Билет № 4
Вся информация, которую обрабатывает компьютер должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: кодирование и декодирование.
Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.
Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.
С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:
0 – отсутствие электрического сигнала;
1 – наличие электрического сигнала.
Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.
Вам приходится постоянно сталкиваться с устройством, которое может находится только в двух устойчивых состояниях: включено/выключено. Конечно же, это хорошо знакомый всем выключатель. А вот придумать выключатель, который мог бы устойчиво и быстро переключаться в любое из 10 состояний, оказалось невозможным. В результате после ряда неудачных попыток разработчики пришли к выводу о невозможности построения компьютера на основе десятичной системы счисления. И в основу представления чисел в компьютере была положена именно двоичная система счисления.
Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.
Аналоговый и дискретный способ кодирования
Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые — зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее.
Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.
Приведем пример аналогового и дискретного представления информации. Положение тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и У. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из определенного диапазона, а при движении по лестнице — только определенный набор значений, причем меняющихся скачкообразно.
Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).
Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.
Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.
Кодирование растровых изображений
Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель — минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.
В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Для 16 цветов – 4 бита.
Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).
Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный ( R ed), зеленый ( G reen), синий ( B lue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.
Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.
Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.
Дискретное (цифровое) представление видеоинформации
В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов.
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 дискретная 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.
При использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получается слишком большой. Способ уменьшения объема видео: первый кадр запоминается целиком (ключевой), а в следующих сохраняются только отличия от начального кадра (разностные кадры).
16. Основные логические операции
Для описания того, как функционируют аппаратные средства компьютера очень удобен математический аппарат алгебры логики, поскольку основной системой счисления в компьютере является двоичная, в которой используются цифры 1 и 0, а значений логических переменных тоже два: «1» и «0».
Из этого следует, что одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и логических переменных.
Логика – это наука о формах и способах мышления.
Основы формальной логики заложил древнегреческий мыслитель Аристотель.
Логические переменные в алгебре логики обозначаются прописными латинскими буквами, которые могут принимать лишь два значения: «истина» (1) и «ложь» (0).
Логическое умножение (конъюнкция) «И» AÙB
AÙB истинно тогда и только тогда, когда оба высказывания A и B истинны.
Логическое сложение (дизъюнкция) «ИЛИ» AÚB
AÚB ложно тогда и только тогда, когда оба высказывания A и B ложны.
Логическое отрицание (инверсия) «НЕ» ØA,( )
Логическое отрицание (инверсия) делает истинное выражение ложным и, наоборот, ложное – истинным.
Таблица истинности для основных логических функций
| A | B | AÙB конъюнкция | AÚB дизъюнкция | AØ инверсия |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
17. Логические элементы ЭВМ
Логический элемент компьютера – это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.
Логический элемент – простейшая структурная единица ЭВМ – выполняющая определенную логическую операцию над двоичными переменными согласно правилам алгебры логики.
Реализуется обычно на электронных приборах (полупроводниковых диодах, транзисторах) и резисторах, либо в виде интегральной микросхемы; имеет несколько входов для приема сигналов, соответствующих исходным переменным, и выход для выдачи сигнала, соответствующего результату операций. Для логических элементов приняты дискретные значения входных и выходных сигналов («0» и «1»).
Базовые логические элементы ЭВМ реализуют три основные логические операции:
конъюнктор – логический элемент «И» логическое умножение;
дизъюнктор – логический элемент «ИЛИ» логическое сложение;
инвертор – логический элемент «НЕ» инверсию.
Поскольку любая логическая операция может быть представлена в виде комбинации трех основных, любые устройства компьютера, производящие обработку или хранение информации, могут быть собраны из базовых логических элементов, как из «кирпичиков».
Логические элементы компьютера оперируют с сигналами, представляющими собой электрические импульсы. Есть импульс – логический смысл сигнала 1, нет импульса – 0. На входы логического элемента поступают сигналы-значения аргументов, на выходе появляется сигнал-значение функции.
Преобразование сигнала логическим элементом задается таблицей состояния, которая фактически является таблицей истинности, соответствующей логической функции.
Конъюнктор
Конъюнкция – соответствует союзу «И», обозначается знаком Ù, иначе называется логическим умножением. Конъюнкция двух логических переменных истинна тогда и только тогда, когда обе переменные истинны.
Т аблица истинности
функции логического умножения:
| A | B | F=A/B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Конъюнктор (логический элемент «И») – реализует операцию конъюнкции.
На входы А и В логического элемента «И» подаются два сигнала (00, 01, 10, 11). На выходе получается сигнал 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности операции логического умножения.
Дизъюнктор
Дизъюнкция – соответствует союзу «ИЛИ», обозначается знаком Ú, иначе называется логическим сложением. Дизъюнкция двух логических переменных истинна тогда, когда истинна хотя бы одна переменная.
Т аблица истинности
функции логического сложения:
| A | B | BÚF=A |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Дизъюнктор (логический элемент «ИЛИ») – реализует операцию дизъюнкции.
На входы А и В логического элемента «ИЛИ» подаются два сигнала (00, 01, 10 или 11). На выходе получается сигнал 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности операции логического сложения.
Инвертор – логический элемент «НЕ»
Присоединение частицы «НЕ» к высказыванию называется операцией логического отрицания или инверсией.
Логическое отрицание (инверсия) делает истинное выражение ложным и, наоборот, ложное – истинным.
Операцию логического отрицания (инверсию) над логическим высказыванием A в алгебре логики принято обозначать ØA.
Т аблица истинности
функции логического отрицания:
| A | AØF= |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Инвертор – реализует операцию отрицания, или инверсию.
На вход А логического элемента подается сигнал 0 или 1. На выходе получается сигнал 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности инверсии.
Другие логические элементы построены из этих трех простейших и выполняют более сложные логические преобразования информации. Сигнал, выработанный одним логическим элементом, можно подавать на вход другого элемента, это дает возможность образовывать цепочки из отдельных логических элементов.
Представление видеоинформации в компьютере
Чтобы получить эффект движения на экране монитора, используют технологию быстрой смены неподвижных картинок. Известно, что при смене более (10) кадров за (1) секунду человек воспринимает эти изменения как непрерывные.
Частота кадров в секунду — это количество неподвижных изображений, которые сменяют друг друга при показе одной секунды видео и создают эффект движения объектов на экране.
Представление аудио и видео данных в ПК.
Форма представления данных определяется их конечным предназначением. В зависимости от этого данные имеют внутреннее и внешнее представление. Внутреннеепредставление (Для ПК) данных определяется физическими принципами, по которым происходит обмен сигналами, принципами организации памяти, логикой работы ПК в целом. Внутреннее представление данных является дискретным, т.е. цифровым, причем любые данные для обработки ПК представляются последовательностями двух целых чисел – единицы и нуля. Такая форма представления данных получила название двоичной. Во внешнемпредставлении (для пользователя) все данные хранятся в виде файлов.Файл – область памяти на внешнем носителе, которой присвоено имя. Простейшими способами внешнего представления данных являются: Неподвижныеизображения – это векторная и растровая графика, Векторная и растровая графика включают изображения, полученные путем оцифровки с помощью различных плат захвата, грубберов, сканеров, а также созданные на компьютере или закупленные в виде готовых банков изображений.Анимация — это синтез динамических изображений, создающий иллюзию непрерывного движения на экране монитора. Звук — Оцифровка звукового сигнала проводится условно в два этапа, первый из которых дискретизация (по частоте или времени), а второй – квантование (по амплитуде). При выводе звука из компьютера реализуется обратный процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Видео — это множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуальногоматериала, а также распространённое название для собственно видеоматериала, телесигнала или кинофильма, в том числе записанного на физическом носителе. Все эти данные для ввода в ПК должны быть некоторым универсальным образом представлены в виде набора целых чисел, т.е. преобразованы в формат внутреннего представления ПК.
Область применения мультимедиа.
Деловая сфера:редакционная деятельность; интерактивное обучение; информационные и рекламные листки; демо-версии; интерактивные презентации; Internet. Образование: Министерство образования и науки высшего образованию России в последнее время уделяет все больше внимание обучающим программам. Различного уровня центры интерактивных средств обучения разрабатывают мультимедиа учебники по естественным, гуманитарным и техническим циклам: курсы лекций, методические пособия, учебники, энциклопедии, учебные пособия, атласы географические и т.д.Дистанционное обучение. Развлечения, игры, фильмы. В сфеpе бизнеса фирмы по пpодажам различных товаров используют технологию мультимедиа для создания каталогов имеющегося и производимого товара – покупатель может увидеть на экpане, например, дом в pазных pакуpсах, совеpшить интеpактивную видеопpогулку по всем помещениям, ознакомиться с планами и чертежами.
Представление текстовых данных в ПК
Текстовые данные — представление информации в вычислительной системе в виде последовательности печатных символов. Часто текстовые данные понимаются в более узком смысле — как текст на каких-либо языках, который может быть прочитан и понят человеком.
Текстовому формату противопоставляются «двоичные данные», информация в которых закодирована произвольным образом, не рассчитанном на восприятие человеком.Для большей части компьютерного оборудования и программ неважно,являются ли данные текстовыми. Однако многие сетевые протоколы рассчитаны на работу только с текстовыми данными и не могут обрабатывать произвольную последовательность байтов. Также, некоторые программы обрабатывают текстовые и двоичные данные по-разному, а некоторые предназначены для обработки именно текстовых данных. Программы для создания и редактирования текстовых данных называются текстовыми редакторами.
Представление числовых данных в ПК.
Для представления информации в памяти ЭВМ используется двоичный способ кодирования.Элементарная ячейка памяти ЭВМ имеет длину 8 бит. Каждый байт имеет свой номер. Наибольшую последовательность бит, которую ЭВМ может обрабатывать как единое целое, называют машинным словом.Для кодирования символов достаточно одного байта. При этом можно представить 256 символов. Набор символов персональных ЭВМ, совместимых с PC, чаще всего является расширением стандартного американского кода для обмена информацией. В настоящее время используются и двухбайтовые представления символов.В некоторых случаях при представлении чисел в памяти ЭВМ используется смешанная двоично-десятичная система счисления, где для хранения каждого десятичного знака нужен полубайт и десятичные цифры от 0 до 9.
Представление аудио и видео данных в ПК.
Для записи, хранения и воспроизведения звука и музыки используются музыкальные файлы в различных форматах.В настоящее время стандартом стали два формата: Microsoft RIFFи SMF.Первый содержит оцифрованный звук, а второй – партитуру для MIDI-инструментов. Поэтому WAV-файл на всех аудиокартах, поддерживающий нужный формат, разрядность и частоту оцифровки, звучит совершенно одинаково, а MID-файл в общем случае по-разному.Кроме названных форматов, на практике используется ряд других форматов: mp3 – формат звуковых файлов, один из наиболее популярных на сегодняшний день.При кодировании файлов применяется психоакустическая компрессия, при которой из мелодии удаляются звуки, не воспринимаемые человеческим ухом. Предшествующие версии – .mp1, .mp2 обеспечивали худшую компрессию, но были менее требовательны к ресурсам ПК. При этом характеристики процессора напрямую влияют на качество звучания: чем слабее процессор, тем больше искажения звука.
Растровая графика.
Для оцифровки графических изображений при растровом представлении вся область данных разбивается на множество точечных элементов – пикселей, каждый из которых имеет свой цвет. Совокупность пикселей называется растром, а изображения, которые формируются на основе растра, называются растровыми.Число пикселей по горизонтали и вертикали изображения определяет разрешение изображения. Стандартными являются значения 640×480, 800×600, 1024×768, 1280×1024 и др. Каждый пиксель нумеруется, начиная с нуля, слева направо и сверху вниз.Очевидно, что чем больше разрешение, тем точнее будут формироваться графические контуры, при этом естественно возрастает количество пикселей. Увеличение разрешения по горизонтали и вертикали в два раза приводит к увеличению числа пикселей в четыре раза. Основным недостатком растровой графики является большой объем памяти, требуемый для хранения изображения. Это объясняется тем, что запоминается цвет каждого пикселя, общее число которых определяется заданным разрешением, определяющим качество представления графических данных. Еще один недостаток связан с невозможностью масштабирования рисунка для рассмотрения его деталей. Изображение становится размытым.
Векторная графика.
При векторном представлении графических данных задается и впоследствии сохраняется математическое описание каждого графического примитива – геометрического объекта, из которых формируется изображение.В растровой графике линия – это комбинация точек и каждой точке отводится одна или несколько ячеек памяти и чем длиннее растровая линия, тем больше памяти она занимает.В векторной графике объем памяти не зависит от размеров, линии. Линия при векторном изображении представляется в виде нескольких параметров. Что бы ни делали с этой линией, меняются только ее параметры, хранящиеся в ячейках памяти. Количество же ячеек остается неизменным для любой линии. Т.е. для воспроизведения той же линии достаточно запомнить положение ее начала и конца. Благодаря этому, для хранения векторных графических данных требуется значительно меньше памяти.Линия – это элементарный объект векторной графики. Все изображения можно представить в виде линий. Отсюда еще одно название векторной графики – объектно-ориентированная графика.Основным недостатком векторной графики является невозможность работы с высококачественными художественными изображениями, фотографиями и фильмами, поэтому основной сферой применения векторной графики является представление в электронном виде чертежей, схем, диаграмм и т.п.
Фрактальная графика.
Фрактальная графика, как и векторная — вычисляемая, но отличается от нее тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению, поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Фрактальными свойствами обладают многие объекты живой и неживой природы. Обычная снежинка, многократно увеличенная, оказывается фрактальным объектом. Фрактальные алгоритмы лежат в основе роста кристаллов и растений. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.
Дата добавления: 2018-05-13 ; просмотров: 487 ; Мы поможем в написании вашей работы!
