадра в секунду. Системы телевидения PAL и SECAM используют 25 кадров в секунду, а система NTSC использует 29,97 кадров в секунду. Компьютерные оцифрованные видеоматериалы хорошего качества, как правило, используют частоту 30 кадров в секунду. Некоторые профессиональные видеокамеры могут снимать с частотой до 120 кадров в секунду. Специальные камеры способны снимать до нескольких тысяч или даже миллионов кадров в секунду, что необходимо, например, для детального изучения траектории полёта пули или структуры взрыва.
Любой цифровой видеосигнал характеризуется разрешением (англ. resolution), горизонтальным и вертикальным, которое, как и обычное изображение, измеряется в пикселях. Каждый пиксел характеризуется также глубиной цвета по некоторой цветовой модели. Таким образом, можно приблизительно оценить битрейт видео, если знать размер изображения и глубину цвета. Например, для записи несжатого видео в формате NTSC:
720 × 480 × 16 бит × 30 кадров = 165888000 бит/с = 20736000 байт/с ≈ 20 Мбайт/с ≈ 1,2 Гбайт/мин.
Очевидно, что такие объемы данных требуют огромные объемы носителей для записи видео. Поэтому, как и в случае звука, широко используются методы сжатия видео, как без потери качества, так и с потерей.
Алгоритмы сжатия звука и видео реализуются в виде специальных программ, так называемых кодеков. Кодек – сокращение от «компрессор» и «декомпрессор», это любая технология для сжатия и восстановления данных. Кодеки могут быть реализованы также на уровне аппаратной части или как комбинация аппаратно-программных подходов. Кодеки реализуют тот или иной алгоритм или их совокупность к сжатию видео или звука. Обычно кодеки интегрируются в операционную систему и таким образом добавляют возможность корректно открывать файлы соответствующих форматов из любых приложений.
Задача 1:
Каков необходимый объем видеопамяти для графического режима с разрешением 1024Х768 и качеством цветопередачи 32 бита?
32Х1024Х768 = 25 165 824 бит = 3 145 728 байт = 3072 Кб = 3 Мб
Задача 2:
Какое количество информации несет в себе экран SVGA – монитора (16 бит кодирование, размер экрана 800Х600)
800Х600 = 480000 пикселов на экране
480000Х16 бит = 7680000 бит = 960000 байт = 937,5 Кб = 0,9 Мб
Задача 3:
Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кб для работы монитора в режиме 640Х480 точек и палитрой в 16 цветов?
16 цветов, то глубина цвета 24 = 16, I=4 бит
256 Кб = 2097152 бит памяти имеется изначально
640*480 = 307200 всего точек
307200*4 бит = 1228800 занимает экран
2097152 имеем > 1228800 требуется – т.е. видеопамяти хватит
Код ASCII
Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в числовой форме. При вводе символов с клавиатуры символы кодируются определенным числом, а при выводе их для чтения человеком (на монитор, или принтер) по каждому числу (коду символа) строится изображение символа. Соотношение между набором символов и их кодами определяется кодовой таблицей символов.
Нажатие клавиши посылает в компьютер двоичное число – комбинацию нулей и единиц (1 байт). Любую комбинацию можно интерпретировать как десятичное число от 0 до 256. Напр., при нажатии клавиши «А» посылается число 01000001(2)=65(10). Для машины это число может служить номером «литеры» с изображением «А», которая хранится в памяти ЭВМ. Специальные электронные схемы по этому номеру находят литеру и печатают ее на экране.
Итак, 1 символ хранится в одном байте, след-но, коды символов принимают значения от 0 до 255. Такие кодировки называются однобайтными. Вместе с тем, существуют двухбайтные кодировки – Unicode, в которой коды символов могут принимать значения от 0 до 65535 (один символ кодируется 2 байтами). В этой кодировке(ее поддерживает, напр., Windows NT) имеются номера практически для всех применяемых символов (русских, латинских букв, букв алфавитов других стран, цифр, символов и т.д.)
При разработке IBM PC фирма IBM заложила однобайтную кодировку символов, которая принята во всем мире в качестве стандарта – это кодовая таблица ASCII (American Standard Information Interchange), один символ кодируется 1 байтом.
Кодовая таблица – это внутреннее представление символов в ЭВМ. В ASCII закодирована только половина возможных символов от 0 до 127.
1. Первые 32 символа 0–31 являются управляющими и предназначены, в основном, для передачи команд управления программно-аппаратным компонентам машины.
Напр.: посылка на принтер символа с кодом 13 заставит головку принтера вернуться к началу строки. Символ с кодом 10 воспринимается, как команда протянуть бумагу на одну строку.
Итак, первые 32 символа не воспроизводятся, а служат для управления.
2. 32 – 64 – специальные символы и цифры
3. 65 – 90 – 26 прописных латинские буквы
4. 97 – 122 – 26 строчных латинских букв
5. 123 – 127 – знаки препинания, специальные символы, скобки, пробелы
Unicode
Задача 1:
Какое количество символов содержится на странице энциклопедического словаря, если в памяти компьютера эта страница занимает 13 Кб?
По умолчанию (раз другого не сказано, то кодировка ASCII) количество бит информации, приходящейся на один символ, равно 8 бит.
13 Кб*1024 байт*8 бит = 106496 бит
Кол-во символов = Количество / Кол-во бит информации на один символ =
= 106496 бит / 8 бит = 13312 символа
Задача 2:
Используя данные предыдущей задачи и зная, что в одной строке находится 85 знаков, определить количество строк на странице
Кол-во строк = Общее кол-во символов / Кол-во символов в одной строке =
= 13312 символов / 85 знаков = 157 строк.
Задача 3:
Определить количество информации, которое содержится на печатном листе бумаги (двусторонняя печать), если на олной стороне умещается 40 строк по 67 символов в строке?
40 строк*67 символов = 2680 символов на одной стороне листа
2680 символов*2 = 5360 символов на двух сторонах
5360 символов*1 байт = 5360 байт информации на двух сторонах
5360 байт:1024 байт = 5,23 Кб
Задача 4:
Какое количество информации будет содержаться на странице печатного текста при использовании 32-х символьного алфавита (на странице 60 строк по 56 символов)?
60 строк*56 символов = 3360 символов на странице
Мощность алфавита 32 символа
2I = 32 символа, I=5 бит информации на один символ 32-х символьного алфавита
3360 символов*5 бит = 16800 бит информации на странице
16800 бит:8 бит = 2100 байт
2100 байт:1024 байт = 2,05 Кб
Задача 5:
Какое количество информации в слове «информатика» при условии, что для кодирования используется 32-значный алфавит?
2I = 32 символа, I=5 бит информации на один символ 32-х символьного алфавита
11 букв*5 бит = 55 бит в слове
Задача 6:
Сколько информации в тексте из 4 страниц по 50 строк, в каждой строке по 80 символов. Алфавит для записи текста 16-тизначный.
4 страницы*50 строк*80 символов = 16000 символов на странице
2I = 16 символов, I=4 бита информации на один символ 16-ти символьного алфавита
16000 символов*4 бита = 64000 бит = 7,8 Кб
ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Общие сведения об Internet
Internet представляет собой Всемирную сеть, информация в которой хранится на серверах. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяет пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и т.п. Обмен информацией между серверами сети выполняется по высокоскоростным каналам связи. Доступ отдельных пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется по телефонной сети через провайдера или корпоративную сеть. В качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для соединения с клиентами и выхода во Всемирную сеть.
Отметим, что корпоративные сети, построенные по принципам Internet, называют Intranet.
Архитектура Internet
Рассмотрим упрощенную схему построения Internet. В качестве высокоскоростной магистрали передачи данных используются выделенные телефонные линии, оптоволоконные и спутниковые каналы связи. Любая организация для подключения к Internet использует специальный компьютер, который называется шлюзом (gateway). На нем устанавливается программное обеспечение, осуществляющее обработку всех сообщений, проходящих через шлюз. Каждый шлюз имеет свой IP-адрес.
Если поступает сообщение, адресованное локальной сети, к которой подключен шлюз, оно передается в эту локальную сеть. Если сообщение предназначено для другой сети, то оно передается следующему шлюзу. Каждый шлюз имеет информацию обо всех остальных шлюзах и сетях. Шлюзы обмениваются друг с другом информацией о маршрутизации и состоянии сети, используя специальный шлюзовый протокол.
Шлюзы бывают двух типов: внутренние и внешние. Внутренними называют шлюзы, расположенные в небольшой подсети и обеспечивающие связь с более крупной корпоративной сетью. Такие шлюзы поддерживают связь между собой с помощью внутреннего шлюзового протокола IGP (Internal Gateway Protocol). Внешние шлюзы применяются в больших сетях, подобных Internet, настройки их постоянно меняются из-за изменений в мелких подсетях. Связь между внешними шлюзами осуществляется через внешний шлюзовый протокол EGP (Exterior Gateway Protocol).
Протоколы обмена и адресация
Подключение пользователя к Internet может осуществляться разными способами, отличающимися по стоимости, удобству и объему предоставляемых услуг. Этими способами являются:
• электронная почта (E-mail);
• телеконференции (UseNet);
• система эмуляции удаленных терминалов (TelNet);
• поиск и передача двоичных файлов (FTP);
• поиск и передача текстовых файлов с помощью системы меню (Gopher);
• поиск и передача документов с помощью гипертекстовых ссылок (WWW, или Всемирная паутина).
Каждый из них характеризуется своими возможностями и различием в организации протоколов обмена информацией. В общем случае под протоколом понимается набор инструкций, регламентирующих работу взаимосвязанных систем или объектов в сети.
^ Электронная почта (E-mail). Работа электронной почты основана на последовательной передаче информации по сети от одного почтового сервера к другому, пока сообщение не достигнет адресата.. К достоинствам электронной почты относятся высокая оперативность и низкая стоимость Недостаток электронной почты состоит в ограниченности объема пересылаемых файлов.
UseNet разработана как система обмена текстовой информацией. Она позволяет всем пользователям Internet участвовать в групповых дискуссиях, называемых телеконференциями, в которых обсуждаются всевозможные проблемы. Сейчас в мире насчитывается более 10 тысяч телеконференций. Информация, посылаемая в телеконференции, становится доступной любому клиенту Сети, обратившемуся в данную телеконференцию. В настоящее время телеконференции позволяют передавать файлы любых типов, включая текстовые, графические и аудио файлы. Для работы с телеконференциями наиболее часто используются средства программ просмотра и редактирования Web-документов.
TelNet — это протокол, позволяющий использовать ресурсы удаленного компьютера. Другими словами — это протокол удаленного терминального доступа в сети. В данном случае речь идет о передаче команд от локального компьютера удаленному компьютеру в Сети.
FTP — это протокол Сети для работы с любыми типами файлов: текстовыми и бинарными, являющийся примером системы с архитектурой «клиент-сервер».. Достоинством данного протокола является возможность передачи файлов любого типа — текстов, изображений, исполняемых программ. К недостатку протокола FTP следует отнести необходимость знания местоположения отыскиваемой информации.
Протокол Gopher и реализующее его программное обеспечение предоставляют пользователям возможность работы с информационными ресурсами, не зная заранее их местонахождение. Для начала работы по этому протоколу достаточно знать адрес одного Gopher-сервера. В дальнейшем работа заключается в выборе команд, представленных в виде простых и понятных меню. 1
WWW (World Wide Web — Всемирная паутина) представляет собой самое современное средство организации сетевых ресурсов. Она строится на основе гипертекстового представления информации.
Работа сети Internet основана на использовании семейства коммуникационных протоколов — ^ Протокол управления передачей данных/Протокол Internet (Transmission Control Ptotocol/ Internet Protocol —TCP/IP), который используется для передачи данных в глобальной сети и во многих локальных сетях. TCP/IP - семейство протоколов. В состав его входят протоколы, которые можно разделить по назначению на следующие группы:
- транспортные протоколы, служащие для управления передачей данных между двумя компьютерами;
- протоколы маршрутизации, обрабатывающие адресацию данных и определяющие кратчайшие доступные пути к адресату;
- протоколы поддержки сетевого адреса, предназначенные для идентификации компьютера по его уникальному номеру или имени;
- прикладные протоколы, обеспечивающие получение доступа к всевозможным сетевым услугам;
- шлюзовые. Протоколы, помогающие передавать по сети сообщения о маршрутизации и информацию о состоянии сети, а также обрабатывать данные для локальных сетей;
- другие протоколы, не относящиеся к указанным категориям, но обеспечивающие клиенту удобство работы в сети.
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ – ЛАБА И СР
1. СС
2. СС
3. Текстовый редактор
Дата: 2019-03-05, просмотров: 311.
