Представление текстовых данных

Текстовые данные рассматриваются как последовательность отдельных символов, каждому из которых ставится в соответствие двоичный код некоторого неотрицательного целого числа.

Существуют разные способы кодирования символов.

Наиболее распространенной до последнего времени была кодировка ASCII (American Standard Code for Information Interchange). При использовании этой кодировки для представления каждого символа отводится ровно 8 разрядов (один байт). Таким образом, имеется возможность кодирования 256 символов (они получают коды от 0 до 255). С помощью такой кодировки можно хранить только символы текста (без элементов форматирования или оформления).

Наиболее перспективным для использования является Unicode – стандарт, разработанный несколькими фирмами (сначала – Apple и Xerox). В этом коде все символы состоят из 16 битов, что позволяет кодировать свыше 65 тыс. символов (2¹⁶). В этом коде для каждого алфавита определены свои кодовые позиции (code points), т.е. все 65 536 символов (кодов) разбиты на отдельные группы. Таким образом, Unicode допускает обмен данными на разных языках – каждому коду соответствует единственный символ, коды не пересекаются для разных языков.

Если для представления информации в разных информационных системах используются разные кодировки, эти программы «не поймут» друг друга, поэтому может оказаться, что данные, подготовленные в одной системе, не смогут прочитать в другой. Например, текст, введенный с помощью программы «Блокнот» в Windows, нельзя будет прочитать в MS‑DOS.

Представление мультимедийной информации

Все форматы графических изображений можно разделить на два основных типа: зависящие от разрешения и не зависящие от разрешения. Для обозначения форматов изображений, зависящих от разрешения, используют термин растровая (или точечная) графика, а изображения, не зависящие от разрешения, называют векторными (или объектно-ориентированными).

Растровые изображения, зависящие от разрешения, получаются, например, в результате сканирования. Такие изображения состоят из отдельных точек. Общее количество точек, образующих изображение, известно и неизменноэ

Способ представления графических изображений, отображаемых на экране, называют растровым. При этом экран дисплея ЭВМ рассматривается как двумерный массив отдельных точек (пикселов), состояние каждой из которых (цвет и яркость) кодируется неотрицательным целым двоичным числом.

Для хранения растровых графических изображений (точечных рисунков) используются файлы с расширениями BMP (Windows Bitmap), GIF (CompuServe GIF), JPEG (JPG Filter) и т.п.

С точечной графикой работают графический редактор Paint (стандартная программа для рисования Windows), программа Adobe PhotoShop (Adobe Systems Incorporated).

Векторные изображения хранятся в файлах не как совокупность точек, а в виде математической модели, отдельные элементы которой описывают параметры составляющих изображение геометрических объектов: отрезков, прямоугольников, дуг, окружностей и т.д. Наиболее известным графическим редактором, обеспечивающим возможность работы с векторной графикой, является Corel Draw!.

Для записи фильмов, видеоклипов используются также специальные форматы. Среди широкой аудитории пользователей персональных компьютеров наибольшей «популярностью» пользуются фильмы, записанные в формате MPEG‑4. Такие фильмы обычно умещаются на одном компакт-диске, а по качеству изображения могут успешно конкурировать с видеокассетами. По сравнению с дисками DVD MPEG‑4 диски выгодно отличаются стоимостью. Поэтому промежуточным этапом на пути массового перехода домашних пользователей с аналоговых VHS-видеомагнитофонов на цифровой стандарт DVD вполне мог бы стать именно MPEG‑4.

MPEG (Moving Picture Experts Group) – это достаточно большая организация, состоящая из разработчиков аудио, видео и компьютерной техники, а также программистов и специалистов, занимающихся разработкой и внедрением стандартов на алгоритмы компрессии, передачи, хранения и воспроизведения аудио- и видеоданных.

Среди разработок этой группы в области цифровой видеозаписи наиболее известными являются следующие:

 Стандарт MPEG‑1. Был выпущен в 1992 г. Чаще ассоциируется у пользователей с фильмами на VideoCD. Полнометражный фильм, записанный в этом формате, занимает два компакт-диска в стандарте VideoCD. Качество изображения на VideoCD-дисках находится на уровне бытовой VHS видеокассеты.

 Стандарт MPEG‑2. Выпущен в 1995 г. Пользователи сталкиваются с этим форматом компрессии видео главным образом приобретая DVD-диски с фильмами. Усовершенствования, реализованные в этом формате, в частности применение усовершенствованного алгоритма сжатия видеопотока, обеспечили DVD-фильмам значительно лучшее качество изображения, чем на VideoCD. MPEG-2 сегодня применяется также в цифровом спутниковом телевидении.

 Стандарт MPEG‑4. Разрабатывать его начали еще в первой половине 90‑х годов прошлого века. В декабре 1999 г. был представлен релиз этого формата, получивший официальный статус стандарта ISO/IEC. MPEG‑4 задумывался как способ передачи потоковых медиа-данных, в первую очередь видео, по каналам с низкой пропускной способностью. Применение более сложных алгоритмов компрессии позволило размещать полнометражные фильмы длительностью полтора-два часа в приемлемом качестве всего на одном компакт-диске. Качество изображения фильма в MPEG‑4 может быть сравнимо или даже лучше, чем в случае применения MPEG‑1 или MPEG‑2. Однако применение новых алгоритмов сжатия вызвало и существенное увеличение требований к вычислительным ресурсам.

Стандарт MPEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиа-данных для трех областей:

 собственно интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Internet);

 графических приложений (синтетического контента);

 цифрового телевидения – DTV.

Для высококачественного кодирования звука становится все более популярным формат МР3. Изначально разработанный для использования в рамках стандартов сжатия видео MPEG‑1 и MPEG‑2 он очень быстро получил распространение и в виде самостоятельного формата. Основной причиной такого расширения области применения данного формата стало сохранение высокого качества звука при больших степенях сжатия.

5.. История развития вычислительных средств и компьютеров.

Самыми первыми вычислительными приспособлениями были собственные пальцы человека. Когда этого средства оказывалось недостаточно, в ход шли камушки, палочки, ракушки. Складывая такой набор десятками, а затем и сотнями, человек учился считать и пользоваться средствами измерения чисел

Первым средством для вычисления стали изобретенные на Руси счеты.

Самым первым механическим устройством для счета, которое знает история развития вычислительной техники, стала счетная машина, которую в 1642 году построил выдающийся французский ученый Блез Паскаль. Его механический «компьютер» мог производить такие действия, как сложение и вычитание. Эту машину звали «Паскалина» и состояла она из целого комплекса, в котором устанавливались вертикально колеса с нанесенными цифрами от 0 до 9.

1654 — логарифмическая линейка, первое устройство, сделавшее вычисления быстрыми и получившее широкое распространение.

Затем в 1673 году немецкий математик Лейбниц создал устройство, которое могло не только вычитать и складывать, но также делить и умножать.

1801 — ткацкий станок Жозефа Мари Жаккара, изобретение перфокарты.

1820-е годы — арифмометр Томаса, первое механическое вычислительное устройство, получившее широкое распространение.

1822-1838 — Разностная машина Чарльза Бэббиджа, первая попытка создать программируемое вычислительное устройство.в вычислительной машине необходимо устройство, которое будет хранить числа. Причем это устройство должно не только хранить числа, но и давать команды вычислительной машине, что она должна с этими числами делать.

1888-1890 — Табулятор Холлерита, первое автоматическое вычислительное устройство, производившееся промышленными партиями. Впоследствии (1896) Герман Холлерит основывает компанию Tabulating Machine Company, в 1924 году переименованную в International Business Machines Corporation после промежуточной смены имени в 1911.

Электронные вычислительные средства

1946 — ENIAC; 1948 — Манчестерская МЭМ «Baby»; 1949 — EDSAC — первые ЭВМ.

7 апреля 1964 г. фирма IBM объявила о создании семейства компьютеров System 360 — первой серии масштабируемых компьютеров, впоследствии ставшая примером открытого стандарта, когда один производитель компьютерного оборудования мог произвести оборудование, совместимое с оборудованием другого производителя; широкое распространение System 360 де-факто установило стандарт байта, состоящего из 8 битов, и ввело в широкое употребление шестнадцатеричную систему счисления в программировании.

Теоретические разработки, нашедшие применение в персональных компьютерах

XVII век — описание Лейбницем двоичной системы счисления.

середина 1940-х — разработка архитектуры фон Неймана.

В 1964 г. Американская Ассоциация Стандартов принимает новый 7-битовый стандарт для обмена информации ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

В 1964 г. Джон Кемени и Томас Курц в Дартмутском колледже, разработали язык программирования BASIC. Этот язык программирования с различными модификациями применялся почти во всех персональных и домашних компьютерах 1970-80-х годов.

1971 — появление первого микропроцессора (процессора, помещающегося на интегральной микросхеме) Intel 4004. Этот процессор имел разрядность в 4 бита, и применялся, например, в калькуляторах или схемах управления светофорами. Из микропроцессоров 1970-х годов, нашедших применение в персональных компьютерах, стоит упомянуть 8-разрядные Intel 8080, MOS 6502, Motorola 6800 и 16-разрядные Intel 8086, Intel 8088.

В 1976 году начался кустарный выпуск Apple I — компьютера, который послужил предтечей развития одного из современных производителей персональных компьютеров, Apple Computer.

12 августа 1981 года фирма IBM представила широкой публике первую модель персонального компьютера IBM PC 5150, ставшую фактическим родоначальником современных персональных компьютеров.

6.. принципы фон Неймана построения вычислительных систем.

Архитектуру вычислительной системы (ВС) можно определить как абстрактное представление или описание физической системы, ее устройства с точки зрения пользователя этой ВС. Современные ВС всегда рассматриваются как комплекс, совокупность двух взаимодействующих компонентов: аппаратуры и программного обеспечения.

Аппаратные средства (hardware) – это все физические (механические, электронные и т.п.) элементы, из которых построена машина, а программное обеспечение (software, ПО) – это комплекс программ, ассоциирующихся с данной ВС (установленных на ВС, доступных для использования), кроме того, к ПО относится программная документация, инструкции, руководства и т.п.

Архитектура определяет логическую схему организации ВС, описывающую состав и взаимодействие основных компонентов ВС в ходе вычислительного процесса.

Принципы организации ВС с традиционной архитектурой были сформулированы Дж. фон Нейманом. Можно выделить следующие основные положения:

– Принцип программного управления: процесс обработки информации в ЭВМ (вычислительный процесс) осуществляется в соответствии с заранее составленной программой, руководствуясь естественным порядком следования команд (одна за другой, пока не встретится команда остановки).

– Наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации (шину) и память (упрощенная структура ВС показана на рис. 2.1). Процессор – это устройство, способное автоматически выполнять действия в соответствии с программой, записанной в памяти, непосредственно доступной этому устройству. Таким образом, непосредственную обработку данных осуществляет процессор, а память играет в машинах с традиционной архитектурой пассивную роль хранилища данных и программ. Эти устройства ВС являются центральными устройствами. Кроме того, в состав ВС включаются периферийные устройства (ПУ), или внешние устройства (внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства ввода/вывода (УВВ) и т.п.). Принципы организации и функционирования этих устройств описаны ниже.

– Принцип хранимой в памяти программы является следствием из описанной выше организации вычислительного устройства и распределения функций между его компонентами. Программа на время выполнения записывается в память ЭВМ (оперативную, непосредственно доступную процессору память – ОП), там же хранятся и данные, обрабатываемые этой программой в текущий момент.

– Принцип использования двоичной системы для кодирования данных и команд программы. Ранее все вычислительные машины хранили числа в десятичном виде. Дж. фон Нейман доказал преимущества двоичного кодирования для технической реализации, простоту выполнения арифметических и логических операций в двоичной системе счисления. Однако по двоичному коду команды программы невозможно отличить от данных, обрабатываемых этой программой, одни типы данных не – от других: все данные кодируются как цепочки нулей и единиц, что затрудняет разработку программ, выявление ошибок в них.

7.. Логические основы ЭВМ.

В вычислительных машинах коды нуля и единицы представляются электрическими сигналами, имеющими два различных состояния. Наиболее распространенными способами физического представления информации являются импульсный и потенциальный:

• импульс или его отсутствие;

• высокий или низкий потенциал;

• высокий потенциал или его отсутствие.

При импульсном способе отображения код единицы идентифицируется наличием электрического импульса, код нуля — его отсутствием (впрочем, может быть и наоборот). Импульс характеризуется амплитудой и длительностью, причем длительность должна быть меньше временного такта машины.

При потенциальном способе отображения код единицы — это высокий уровень напряжения, а код нуля — отсутствие сигнала или низкий его уровень. Уровень напряжения не меняется в течение всего такта работы машины. Форма и амплитуда сигнала при этом во внимание не принимаются, а фиксируется лишь сам факт наличия или отсутствия потенциала.

Вышесказанное обусловило то, что для анализа и синтеза схем в компьютере при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики, оперирующий также с двумя понятиями «истина» или «ложь».

Элементы алгебры логики

Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.

Высказывание — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности. При этом считается, что высказывание удовлетворяет закону исключенного третьего, то есть каждое высказывание или истинно, или ложно, и не может быть одновременно и истинным и ложным.

Высказывания:

• «Сейчас идет снег» — это утверждение может быть истинным или ложным;

• «Вашингтон — столица США» — истинное утверждение;

• «Частное от деления 10 на 2 равно 3» — ложное утверждение.

В алгебре логики все высказывания обозначают буквами а, b, с и т. д. Содержание высказываний учитывается только при введении их буквенных обозначений, и в дальнейшем над ними можно производить любые действия, предусмотренные данной алгеброй. Причем если над исходными элементами алгебры выполнены некоторые разрешенные в алгебре логики операции, то результаты операций также будут элементами этой алгебры.

Простейшими операциями в алгебре логики являются операции логического сложения (иначе: операция ИЛИ (OR), операция дизъюнкции) и логического умножения (иначе: операция И (AND), операция конъюнкции). Для обозначения операции логического сложения используют символы + или V, а логического умножения — символы • или /\. Правила выполнения операций в алгебре логики определяются рядом аксиом, теорем и следствий. В частности, для алгебры логики применимы следующие законы.

1. Сочетательный:

(а + b) + с = а + (b + с),

(а ∙ b) ∙ с = а ∙ (b ∙ с).

2. Переместительный:

(а + b) = (b + а),

(а∙ b) = ( b ∙ а).

3. Распределительный:

а ∙ (b + с) = а ∙ b + a ∙ с,

(а + b) ∙ с = а ∙ с + b ∙ с.

Справедливы соотношения, в частности:

а + а = а, а + b = b, если а ≤ b,

а ∙ а = а, a ∙ b = а, если а ≤ b,

а + a ∙ b = a, a ∙ b = b, если а ≥ b,

а + b = а, если а ≥ b,

а + b = b, если а ≤ b.

Наименьшим элементом алгебры логики является 0, наибольшим элементом — 1. В алгебре логики также вводится еще одна операция — отрицания (операция НЕ, инверсия), обозначаемая чертой над элементом.

По определению:

Справедливы, например, такие соотношения:

Функция в алгебре логики — выражение, содержащее элементы алгебры логики а, b, с и др., связанные операциями, определенными в этой алгебре.

Примеры логических функций:

Для любой операции, определенной в алгебре логики существуют таблицы истинности – таблицы, в которых приведены значения операции в зависимости от значений высказываний над которыми выполняется данная операция.

Поскольку таблица истинности для конъюнкции совпадает с таблицей умножения, если истинному высказыванию приписать значение '1', а ложному - '0', то сложное высказывание можно назвать произведением.

X1	X2	f1(X1,X2)
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Функция конъюнкции истинна тогда, когда истинны одновременно оба высказывания.

Дизъюнкция

Это сложное высказывание истинно тогда, когда истинно хотя бы одно высказывание, входящее в него.

X1	X2	f1(X1,X2)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Читается X1 ИЛИ X₂: часто это высказывание называют логическим сложением.

Логическая равнозначность

Это сложное высказывание истинно тогда, когда истинны или ложны одновременно оба высказывания.

Отсюда следует, что вне зависимости от смысла, равнозначными являются как истинные, так и ложные высказывания.

Например,

А=<дважды два - пять>

B=<один плюс два - шесть>

А~В равнозначны.

Импликация

Это сложное высказывание ложно только тогда, когда X₁ – истинно, а X₂ – ложно.

X1	X2	f1(X1,X2)
0	0	1
0	1	1
1	0	0
1	1	1

Читается: если X₁, то X₂. При этом X₁ – посылка, X₂ – следствие.

Из ложной посылки может следовать ложное следствие и это можно считать верным: <если Киев – столица Франции>, то <2-квадрат 3>.

Эквивалентности

В некоторых случаях сложное и длинное высказывание можно записать более коротким и простым без нарушения истинности исходного высказывания. Это можно выполнить с использованием некоторых эквивалентных соотношений.

Дизъюнкция:

х ххх...ххх= х ,

т.е. истинность высказывания не изменится, если его заменить более коротким, таким образом, это правило приведения подобных членов:

– постоянно истинное высказывание.

0 x = x

x₁ x₂ = x₂ x₁

- (переместительный) коммуникативный закон.

x₁ х₂ х₃ = (x₁ х₂) х₃ = x₁ (х₂ х₃)

- сочетательный закон.

Конъюнкция:

х ххх...ххх= х

правило приведения подобных членов:

1 x = х

0 x = 0 - постоянно ложное высказывание

x x = 0 - постоянно ложное высказывание

Сложение по mod 2

1 х =x

0 x = x

x x = 1

x xx...x = х – при нечетном числе членов, 0 - при четном числе членов

Правило де Моргана

x₁ x₂ ...x_n = x₁ & x₂& ... & x_n

x₁ x₂ ...x_n = x₁ & x₂ & ... & x_n

Докажем для двух переменных с помощью таблицы истинности:

Х1	Х2	Х1 Х2	X1 & X2
0	0	1	1
0	1	1	1
1	0	1	1
1	1	0	0

Операция поглощения:

Х XY = X или в общем виде XX*f(X,Y,Z...) = X;

Операция полного склеивания:

XY XY = X (по Y)

XY XY = Y (по Х)

Операция неполного склеивания:

XY XY = Х XYXY

8.. Виды компьютеров. Использование компьютерных технологий в бытовой технике.

Типизация по назначению

1.. Калькулятор

2.. Консольный компьютер

3. Миникомпьютер

4. Мейнфрейм

5. Персональный компьютер

5.1. Настольный компьютер

5.2. Ноутбук (Лэптоп)

5.2.1. Субноутбук

5.2.1.1.Нетбук

5.2.1.2.Смартбук

5.3. Планшетный компьютер

5.3.1. Планшетный ПК

5.3.1.1. Тонкий ПК (Slate PC)

5.3.1.2.Ультрамобильный ПК

5.3.2. Интернет-планшет

5.3.3. Электронная книга (устройство)

5.4. Игровая приставка (Игровая консоль)

5.5. Карманный компьютер (КПК)

5.6. Коммуникатор

5.7. Смартфон

5.8.Надеваемый компьютер (носимый компьютер)

6. Рабочая станция

7. Сервер

8. Суперкомпьютер

Применение компьютеров

Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»).

Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.

Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бо́льшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.

Наконец, компьютеры развились настолько, что стали главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров — навигация в Интернете и игры.

Современные суперкомпьютеры используются для моделирования сложных физических и биологических процессов. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.

Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект — применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач — игры, машинный перевод текста, экспертные системы

9. Архитектура персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) – это, как и всякая ЭВМ, комплекс взаимосвязанных электронных и электромеханических автоматических программно управляемых устройств для хранения, обработки и обмена информацией. Но, в отличие от больших ЭВМ (мэйнфреймов), персональный компьютер является «настольным».