Информатика
.pdf
Каждому символу ставится в соответствие определенный двоичный код. С помощью кодовой таблицы обеспечивается взаимно однозначное соответствие набора символов и набора кодов. Разработаны и используются различные кодовые таблицы. Например, в приложениях, входящих в состав интегрированного пакета Microsoft Office используется кодировка Unicode 3.0.
Можно посмотреть коды различных символов, выполняя команду Вставка/Символ … в текстовом процессоре Microsoft Word или Вставка/Специальные символы …в OpenOffice.org Write (рисунки 2.2, 2.3).
Рисунок 2.2 – Фрагмент кодовой таблицы (Microsoft Word)
11
Рисунок 2.3 – Фрагмент кодовой таблицы (OpenOffice.org Write)
В современных кодовых таблицах для кодирования одного символа используют 2 байта (16 бит), что обеспечивает получение 2 16 = 65 536 различных кодов. Такого количества кодов хватает для кодирования символов национальных алфавитов, цифр, знаков математических операций, специальных символов.
Выделенная конечная последовательность символов образует текстовую строку. Кодирование текстовой строки возможно двумя способами: 1) указание длины строки (числа символов), запись последовательности символов; 2) запись последовательности символов, запись раздела строк.
Текстовые документы – это форматированная последовательность символов, разбитых на разделы, страницы, абзацы, строки. Требуемое структурирование достигается использованием специальных текстовых меток (маркеров, тегов), которые записаны вместе с основным текстом, но отображаются только при выборе специальных режимов.
2.8Кодирование графических данных
Применяют два основных способа представления изображений.
Векторный – изображение формируется из линий, векторов, точек, которые описываются математическими соотношениями. Можно также указывать область внутри или вовне замкнутого контура. Каждый элемент обладает своим цветом и яркостью.
На рисунке 2.4 показаны объекты, построенные с помощью инструментов Панели рисования Microsoft Office, на рисунке 2.5 с помощью Функций рисования OpenOffice.org.
Прямоугольник,
стрелка и звезда. И выноска!
Рисунок 2.4 – Элементы векторной графики в Microsoft Office
12
Рисунок 2.5 – Элементы векторной графики в OpenOffice.org |
Количество цветов для элементов векторной графики относительно невелико, для их кодирования хватает одного байта. Это в полной мере покрывает потребности деловой графики (диаграммы, графики, схемы и т.п.).
Характерно, что при изменении (увеличении) масштаба отображения объектов векторной графики качество изображения не ухудшается. Проверьте это самостоятельно.
Объекты векторной графики можно легко наложить друг на друга (рисунки 2.4, 2.5), изменить их порядок.
Растровый – изображение формируется в виде множества элементов (пикселей) заданного размера. Каждый пиксель характеризуется цветом и яркостью.
Произвольный цвет элемента формируется за счет сложения 3 базовых цветов (раздел 3). В режиме, который называют полноцветным (True Color), для кодирования каждого из
трех базовых цветов используют 8 двоичных разрядов (всего - 24 разряда). Это обеспечивает 16,7 млн. распознаваемых цветов, что близко к параметрам человеческого зрения.
Если не требуется такое высокое качество цветовоспроизведения, то используют режим High Color, в котором для кодирования одной точки растра используется 2 байта (16 разрядов). Отображаемое количество цветов в этом режиме составляет 2 16 , или более 65,5 тысяч цветов.
Объем памяти для хранения графических данных может быть достаточно большим. Яркость и цвет объектов в общем случае изменяются непрерывно, это – аналоговые
величины. При их кодировании происходит преобразование непрерывно изменяющейся величины в дискретную, приближенная замена аналогового сигнала цифровым.
При увеличении размера растрового изображения размеры каждой точки (пикселя) также возрастают, качество изображения ухудшается. В этом легко убедиться, просматривая цифровую фотографию в различном масштабе.
2.9 Цифровое кодирование звуковых сигналов
Наглядное представление о цифровом кодировании аналоговых сигналов может быть дано на примере двоичного кодирования звуковых сигналов.
Звук – продольная волна в упругой среде (например, в воздухе) – преобразуется с помощью микрофона в электрический сигнал (напряжение или ток), непрерывно изменяющийся во времени. Электрический сигнал измеряется на фиксированных интервалах
времени ti, его значения выбираются из заданного множества yi. Такое преобразование выполняется аппаратно с помощью аналого-цифровых преобразователей. Полученный импульсный сигнал (данные) может быть обработан с помощью СВТ (рисунок 2.6).
13
Источник |
Микрофон |
|
АЦП |
|
Компьютер |
|
звука |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.6 – Условная схема преобразования звуковой волны в импульсный сигнал |
||||||
Процесс выборки сигнала в определенные моменты времени называют дискретизацией, а |
||||||
замена непрерывного множества значений сигнала на конечное множество – квантованием |
||||||
(рисунок 2.7). |
|
|
|
|
|
|
1,2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
Шаг квантования |
|
|
0,4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
-0,2 0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
-0,4 |
|
|
|
|
|
|
-0,6 |
|
Шаг дискретизации |
|
|
|
|
-0,8 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
-1,2 |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.7 – Схема дискретизации (во времени) и квантования (по уровню) |
||||||
|
|
непрерывного сигнала |
|
|
||
Чем чаще производится выборка, чем меньше шаг квантования, тем точнее будет передан исходный сигнал. Однако при этом растет цена оборудования и объем памяти, необходимый для хранения данных. Например, для записи хранения стереосигнала (2 канала) продолжительностью 1 с при частоте дискретизации 44,1 кГц и 16–битном квантовании (динамический диапазон сигнала 216) потребуется
2 (канала)•44 100 (1/с)•2 (байт)•1 (с) = 176 400 (байт).
Такие параметры используют для аудиозаписи музыкальных произведений.
Для записи речи с помощью диктофона может быть достаточно частоты дискретизации примерно 8 кГц и числа шагов квантования 255 (1 байт). Для записи речи продолжительностью 1 с потребуется
8 000 (1/с)•1 (канал) •1 (с) = 8 000 (байт).
Значит, на том же носителе продолжительность записи может быть в 20 с лишним раз больше. На практике используют более сложные алгоритмы оцифровки аналоговых сигналов.
Кроме того, применяют специальные методы сжатия данных. Это позволяет более рационально использовать устройства хранения данных.
14
2.10 Единицы измерения и хранения данных
Различные типы данных, используемых в информатике, имеют универсальное представление в виде двоичных кодов. Поэтому единицы измерения количества данных основываются на универсальном двоичном представлении.
Наименьшей единицей двоичного представления является бит (двоичный разряд). Например, запись 10101 содержит 5 бит, 01111011 – 8 бит.
Однако более удобно использовать группы взаимосвязанных битов. Группа из восьми взаимосвязанных битов образует байт. В настоящее время понятие байта является универсальным и машинно-независимым.
Во многих случаях используют не восьмиразрядное, а шестнадцать и более разрядов. Группа из двух взаимосвязанных байтов называется словом.
Наименьшей единицей измерения данных является байт. Для удобства отображения большого количества данных используют производные единицы:
1 килобайт = 1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт; 1 мегабайт = 1 Мбайт = 210 Кбайт = 220 байт = 1 048 576 байт; 1 гигабайт = 1 Гбайт = 210 Мбайт = 230 байт; 1 терабайт = 1 Тбайт = 210 Гбайт = 240 байт.
Часто условно считают, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Для приближенных инженерных оценок это может быть приемлемо, но надо помнить, что погрешность составляет примерно 2,5 %.
Для более крупных единиц погрешность такого рода приближений растет и может быть недопустимо большой. При приближенной замене 1 Мб на 1000 Кбайт погрешность составит уже почти 5%.
При хранении данных на различных носителях решаются две основных задачи: 1) данные должны занимать возможно меньший объем; 2) необходимо обеспечить удобный и быстрый доступ к данным.
В качестве единицы хранения данных используют файл – последовательность произвольного числа байтов, которая имеет собственное уникальное имя. Хранению подлежат не только собственно данные, но и некоторые параметры файла.
Размер файла определяется не только объемом содержащихся в нем данных, но и способом их размещения на носителе. Кроме того, файл хранит служебную информацию, объем которой определяется конкретным приложением, в котором создан файл. Например, файл Microsoft Word, состоящий из одной пустой страницы, занимает на диске 26 Кбайт, такой же размер имеет аналогичный файл OpenOffice.org Writer. Однако при вставке одного и того фрагмента текста размер файла Microsoft Word составил 45 Кбайт, файл OpenOffice.org Writer – 38 Кбайт.
Следует помнить, что полным именем файла является его уникальное имя вместе с путем доступа к файлу. Поэтому на одном носителе не может быть нескольких файлов с одинаковыми именами.
Контрольные вопросы
1.Назовите причины возникновения сигналов. Приведите примеры сигналов.
2.Почему и как возникают данные? Приведите примеры данных из своей профессиональной сферы деятельности.
3.Что может выступать носителем данных? Перечислите носители данных для непосредственного использования в персональном компьютере.
4.Что означает термин «методы обработки данных»? Приведите примеры данных и методов их обработки.
5.Приведите пример информации об объекте как продукта взаимодействия данных и методов.
6.Перечислите единицы измерения данных и взаимосвязь между ними.
15
7.Почему возникает необходимость кодирования чисел, символов естественных языков, текстов, графических изображений?
8.Приведите схему оцифровки аналогового сигнала.
9.Что такое «позиционная система счисления»?
10.Поясните на примере перевод двоичного кода числа в десятичный.
11.Поясните на примере перевод десятичного кода числа в двоичный.
12.Как формируется растровое и графическое изображения?
13.Подсчитайте число пикселей экрана монитора компьютера, которым Вы пользуетесь.
14.Оцените это число в битах, байтах, килобайтах.
16