Принципы представления данных и команд в компьютере

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………….

Принципы представления данных в компьютере……………

Кодирование текстовой информации…………………………

Кодирование графической информации……………………...

Кодирование звуковой информации………………………….

Представление видео…………………………………………..

Заключение……………………………………………………..

Список используемой литературы……………………………. 
ВВЕДЕНИЕ

 

Люди имеют дело со многими видами информации. Услышав  прогноз погоды, можно записать его  в компьютер, чтобы затем воспользоваться  им. В компьютер можно поместить  фотографию своего друга или видеосъемку  о том как вы провели каникулы. Но ввести в компьютер вкус мороженого или мягкость покрывала никак нельзя.

 

Компьютер - это электронная  машина, которая работает с сигналами. Компьютер может работать только с такой информацией, которую  можно превратить в сигналы. Если бы люди умели превращать в сигналы вкус или запах, то компьютер мог бы работать и с такой информацией. У компьютера очень хорошо получается работать с числами. Он может делать с ними все, что угодно. Все числа в компьютере закодированы "двоичным кодом", то есть представлены с помощью всего двух символов 1 и 0, которые легко представляются сигналами.

 

Вся информация с которой  работает компьютер кодируется числами. Независимо от того, графическая, текстовая  или звуковая эта информация, что  бы ее мог обрабатывать центральный  процессор она должна тем или иным образом быть представлена числами.

 

 

 

Принципы представления  данных в компьютере

 

Информация, хранимая в  памяти компьютера и предназначенная  для обработки, называется данными.

 Данные в компьютере  представляются в виде кода, который состоит из единиц и нулей в разной последовательности.

  Код - набор условных  обозначений для представления  информации.    Кодирование  - процесс представления информации  в виде кода. Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в числовом виде. Вся другая информация (звуки, изображения, видео) должна быть преобразована  в числовую форму, закодирована.

Единицей информации в компьютере является 1 бит, т.е. двоичный разряд, который принимает значение 0 или 1. Однако, компьютер редко работает с конкретными битами в отдельности. Наименьшая единица информации, с которой работает компьютер – это совокупность из восьми битов, воспринимаемая компьютером как единое целое. Эта комбинация битов называется байтом.  Байт можно трактовать иначе: как символ, как ячейку памяти, как единицу измерения оперативной и внешней памяти.

Большие наборы  байтов удобнее измерять крупными единицами:

1024 байт = 1 килобайт (1 Кб)

1024 Кбайт (или 1048576 байт) = 1 мегабайт (1Мб)

1024 Мбайт (или 1073741824 байт) = 1 гигабайт (1 Гб)

 

  Кодирование текстовой информации

Если каждому символу  алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно  кодировать и текстовую информацию. Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможных сочетаний в байте  равно 

Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления  текстовой информации, включая прописные  и заглавные буквы русского и  латинского алфавита, цифры, знаки, графические  символы и т.д.

Кодирование заключается  в том, что каждому символу  ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий  ему двоичный код от 00000000 до 11111111.

Таким образом, человек  различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.

Важно, что присвоение символу конкретного кода - это  вопрос соглашения, которое фиксируется  в кодовой таблице.

Кодирование текстовой  информации с помощью байтов опирается  на несколько различных стандартов, но первоосновой для всех стал стандарт ASCII (American Standart Code for Information Interchange), разработанный в США в Национальном институте ANSI (American National Standarts Institute).

В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования - базовая и расширенная.

Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

 

Первые 33 кода (с 0 до 32) соответствуют  не символам, а операциям (перевод  строки, ввод пробела и т. д.).

Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания.

Коды с 128 по 255 являются национальными, т.е. в национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют  различные символы.

        С распространением современных информационных технологий в мире возникла необходимость кодировать символы алфавитов других языков: японского, корейского, арабского, хинди, а также других специальных символов.

На смену старой системе  пришла новая универсальная – UNICODE, в которой один символ кодируется не одним, а двумя байтами.

В настоящее время  существует много различных кодовых  таблиц (DOS, ISO, WINDOWS, KOI8-R, KOI8-U, UNICODE и др.), поэтому тексты, созданные в одной  кодировке, могут не правильно отображаться в другой.

 

Кодирование графической информации

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек.

Давайте посмотрим на экран компьютера через увелечительное стекло.

В зависимости от марки и модели техники мы увидим либо множество  разноцветных прямоугольничков, либо множество разноцветных кружочков.

И те, и другие группируются по три  штуки, причем одного цвета, но разных оттенков.

Они называются ПИКСЕЛЯМИ (от английского PICture's ELement).

Пиксели бывают только трех цветов - зеленого, синего и красного.

Другие  цвета образовываются при помощи смешения цветов.

Рассмотрим самый простой случай - каждый кусочек пикселя может либо гореть (1), либо не гореть (0).

Тогда мы получаем следующий набор цветов:

Из трех цветов можно получить восемь комбинаций.

Для получения  богатой палитры цветов базовым  цветам могут быть заданы различные  интенсивности, тогда количество различных  вариантов их сочетаний, дающих разные краски и оттенки, увеличивается.

Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно.

 

Число цветов, воспроизводимых на экране монитора (N), и число бит, отводимых в видеопамяти на каждый пиксель (I), связаны формулой:

Величину I называют битовой глубиной или глубиной цвета.

Чем больше битов используется, тем  больше оттенков цветов можно получить.

Итак, любое графическое изображение  на экране можно закодировать c помощью  чисел, сообщив, сколько в каждом пикселе долей красного, сколько - зеленого, а сколько - синего цветов.

Также графическая информация может быть представлена в виде векторного изображения.

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий  из элементарных отрезков и дуг.

Положение этих элементарных объектов определяется координатами точек и  длиной радиуса.

Для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет.

Информация о векторном изображении  кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых  оно складывается.

Чем больше разрешающая способность, т.е. чем больше количество строк  растра и точек в строке, тем выше качество изображение.

 

Кодирование звуковой информации

С начала 90-х годов  персональные компьютеры получили возможность  работать со звуковой информацией.

Каждый компьютер, имеющий  звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.

Звук представляет собой  звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.

Чем больше амплитуда, тем  он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме.

Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в  памяти компьютера:

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти компьютера:

Аудиоадаптер (звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука  аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. 

Затем полученный код  из регистра переписывается в оперативную  память компьютера.  

Качество компьютерного  звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.

В процессе кодирования  звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

       Частота дискретизации – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду.

Частота измеряется в герцах (Гц).

Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц.  
1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц).

Разрядность регистра – число бит в регистре аудиоадаптера.

Разрядность определяет точность измерения входного сигнала.

Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого  отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно.

Если разрядность равна 8 (16) , то при измерении входного сигнала  может быть получено

различных значений.

Очевидно, 16-разрядный  аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит  звук, чем 8-разрядный.

Звуковой файл - файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме.

 

Представление видео

 В последнее время  компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, с позволения сказать, работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов, а также (куда компьютерным пользователям без них!) многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.

Что представляет собой  фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме  того, для создания на экране эффекта  движения используется технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной - 24.

Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики  и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда.

Но это только на первый взгляд, поскольку при использовании  традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой.

Достаточно очевидное  усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять  лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).

• Существует множество различных форматов представления видеоданных.
• В среде Windows, например, уже более 10 лет применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео).  
  
• Более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple.
• Все большее распространение в последнее время получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group). Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику.
• Большее распространение получила технология под названием DivX (Digital Video Express). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск – сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб.