Подання інформації в комп`ютері: приклади використання
Якщо людина займається вивченням комп`ютерної техніки не поверхово, а досить серйозно, він неодмінно повинен знати про те, які існують форми подання інформації у комп`ютері. Це питання є одним з основоположних, оскільки не тільки використання програм і операційних систем, але і саме програмування в принципі засновані саме на цих ази.
Урок «Подання інформації в комп`ютері»: основи
Взагалі, комп`ютерна техніка по тому, як вона сприймає інформацію або команди, перетворює їх у формати файлів і видає користувачеві вже готовий результат, дещо відрізняється від загальноприйнятих понять.
Справа в тому, що всі існуючі системи засновані лише на двох логічних операторах - «правда» і «брехня» (true, false). В простішому розумінні це «так» або «ні».
Зрозуміло, що слова обчислювальна техніка не розуміє, тому на зорі розвитку комп`ютерної техніки була створена спеціальна цифрова система з умовним кодом, в якому твердженням відповідає одиниця, а заперечення - нуль. Саме так і з`явилося так зване бінарне подання інформації в комп`ютері. Залежно від поєднань нулів і одиниць визначається і розмір інформаційного об`єкта.
Найменшою одиницею виміру розміру такого типу є біт - двійковий розряд, який може мати значення або 0, або 1. Але сучасні системи з такими малими величинами не працюють, і практично всі способи подання інформації в комп`ютері зводяться до використання відразу восьми бітів, які в сумі складають байт (2 у восьмому ступені). Таким чином, в одному байті можна зробити кодування будь-якого символу з 256 можливих. І саме двійкового коду є основою основ будь-якого інформаційного об`єкта. Далі буде зрозуміло, як це виглядає на практиці.
Інформатика: розкриття та подання в комп`ютері. Числа з фіксованою комою
Раз вже мова спочатку зайшла про числах, розглянемо, яким чином система їх сприймає. Подання числової інформації в комп`ютері сьогодні умовно можна розділити на обробку чисел з фіксованою і плаваючою комою. До першого типу також можна віднести звичайні цілі числа, у яких після коми стоїть нуль.
Вважається, що числа цього типу можуть займати 1, 2 або 4 байти. Так званий головний байт відповідає за знак числа, при цьому позитивного знаку відповідає нуль, а негативного - одиниця. Таким чином, наприклад, в 2-байтовому поданні діапазон значень для позитивних чисел знаходиться в межах від 0 до 216-1, що становить 65535, а для негативних чисел - від -215 до 215-1, що дорівнює числовому діапазону від -32768 до 32767.
Подання чисел з плаваючою комою
Тепер розглянемо другий тип чисел. Справа в тому, що шкільна програма занять по темі «Представлення інформації в комп`ютері» (9 клас) числа з плаваючою комою не розглядає. Операції з ними є досить складними і використовуються, наприклад, при створенні комп`ютерних ігор. До речі, трохи відволікаючись від теми, варто сказати, що для сучасних графічних прискорювачів одним з головних показників продуктивності є швидкість проведення операцій саме з такими числами.
Тут використовується Експоненціальна форма, в якій положення коми може змінюватися. В якості основної формули, яка б показала уявлення будь-якого числа A прийнята наступна: A = mA * qP, де mA - Це мантиса, qP - Це основа системи числення, а P - порядок числа.
Мантиса має відповідати вимозі q-1&le- | mA| Lt; 1, тобто повинна бути правильної двійковій дробом, що містить після коми цифру, яка відрізняється від нуля, а порядок - цілим числом. І будь-який нормалізоване десяткове число можна абсолютно просто уявити в експоненційному вигляді. І числа цього типу мають розмір 4 або 8 байт.
Наприклад, десяткове число 999,999 відповідно до формули з нормалізованої мантиси буде виглядати як 0,999999*103.
Відображення текстових даних: трохи історії
Найбільше користувачі комп`ютерних систем все-таки використовують тестову інформацію. І уявлення текстової інформації в комп`ютері відповідає тим же принципам двійкового коду.
Відео: Подання інформації в комп`ютері
Однак у зв`язку з тим, що сьогодні в світі можна нарахувати досить багато мов, для представлення текстової інформації використовуються спеціальні системи кодувань або кодові таблиці. З появою MS-DOS основним стандартом вважалася кодування CP866, а комп`ютери Apple використовували власний стандарт Mac. У той час для російської мови була введена спеціальна кодування ISO 8859-5. Однак з розвитком комп`ютерних технологій довелося вводити нові стандарти.
різновиди кодувань
Так, наприклад, в кінці 90-х років минулого століття з`явилася універсальна кодування Unicode, яка могла працювати не тільки з текстовими даними, але і з аудіо і відео. Її особливістю стало те, що під один символ відводився вже не один біт, а два.
Трохи пізніше з`явилися і інші різновиди. Для Windows-систем самої застосовуваної є кодування CP1251, але для того ж російської мови і до сих пір використовується ЯКІ-8Р - кодування, що з`явилася ще в кінці 70-х, а в 80-х активно використовувалася навіть в UNIX-системах.
Саме ж уявлення текстової інформації в комп`ютері засноване на таблиці ASCII, що включає в себе базову та розширену частини. Перша включає в себе коди від 0 до 127, друга - від 128 до 255. Однак перші коди діапазону 0-32 відведені не під символи, які присвоєні клавішах стандартної клавіатури, а функціональним кнопкам (F1-F12).
Графічні зображення: основні типи
Що стосується графіки, яка активно використовується в сучасному цифровому світі, тут є свої нюанси. Якщо подивитися на подання графічної інформації в комп`ютері, спочатку слід звернути увагу на основні типи зображень. Серед них виділяють дві основні різновиди - векторні і растрові.
Векторна графіка заснована на використанні примітивних форм (ліній, кіл, кривих, багатокутників і т. Д.), Текстових вставок і заливок певним кольором. Растрові зображення засновані на застосуванні прямокутної матриці, кожен елемент якої називається пікселем. При цьому для кожного такого елемента можна задати яскравість і колір.
векторні зображення
Сьогодні застосування векторних зображень має обмежену область. Вони гарні, наприклад, при створенні креслень і технічних схем або для двовимірних або тривимірних моделей об`єктів.
Прикладами стаціонарних векторних форм можуть бути формати на кшталт PDF, WMF, PCL. Для рухомих форм в основному застосовується стандарт MacroMedia Flash. Але якщо говорити про якість або проведенні більш складних операцій, ніж той же масштабування, краще використовувати растрові формати.
растрові зображення
З растровими об`єктами справа йде набагато складніше. Справа в тому, що надання інформації в комп`ютері, заснованої на матриці, має на увазі використання додаткових параметрів - глибини кольору (кількісним виразом числа квітів палітри) в бітах, і розміру матриці (кількості пікселів на дюйм, що позначається як DPI).
Відео: Інформатика. Архітектура ПК: Подання цілих чисел в пам`яті ПК. Центр онлайн-навчання «Фоксфорд»
Тобто палітра може складатися з 16, 256, 65536 або 16777216 кольорів, а матриці можуть різнитися, хоча найбільш поширеним дозволом називають 800х600 пікселів (480 тисяч точок). За цими показниками можна визначити кількість біт, необхідне для зберігання об`єкта. Для цього спочатку використовується формула N = 2I, в якій N - це кількість квітів, а I - це глибина кольору.
Потім розраховується і обсяг інформації. Наприклад, обчислимо розмір файла зображення, що містить 65536 кольорів, і матрицею 1024х768 пікселів. Рішення виглядає наступним чином:
- I = log265536, що становить 16 біт;
- кількість пікселів 1024 * 768 = 786 432;
- обсяг пам`яті становить 16 біт * 786 432 = 12 582 912 байт, що відповідає 1,2 Мб.
Різновиди аудіо: головні напрямки синтезу
Подання інформації в комп`ютері, званої аудіо, підпорядковується тим же основним принципам, які були описані вище. Але, як і для будь-якої іншої різновиди інформаційних об`єктів, для представлення звуку теж використовуються свої додаткові характеристики.
На жаль, якісне звучання і відтворення з`явилися в комп`ютерній техніці в саму останню чергу. Однак якщо з відтворенням ще справи були ще сяк-так, то синтез реально звучить музичного інструменту був практично неможливий. Тому деякі звукозаписні компанії ввели власні стандарти. Сьогодні найбільш широко застосовується FM-синтез і таблично-хвильовий метод.
У першому випадку мається на увазі, що будь-який природний звук, який є безперервним, можна розкласти на якусь послідовність (комбінацію) найпростіших гармонік з допомогою методу дискретизації і зробити подання інформації в пам`яті комп`ютера на основі коду. Для відтворення використовується зворотний процес, проте в цьому випадку неминучі втрати деяких складових, що відображається на якості.
При таблично-хвильовий синтезі передбачається, що є заздалегідь створена таблиця з прикладами звучання живих інструментів. Такі приклади називаються семплами. При цьому для відтворення досить часто використовуються команди MIDI (Musical Instrument Digital Interface), які сприймають із коду тип інструменту, висоту тону, тривалість звучання, інтенсивність і динаміку зміни, параметри середовища та інші характеристики. Завдяки цьому такий звук досить близько наближений до натурального.
сучасні формати
Якщо раніше за основу був узятий стандарт WAV (власне, сам звук і представляє у вигляді хвилі), з часом він став дуже незручний, хоча б через те, що такі файли займали занадто багато місця на носії інформації.
Згодом з`явилися технології, що дозволяють стискати такий формат. Відповідно, змінилися і самі формати. Найбільш відомими сьогодні можна назвати MP3, OGG, WMA, FLAC і безліч інших.
Однак до сих пір основними параметрами будь-якого звукового файлу залишаються частота дискретизації (стандартом є 44,1 кГц, хоча можна зустріти значення і вище, і нижче) і кількість рівнів сигналу (16 біт, 32 біт). В принципі, таку оцифровку можна трактувати як надання інформації в комп`ютері звукового типу на основі первинного аналогового сигналу (будь-який звук в природі спочатку є аналоговим).
подання відео
Якщо зі звуком проблеми були вирішені досить швидко, то з відео все йшло не так гладко. Проблема полягала в тому, що кліп, фільм або навіть відеогра є поєднанням відеоряду та звуку. Здавалося б, чого простіше, ніж поєднати рухомі графічні об`єкти зі звукорядом? Як виявилося, це стало справжньою проблемою.
Тут справа в тому, що з технічної точки зору спочатку слід запам`ятати перший кадр кожної сцени, званий ключовим, а тільки потім зберігати відмінності (різницеві кадри). І, що найсумніше, оцифровані або створені відеоролики виходили такого розміру, що зберігати їх на комп`ютері або знімному носії було просто неможливо.
Проблема була вирішена, коли з`явився формат AVI, який являє собою якийсь універсальний контейнер, що складається з набору блоків, в яких може зберігатися довільна інформація, при цьому навіть стисла різними способами. Таким чином, навіть файли однакового формату AVI між собою можуть істотно різнитися.
І сьогодні можна зустріти досить багато інших популярних форматів відео, однак для всіх них також застосовуються власні показники і значення параметрів, головним з яких є кількість кадрів в секунду.
Кодеки і декодери
Подання інформації в комп`ютері в плані відео неможливо уявити собі без застосування кодеків і декодерів, які застосовуються для стиснення початкового вмісту і розпакування при відтворенні. Саме їх назва говорить про те, що одні кодують (стискають) сигнал, другі - навпаки - розпаковують.
Відео: Завдання №3 Подання інформації
Саме вони відповідають за вміст контейнерів будь-якого формату, а також визначають розмір кінцевого файлу. Крім того, важливу роль відіграє і параметр дозволу, як це вказувалося для растрової графіки. Але ж сьогодні можна зустріти навіть UltraHD (4k).
висновок
Якщо підвести певний підсумок всього вищесказаного, можна відзначити лише те, що сучасні комп`ютерні системи спочатку працюють виключно на сприйнятті двійкового коду (іншого вони просто не розуміють). І на його використанні засновано не тільки уявлення інформації, але і всі відомі сьогодні мови програмування. Таким чином, спочатку, щоб зрозуміти, як все це працює, потрібно вникнути саме в суть застосування послідовностей одиниць і нулів.
