Урок 17Хранение и передача информации (§§ 7, 8)

§ 6. Представление текста, изображения и звука в компьютере

В этом параграфе обсудим способы компьютерного кодирования текстовой, графической и звуковой информации. С текстовой и графической информацией конструкторы «научили» работать ЭВМ, начиная с третьего поколения (1970-е годы). А работу со звуком «освоили» лишь машины четвертого поколения, современные персональные компьютеры. С этого момента началось распространение технологии мультимедиа.

Что принципиально нового появлялось в устройстве компьютеров с освоением ими новых видов информации? Главным образом, это периферийные устройства для ввода и вывода текстов, графики, видео, звука. Процессор же и оперативная память по своим функциям изменились мало. Существенно возросло их быстродействие, объем памяти. Но как это было на первых поколениях ЭВМ, так и осталось на современных ПК — основным навыком процессора в обработке данных является умение выполнять вычисления с двоичными числами. Обработка текста, графики и звука представляет собой тоже обработку числовых данных. Если сказать еще точнее, то это обработка целых чисел. По этой причине компьютерные технологии называют цифровыми технологиями.

О том, как текст, графика и звук сводятся к целым числам, будет рассказано дальше. Предварительно отметим, что здесь мы снова встретимся с главной формулой информатики:

Смысл входящих в нее величин здесь следующий: i — разрядность ячейки памяти (в битах), N — количество различных целых положительных чисел, которые можно записать в эту ячейку.

Использование бумажных носителей информации

Носителем, имеющим наиболее массовое употребление, до сих пор остается бумага. Изобретенная во II веке н. э. в Китае бумага служит людям уже 19 столетий.

Для сопоставления объемов информации на разных носителях будем пользоваться единицей — байтом, считая, что один знак текста «весит» 1 байт. Нетрудно подсчитать информационный объем книги, содержащей 300 страниц с размером текста на странице примерно 2000 символов. Текст такой книги имеет объем примерно 600 000 байтов, или 586 Кб. Средняя школьная библиотека, фонд которой составляют 5000 томов, имеет информационный объем приблизительно 2861 Мб = 2,8 Гб.

Что касается долговечности хранения документов, книг и прочей бумажной продукции, то она очень сильно зависит от качества бумаги, красителей, используемых при записи текста, условий хранения.

Интересно, что до середины XIX века (с этого времени для производства бумаги начали использовать древесину) бумага делалась из хлопка и текстильных отходов — тряпья. Чернилами служили натуральные красители. Качество рукописных документов того времени было довольно высоким, и они могли храниться тысячи лет. С переходом на древесную основу, с распространением машинописи и средств копирования, с началом использования синтетических красителей срок хранения печатных документов снизился до 200-300 лет.

На первых компьютерах бумажные носители использовались для цифрового представления вводимых данных. Это были перфокарты: картонные карточки с отверстиями, хранящие двоичный код вводимой информации. На некоторых типах ЭВМ для тех же целей применялась перфорированная бумажная лента.

Информация в информатике

Понятие данного термина в информатике имеет целый ряд свойств. К таким свойствам относятся следующие:

Информация является особым видом ресурсов, который обладает свойствами, характерными именно для него. К таким свойствам относятся следующие:

• Стираемость,
• Запоминаемость,
• Преобразуемость,
• Передаваемость,
• Воспроизводимость.

Рассмотрим каждое из данных свойств более подробно.

1. Запоминаемость является одним из самых главных свойств данных. Запоминаемую информацию принято называть макроскопической. При этом имеются в виду пространственные масштабы запоминающей ячейки, а также время запоминания. С макроскопическими данными люди имеют дело на реальной практике.
2. Передача происходит с помощью специальных каналов связи, в том числе и с помехами. Передаваемость хорошо исследована на основе теории Шеннона. В этом случае имеется в виду немного другой аспект, заключающийся в способности сведений к их копированию, таким образом, она может быть запоминающейся другой макроскопической системой, одновременно с этим оставаясь тождественной самой себе. Становится очевидным, что при копировании количество данных не будет возрастать.
3. Говоря о воспроизводимости сведений, необходимо отметить, что она тесно связывается с ее передаваемостью, но не относится к ее независимому базовому свойству. Если же под передаваемостью имеется в виду, что не стоит считать существенными пространственные отношения между отдельными частями системы, среди которых передаются данные, то воспроизводимость характеризуется неиссякаемостью и неистощаемостью сведений, то есть во время копирования сведений будет оставаться тождественной самой себе.
4. Преобразуемостью называется фундаментальное свойство данных. Она подразумевает то, что сведения могут сами поменять форму и способ своего существования. Копируемость при этом является разновидностью преобразования сведений, но ее количество при этом не меняется. Говоря об общем случае, стоит отметить, что количество данных в процессе преобразования будет меняться, но не будет возрастать.
5. Стираемость тоже относится к независимому свойству сведений. Стираемость связана с таким преобразованием данных, во время которого ее количество снижается или становится равным нулю.

Примеры передачи цифрового и аналогового сигналов

Цифровые технологии постепенно теснят аналоговые и уже широко используются во всех сферах жизни. Зачастую мы просто не замечаем этого, а цифра окружает повсюду.

Вычислительная техника

Первые аналоговые вычислительные машины созданы ещё в 30-е годы ХХ века. Это были достаточно примитивные устройства, для выполнения узкоспециализированных задач. Аналоговые компьютеры появились в 1940-е, а широкое применение получили в 1960-е годы.

Постоянно совершенствовались, но с ростом объёма обрабатываемой информации постепенно уступили место цифровым устройствам. Аналоговые компьютеры хорошо приспособлены для автоматического контроля производственных процессов, из-за моментального реагирования на изменения входящих данных. Но скорость работы невысока и объём данных ограничен. Поэтому аналоговые сигналы применяются только в некоторых локальных сетях. В основном это контроль и управление производственными процессами. Где исходной информацией служат температура, влажность, давление, скорость ветра и подобные данные.

В некоторых случаях к помощи аналоговых компьютеров прибегают при решении задач, где точность обмена данными вычислений, не важна как для цифровых электронно-вычислительных машин.

В начале 21 века аналоговый сигнал уступил цифровым технологиям. В вычислительной технике смешанные цифровые и аналоговые сигналы применяют только для обработки данных на основе некоторых микросхем.

Звукозапись и телефония

Виниловая пластинка и магнитная лента два ярких представителя аналогового сигнала для воспроизведения звука. Оба по-прежнему выпускаются и пользуются спросом некоторых ценителей. Многие музыканты считают, что только записав альбом на плёнку можно добиться сочного настоящего звучания. Меломаны любят послушать диски с характерными шумами и потрескиваниями. С 1972 года выпускались магнитофоны осуществляющие цифровую запись на магнитную ленту, но распространения не получили из-за дороговизны и больших габаритов. Применяются только в профессиональной звукозаписи.

Ещё один пример аналогового и цифрового сигналов в звукозаписи – микшеры и синтезаторы звука. В основном используются цифровые устройства, а применение аналоговых вызвано привычками и предрассудками. Считается, что цифровая запись до сих пор не добилась того эффекта всеохватывающей передачи музыки. И он присущ только аналоговому сигналу.

Хранение информации

Хранение информации по своему существу является одним из трех информационных процессов, в ходе которого полученная информация остается неизменной в пространстве и времени.

Хранение информации не может осуществляется без физического носителя. Это правило. Если вы вдруг захотели возразить и сказать а как же наше мысли? мы храним их в голове! На самом деле и у них есть физический носитель — клетки нашего головного мозга.

Более подробно про материальные носители информации читайте тут

Носитель информации — физическое хранилище информации.

Информационные носители бывают совершенно разных видов. они могут быть

веществом (жидкость, газ), волной (электромагнитной, акустической даже гравитационной) и материальным объектом (книжка, например)

Наш пример выше с офисным работягой, Колей, показал нам все перечисленные виды носителей информации. Бумажный отчёт (материальный носитель информации), клетки головного мозга Коли (можно считать за вещество), и кратковременным носителем была волна в виде голоса шефа, который говорит перенести отчёт на компьютер.

В свою очередь информационные носители делят на два вида — это внутренние и внешние, внутренние как пямять человека должна работать быстро, и оперативно воспроизводить необходимую информацию. Задача внешних, хранить информацию на долговременный срок на длительной дистанции.

Информацию на каких либо внешних носителях лучше хранить таким образом чтобы её (информацию) можно было найти достаточно быстро если это потребуется. Для обеспечения этой возможности информацию лучше всего упорядочивать по алфавиту, виду информации (картинка, звуковая запись и т.д.) времени создания и другим различным отличительным чертам. Совокупность внешних носителей собранные все вместе в можно назвать кластером информации или Хранилищем информации. Хранилища информации бывают очень разных видов. к ним можно отнести различные библиотеки, электронные и обычные архивы. То сколько может информации поместиться на носитель информации означает информационную емкость носителя. Информационная емкость флешки на 32 гб составляет — вы удивитесь! 32 гб.

Как и количество информации в сообщениях информационная емкость любого носителя (даже книги) измеряется в минимальной единице измерения информации, битах.

Далее давайте перейдем к обработке информации.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Что такое информация?

Под «информацией» (от лат. informatio — изложение, разъяснение) принято понимать сведения о событиях, явлениях, предметах, являющихся объектом ряда операций: передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования.

Во всем многообразии окружающего нас мира мы постоянно сталкиваемся с информацией и процессами ее передачи и хранения. Так, органы чувств человека занимаются сбором информации об окружающем внешнем мире, а его нервная система передает эту информацию в головной мозг, который ее перерабатывает, а затем рассылает (распределяет) в виде «приказов», также являющихся информацией, по нервным волокнам (линиям связи) в мышцы.

Аналогично информация передается в любой организации, где совместно трудится множество людей, в виде приказов, распоряжений и других указаний, т. е. без чего невозможна деятельность большого коллектива. Перечень подобных примеров можно продолжать и дальше. Однако и так ясно, что задачи сбора, передачи, преобразования информации очень важны в различных областях человеческой деятельности, в том числе в системах электросвязи (телекоммуникаций).

В ряде случаев понятие информации отождествляется с понятием «данные», что находит широкое применение в системах цифровой связи.

В целом информацию можно трактовать как совокупность знаний человека об окружающем его мире.

Системы электросвязи предназначены для передачи информации от источника сообщений, находящегося в некоторой точке пространства, потребителю (получателю) сообщения, который находится в другой точке. Использованное в этом определении понятие сообщения наряду с понятием информации широко применяется в теории электрической связи.

Различные типы звука

Как вы узнали в самом начале, звук делится на полезный и мешающий (не полезный). Это разделение можно уточнить, дополнительно вводя в качестве категорий тон, звон, шум и взрыв (удар).

Тон — это синусоидальное колебание, т.е. синусоидальный сигнал. Если вы, например, ударите по вилочному камертону, то получите один гармонический тон. Он показывает, является ли звук высоким, как у скрипки, или низким , как звук большого барабана. Физической величиной, характеризующей высоту тона, является частота колебаний звуковой волны. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Отметим, что связь между высотой звука и частотой звуковой волны впервые установил Г. Галилей.

Рис. 3. Синусоидальный сигнал одного тона

Звон производит периодический, но несинусоидальный сигнал. Когда вы играете песню на гитаре, вы издаете такой звон.

Рис. 4. Периодический сигнал звона, например, при игре на гитаре

Шум — это непериодический и несинусоидальный сигнал. Например, шум создают машины и транспортные средства. Шумы создаются в результате накопления колебаний разных частот. Источниками шумов могут быть промышленные предприятия, бытовые приборы, различные машины. Шумы вредно влияют на здоровье человека и животных. Длительное воздействие шумов приводит к нарушению работы центральной нервной системы, вызывает головокружение, влияет на работу сердца.

Рис. 5. Сигнальная характеристика шума. Она не является ни периодической, ни синусоидальной.

В результате удара возникает сильный амплитудный максимум, который затем быстро затухает. Если вы выстрелите фейерверком в воздух или выстрелите из пистолета-пулемета, вы услышите такой удар.

Рис. 6. Сигнальная кривая взрыва (удара). Она имеет большую амплитуду в начале и быстро затухает.