Представление и преобразование информации в ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Информатика - это отрасль знаний, изучающая общие свойства и структуру научной информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использование в различных областях человеческой деятельности, в том числе с помощью компьютеров и программ обработки информации.

Задачи накопления (хранения), обработки и передачи информации стояли перед человечеством на всех этапах его развития. Каждому этапу соответствовал определенный уровень развития средств информационного труда, прогресс развития которых всякий раз придавал человеческому обществу новое качество. Ранее были выделены основные этапы обращения с информацией, и они являются общими для всех наук при обработке информации с помощью ЭВМ. Научным фундаментом для их решения стала такая наука, как информатика.

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.



Представление и преобразование информации в ЭВМ

В связи с информационной обработкой, будем делать четкое различие между информацией, то есть абстрактным содержанием значения, и ее представлением (внешней формой). В связи с выяснением понятия информации особенно выявляется своеобразие представления информации: без соответствующего соглашения об установлении значения все представления информации не имеют определенного смысла, то есть содержания. Только предписывание определенного значения переводит представление в информацию. Это становится особенно понятным при рассмотрении древних надписей и рисунков, смысл которых пока неизвестен.

Многие формы представления информации допускают различное толкование. Так, слово "green", рассматриваемое как последовательность литер, является последовательностью трех литер: «g», «r», «e», «n». Литеры мы можем интерпретировать акустически и тем самым заменить эту последовательность литер произнесенным словом. Это возможно, если мы знаем фонетическое значение букв - даже в том случае, когда значение самого слова нам неизвестно. В английском языке со словом "green" в качестве его значения связывают цвет. Если это слово связывается со светофором, то оно сразу получает новое толкование, а в других обстоятельствах - совсем другое. Как показывает этот пример, с одной и той же последовательностью литер люди в зависимости от обстоятельств связывают различные значения. И наоборот, одно и то же смысловое содержание может быть представлено различными способами.

Понятийное разделение внешней формы и абстрактного информационного содержания какого-либо высказывания или сообщения является фундаментальным для информатики. Итак, мы различаем в связи с информацией:

1. Ее представление или изображение (внешняя форма);

2. Ее значение (собственно "абстрактная" информация);

3. Ее отношение к реальному миру (связь абстрактной информации с действительностью).

Информатика включает в себя науку о машинной обработке информации. Это охватывает вопросы:

Схематизированного представления (изображения информационной структуры объектов и данных, а также их взаимосвязи;

Правил и предписаний для обработки информации (алгоритмы, вычислительные предписания) и их представления, включая описание протекания работы (процессы, взаимодействующие системы).

Оба эти пункта тесно связаны между собой. Программа, например, в качестве своей внешней формы имеет текстовую (или графическую) структуру. Текстовая структура, в свою очередь, представляет собой объект для информационной обработки. Но программа представляет также предписание для обработки. При ее выполнении в компьютере протекает процесс действий, который преобразует определенные исходные данные в определенные выходные данные (результаты). Таким образом, программа описывает и реализует некоторую функцию. При разработке программных систем перед информатикой стоит задача представления, моделирования и использования самых различных видов информации. Так как машинная, "схематичная" обработка информации, соответственно ее представления, требует точно установленных форм представления и преобразования, информатика пользуется формальными методами. Этим она обнаруживает связь с математикой, особенно с математической логикой. Но поскольку методы информатики должны вести к практически применимым продуктам ("программам", "системам"), которые должны решать поставленные задачи на имеющихся вычислительных машинах, то есть на физических объектах, при дополнительных экономических условиях, то информатика имеет и сильно выраженные инженерно-научные черты.

Для машинной обработки информации всегда необходимы формы ее представления. Это представление может принимать разнообразные виды. От условных знаков ("сигнал"), от произносимых слов ("акустическое представление") до рисунков (графическое представление, "пиктограмма", "иконки") или последовательностей символов (написанного "слова", "текста") находится большое число возможностей для выбора способа представления. Однако всегда важно установление способа выявления значения представления. Представление интерпретируется, чтобы получить информацию. Переход (часто только воображаемый, мысленный) от представления к абстрактной информации, то есть к значению представления, называют интерпретацией.

Информация, находящаяся в какой-либо информационной системе, воспринимается как некоторая математическая структура. Переход от представления к элементам этой математической структуры называется интерпретацией. Установление отношений к реальному миру, то есть толкование значения информации в смысле окружающего нас мира, мы называем пониманием. Существует тонкая разница между интерпретацией и пониманием. Отдельно от этого ставится вопрос о том, соответствует ли информация действительности, передает ли она реальные обстоятельства. Об этом можно судить в лучшем случае субъективно.

Различные системы представления информации по-разному эффективны. Если должна представляться сложная информация, то должна выбираться подходящая система ее представления. В применениях информатики обычно рассматривается точно описанное множество R представлений с интерпретацией I в множестве A элементов (информаций). Интерпретация I данному представлению r (сообщению) ставит в соответствие некоторое абстрактное информационное содержание I[r]. Таким образом, интерпретации соответствует отображение I: R A

Через (A, R, I) мы будем обозначать информационную систему. Таким образом, информационная система соответствует понятию отображения из математики. Впрочем, к системе представления R обычно предъявляют прагматические требования - например, чтобы все представления были конечны. R называют также системой представления, а A - семантической моделью.

Пример (система представления для натуральных чисел). Пусть N - множество натуральных чисел (включая и число "нуль"), представляемых числом штрихов, то есть с помощью последовательностей штрихов:

e, |, ||, |||, …

где через e обозначена пустая последовательность. Обычным представлением натуральных чисел являются десятичные числа, то есть последовательности с символами из множества цифр {0, 1, …, 9}. Интерпретацией I здесь является отображение десятичного представления в последовательность штрихов (здесь запись {0, 1, …, 9}+ обозначает множество непустых конечных последовательностей десятичных цифр)

I: {0, 1, …, 9}+ N

с I[0]= e, I[1]= |, I[2]=||, …

Этот пример проясняет фундаментальную проблему информационной обработки: информация в ее абстрактном виде не может быть записана непосредственно, а потому всегда может быть только как-то изображена. Представление натуральных чисел с помощью штрихов снова является только их изображением. Понятие же числа в математике есть абстракция, которая понимается совершенно независимо от конкретного изображения. Законы математики справедливы для чисел в их римской записи так же, как и при их представлении с помощью штрихов, в двоичной или десятичной записи. Впрочем, различные способы представления чисел существенно различаются с точки зрения удобства их использования для определенных процессов обработки. Достаточно лишь попытаться выполнить сложение, а тем более умножение чисел в их римской записи.

Часто в какой-либо системе представления имеется много различных изображений для той же самой информации. Эти изображения называются тогда эквивалентными. Точнее говоря, в информационной системе (A, R, I) справедливо: два изображения r1, r2 R называются семантически эквивалентными, если они несут одинаковую информацию, то есть если справедливо

I[r1] = I[r2].

Информация - сведения, которыми располагает активная система (общество, человек, компьютер и т.п.) о том или ином объекте, которые могут храниться, передаваться и подвергаться преобразованиям.

Информация всегда представляется в виде сообщения. Совокупность сообщений составляет данные об объекте.

Единица количества информации - бит - информация, которую может нести сообщение, состоящее из одного двоичного знака. Информационное сообщение может быть представлено в виде функции x(t), характеризующей изменение во времени какой - либо величины, описывающей состояние приемника.

Непрерывная (аналоговая) информация - функция x(t) может принимать любые вещественные значения в диапазоне изменения аргумента t.

Дискретная информация - функция x(t) может принимать набор фиксированных дискретных значений в заданные моменты времени.



Аналоговая и дискретная информация

Рис. 1

Информация может быть по своей физической природе: числовой, текстовой, графической, звуковой, видео и др. Она также может быть постоянной (неменяющейся), переменной, случайной, вероятностной. Наибольший интерес представляет переменная информация, так как она позволяет выявлять причинно-следственные связи в процессах и явлениях. Существуют различные способы оценки количества информации. Классическим является подход, использующий формулу К. Шеннона. Применительно к двоичной системе она имеет вид:

H=log2N,

где H - количество информации, несущей представление о состоянии, в котором находится объект; N - количество равновероятных альтернативных состояний объекта.

Любая информация, обрабатываемая в ЭВМ, должна быть представлена двоичными цифрами (0,1), т.е. должна быть закодирована комбинацией этих цифр. Различные виды информации (числа, тексты, графика, звук) имеют собственные правила кодирования. Коды отдельных значений, относящиеся к различным видам информации, могут совпадать. Поэтому расшифровка кодированных данных осуществляется по контексту при выполнении команд программы .

Представление числовой информации в компьютерных системах

Представление чисел в памяти компьютера имеет специфическую особенность, связанную с тем, что в памяти компьютера числа должны располагаться в байтах -- минимальных по размеру адресуемых ячейках памяти. Адресом числа считают адрес первого байта. В байте может содержаться произвольный код из восьми двоичных разрядов.

1. Целые числа представляются в памяти компьютера с фиксированной запятой. В этом случае каждому разряду ячейки памяти компьютера соответствует один и тот же разряд числа, запятая расположена справа после младшего разряда (то есть вне разрядной сетки).

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит).

Десятичное число	Двоичный код
0	0000 0000
1	0000 0001
2 …	0000 0010 …
254	1111 1110
255	11111111

Для кодирования целых чисел от 0 до 65 535 требуется 16 бит; 24 бита позволяют закодировать больше 16,5 миллионов разных значений.

Если для представления целого числа в памяти компьютера отведено N бит, то количество различных значений будет равно 2N.

Максимальное значение целого неотрицательного числа достигается в случае, когда во всех ячейках стоят единицы. Если под представление целого положительного числа отведено N бит, то максимальное значение будет равно 2N -1.

Прямой код целого числа может быть получен следующим образом: число переводится в двоичную систему счисления, а затем его двоичную запись слева дополняют необходимым количеством незначащих нулей, соответствующим количеству незаполненных разрядов, отведённых для хранения числа.

2. Для представления целых чисел со знаком старший (левый) разряд отводится под знак числа. Если число положительное, то в знаковый разряд записывается 0, если число отрицательное, то -- 1.

Максимальное значение целого числа со знаком достигается в случае, когда в старшем разряде стоит ноль, а во всех остальных ячейках стоят единицы. Если под представление целого числа со знаком отведено N бит, то максимальное значение будет равно 2N-1-1. Поскольку количество возможных значений в N битах равно 2N-1, то в случае представления целых чисел со знаком количество отрицательных значений на единицу больше количества положительных значений. Такая ситуация связана с тем, что для представления нуля во всех ячейках стоят нули. Если же в знаковом разряде стоит единица, а во всех остальных разрядах нули, то это представление соответствует отрицательному (как правило, наименьшему) числу.

Пример. Запишем вид числа -58 в памяти компьютера в 8-разрядном представлении.

Представление в памяти компьютера целых положительных чисел совпадает с прямым кодом.

3. Другой способ представления целых чисел -- дополнительный код.

Дополнительный код целого отрицательного числа может быть получен по следующему алгоритму:

записываем прямой код модуля числа;

инвертируем его (заменяем единицы нулями, нули единицами);

прибавляем к инверсному коду единицу.

Пример. Запишем дополнительный код числа -58 в 8-разрядном представлении.

1) Прямой код числа 58 есть 00111010; 2) инверсный (обратный) код 11000101; 3) дополнительный код 11000110.

4. При получении числа по его дополнительному коду необходимо определить его знак. Если число окажется положительным, то переводим его код в десятичную систему счисления.

В случае отрицательного числа необходимо выполнить следующий алгоритм:

вычитаем из кода числа 1;

инвертируем код;

переводим в десятичную систему счисления;

полученное число записываем со знаком минус.

Пример 1. Запишем число, соответствующее дополнительному коду 00110110.

Так как в старшем разряде данного числа нуль, то результат будет положительным. После перевода числа из двоичной системы счисления в десятичную получаем 54.

Представление символьной информации в ЭВМ

Символьная информация хранится и обрабатывается в компьютере в форме цифрового кода, то есть каждому символу ставится в соответствие отдельное бинарное слово-код. Так как многие типы информации содержат в значительном объеме цифровую информацию, то применяются две системы кодирования: символьной информации и десятичных чисел.

Необходимый набор символов, предусмотренный в конкретном компьютере, обычно включает в себя:

буквенно-цифровые знаки алфавита;

специальные знаки (пробел, скобки, знаки препинания и др.);

знаки операций.

Среди наборов символов наибольшее распространение получили знаки кода ASCII (ASCII - AmericanStandard Code for Information Interchange) - американский стандартный код обмена информацией.

ASCII - это семиразрядный код, обеспечивающий 128 различных битовых комбинаций. Стандартный знакогенератор современного персонального компьютера IBM PC имеет 8-битовую кодировку символов, состоящую из двух таблиц кодирования: базовой и расширенной. Базовая таблица построена по стандартуASCII и одинакова для всех IBM-совместимых компьютеров. Расширенная таблица относится к символам с номерами от 128 до 255 и может отличаться на компьютерах разного типа.

Для представления букв русского алфавита в рамках ASCII первоначально был разработан вариант кодировки - КОИ-7 (код обмена информацией 7-битный). Расположение символов во второй половине таблицы этой кодировки резко отличается от принятого фирмой IBM, что затрудняет использование зарубежного программного обеспечения на отечественных машинах.

В настоящее время находят широкое применение и другие виды кодировки. Так, в связи с массовым использованием операционных систем и других продуктов компании Microsoft в нашей стране нашла применение кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251. Эта кодировка используется на ПК, работающих на платформе Windows.

Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией восьмизначный). Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в некоторых службах российского сектора Интернета. В частности, в нашей стране она является стандартом в сообщениях электронной почты и телеконференций.

В последнее время все большее распространение получает универсальная система кодирования текстовых данных - UNICODE. В данной системе символы кодируются не восьмиразрядными двоичными числами, а 16-разрядными числами. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов - этого достаточно для размещения в одной таблице всех широко употребляемых языков.

Символьная информация в ЭВМ

В отличие от обычной словесной формы, принятой в письменном виде, символьная информация хранится и обрабатывается в памяти ЭВМ в форме цифрового кода. Например, можно обозначить каждую букву числами, соответствующими ее порядковому номеру в алфавите: А - 01, Б - 02, В - 03,..., Ю - 31, Я - 32. Точно так же можно договориться обозначать точку числом 33, запятую - 34 и т.д. Так как в устройствах автоматической обработки информации используются двоичные коды, то обозначения букв надо перевести в двоичную систему. Тогда буквы будут обозначаться следующим образом: А - 000001, Б - 000010, В - 000011, Г - 000100,..., Э - 011110, Ю - 011111, Я - 100000. При таком кодировании любое слово можно представить в виде последовательности кодовых групп, составленных из 0 и 1. Например, слово ЭВМ выглядит так: 011110000011001110.

При преобразовании символов (знаков) в цифровой код между множествами символов и кодов должно иметь место взаимнооднозначное соответствие, т.е. разным символам должны быть назначены разные цифровые коды, и наоборот. Это условие является единственным необходимым требованием при построении схемы преобразования символов в числа. Однако существует ряд практических соглашений, принимаемых при построении схемы преобразования исходя из соображений наглядности, эффективности, стандартизации. Например, какое бы число ни назначили коду для знака О (не следует путать с числом 0), знаку 1 удобно назначить число, на единицу большее, чем код О, и т.д. до знака 9. Аналогичная ситуация возникает и при кодировке букв алфавита: код для Б на единицу больше кода для А, а код для В на единицу больше кода для Б и т. д. Таким образом, из соображений наглядности и легкости запоминания целесообразно множества символов, упорядоченных по какому-либо признаку (например, лексико-графическому), кодировать также с помощью упорядоченной последовательности чисел.

Другим важным моментом при организации кодировки символьной информации является эффективное использование оперативной памяти ЭВМ. Так как общеупотребительными являются примерно 100 знаков (сюда помимо цифр, букв русского и английского алфавитов, знаков препинания, арифметических знаков входят знаки перевода строки, возврата каретки, возврата на шаг и т.п.), то для, взаимно-однозначного преобразования всех знаков в коды достаточно примерно сотни чисел. Значение этого выбора заключается в том, что для размещения числа из этого диапазона в оперативной памяти достаточно одного байта, а не машинного слова. Следовательно, при такой организации кодировки достигается существенная экономия объема памяти.

При назначении кодов знакам надо также учитывать соглашения, касающиеся стандартизации кодировки. Можно назначить знаковые коды по своему выбору, но тогда возникнут трудности, связанные с необходимостью обмена информацией с другими организациями, использующими кодировку, отличную от нашей. В настоящее время существует несколько широко распространенных схем кодирования. Например, код BCD (Binary-Coded Decimal) -- двоично-десятичный код используется для представления чисел, при котором каждая десятичная цифра записывается своим четырехбитовым двоичным эквивалентом. Этот код может оказаться полезным, когда нужно преобразовать строку числовых знаков, например, строку из числовых знаков «2537» в число 2537, над которым затем будут-производиться арифметические действия. Расширением этого кода является EBCDIC (Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code) -расширенный двоично-десятичный код обмена информацией, который преобразует как числовые, так и буквенные строки.

В ЭВМ типа PDP (или СМ) применяется код ASCII (AmericanJ Standard Code for Information Interchange) - американский стандартный код обмена информацией. Этот код генерируется некоторыми внешними устройствами (принтером, АЦПУ) и используется для обмена данными между ними и оперативной памятью ЭВМ. Например когда нажимаем на терминале клавишу G, то в результате этого действия код ASCII для символа G (1000111) передается в ЭВМ. A если надо этот символ распечатать на АЦПУ, то его код ASCII должен быть послан на печатающее устройство.

Отечественной версией кода ASCII является код КОИ-7 семибитовый код обмена информацией, который совпадает с ним, за исключением букв русского алфавита.

Графическая информация в ЭВМ

Под графической информацией будем понимать неподвижное изображение, например, рисунок, фотографию и т.д. С графической информацией связана также видеоинформация: в первом приближении это то, что мы видим в окружающем мире, а также изображение с экрана телевизора и т.п.

Графическая информация на экране монитора представляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселей).

Изображение, которое мы видим на экране компьютера, всегда имеет свое машинное, двоичное представление в памяти ЭВМ. Сначала рассмотрим модель монохромного, двуцветного изображения (иногда говорят черно-белого изображения). Суть такого изображения в том, что имеется некоторый фон, на котором другим цветом нанесено изображение.

Пусть имеется некоторый рисунок. Носителем этого рисунка может быть, например, бумага. Поместим данный рисунок в прямоугольную рамку. Выберем некоторый масштаб и проведем в рамке горизонтальные и вертикальные координатные линии. Таким образом, на рисунок будет нанесена координатная сетка, представляющая собой совокупность клеток.

Горизонтальный ряд клеток назовем линией. Каждая линия представляет собой сообщение. После получения линий-сообщений мы начинаем этап преобразования информации из непрерывной формы в дискретную (операцию дискретизации) следующим образом: просматривая слева направо клетки, каждой клетке поставим в соответствие либо ноль, либо единицу. Если в клетке имеется фрагмент изображения, то припишем ей единицу, иначе приписываем клетке ноль. Если изображение находится на границе клеток, то можно одной клетке (по выбору) приписать единицу, а другой - ноль. Восстановление рисунка проводится в обратном порядке.

В этом простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь лишь два состояния -- «черная» или «белая», т.е. для хранения ее состояния необходим 1 бит.

Рассмотрим далее модель цветного изображения. Каждый цвет есть световая волна заданной частоты. Такие частоты образуют непрерывный спектр. Среди множества всех цветов мы должны выбрать некоторое конечное подмножество и занумеровать их. Таким образом, мы выполняем операцию квантования.

Снова на рисунок наносим координатную сетку, получаем линии-сообщения. Каждой клетке припишем некоторый номер в диапазоне номеров цветов изображения по некоторому отбору. Каждому номеру поставим в соответствие двоичный набор - такое количество бит (нулей и единиц), которое достаточно для кодирования номера цвета. Полученную двоичную запись для всех клеток будем считать машинным кодом цветного изображения. Например, для модели 16-цветного изображения потребуется по четыре бита для кодирования каждой клетки. Восстановление рисунка проводится в обратном порядке.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета (бит на точку: 4, 8, 16. 24). Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, и тогда по формуле N = 21 может быть вычислено количество цветов, отображаемых на экране монитора.

Таблица 2.4. Количество отображаемых листов

Глубина цвета (I) Количество отображаемых цветов (N)

4 24 = 16

8 28 = 256

16 (High Color) 216 = 65536

24 (True Color) 224 = 16777216

Совершенно очевидно, что в большинстве случаев в результате двоичного представления изображения часть информации теряется. Однако при очень большом количестве клеток, налагающихся на рисунок, человеческий глаз практически не в состоянии отличить разницу между оригиналом и изображением, восстановленным из двоичного кода. Для высокой точности представления цветного изображения требуется большое количество памяти ЭВМ.

Изображение может иметь различный размер, который определяется количеством точек по горизонтали и по вертикали. В современных персональных компьютерах обычно используются четыре основных размера изображения или разрешающих способностей экрана: 640*480, 800*600, 1024*768 и 1280*1024 точки.

Графический режим вывода изображения на экран определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета. Полная информация о всех точках изображения, хранящаяся в видеопамяти, называется битовой картой изображения.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой его точке (цвет точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для наиболее распространенного в настоящее время графического режима (800*600 точек, 16 бит на точку).

Всего точек на экране: 800 * 600 = 480000

Необходимый объем видеопамяти: 16 бит*480000=7680000 бит = 960000 байт = 937,5 Кбайт.

Аналогично рассчитывается необходимый объем видеопамяти для других графических режимов.

Таблица 2.5 Объем видеопамяти для различных графических режимов

Режим экрана Глубина цвета (бит на точку)

4 8 16 24

640 на 480 150 Кбайт 300 Кбайт 600 Кбайт 900 Кбайт

800 на 600 234 Кбайт 469 Кбайт 938 Кбайт 1,4 Мбайт

1024 на 768 384 Кбайт 768 Кбайт 1,5 Мбайт 2,25 Мбайт

1280 на 1024 640 Кбайт 1,25 Мбайт 2,5 Мбайт 3,75 Мбайт

Современные компьютеры обладают такими техническими характеристиками, которые позволяют обрабатывать и выводить на экран, так называемое «живое видео», т.е. видеоизображение естественных объектов. Видеоизображение формируется из отдельных кадров, которые сменяют друг друга с высокой частотой (не воспринимаемой глазом). Обычно частота кадров составляет 25 Гц, т.е. за 1 секунду сменяется 25 кадров.

Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов.

Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полно-цветным (True Color).

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, М) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска -- черная (Black, К). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полно-цветным (True Color).

Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color.

При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным -- без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо -- зеленым).

Понятие файловой системы, классификация, задачи

Файловая система-это компонент ОС, работающий с файлами. Она определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам -- с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа -- это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше). Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.

Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например:

информация о разрешенном доступе,

пароль для доступа к файлу,

владелец файла,

создатель файла,

признак "только для чтения",

признак "скрытый файл",

признак "системный файл",

признак "архивный файл",

признак "двоичный/символьный",

признак "временный" (удалить после завершения процесса),

признак блокировки,

длина записи,

указатель на ключевое поле в записи,

длина ключа,

времена создания, последнего доступа и последнего изменения,

текущий размер файла,

максимальный размер файла.

Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов, как это сделано в файловой системе MS-DOS, или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX (рисунок 2.31). Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня (рисунок 2).

Рис. 2. Структура каталогов: а - структура записи каталога MS-DOS (32 байта); б - структура записи каталога ОС UNIX

Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'е - сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога.



Рис. 3. Логическая организация файловой системы

а - одноуровневая; б - иерархическая (дерево); в - иерархическая (сеть)

информация компьютерный файловый



Вывод

Информацию можно классифицировать разными способами, и разные науки это делают по-разному. Например, в философии различают информацию объективную и субъективную. Объективная информация отражает явления природы и человеческого общества. Субъективная информация создается людьми и отражает их взгляд на объективные явления.

Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств. Свет, звук, тепло - это энергетические сигналы, а вкус и запах - это результат воздействия химических соединений, в основе которого тоже энергетическая природа. Человек испытывает энергетические воздействия непрерывно и может никогда не встретиться с одной и той же их комбинацией дважды. Нет двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и двух абсолютно одинаковых звуков - это информация аналоговая. Если же разным цветам дать номера, а разным звукам - ноты, то аналоговую информацию можно превратить в цифровую.

Кодирование информации. Кодирование информации - это процесс формирования определенного представления информации.

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью компьютерных программ можно преобразовывать полученную информацию, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников.

Аналогично на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.

В персональных компьютерах архитектура драйвер-мини-драйвер напрямую связана с технологией Plug and Play («Подключай и работай»).

С точки зрения системы Plug and Play существуют следующие три типа драйверов:

Шинный драйвер (драйвер шины) обслуживает контроллер шины, адаптер, мост или любое устройство, которое имеет дочерние устройства. Шинные драйверы относятся к обязательным драйверам и обычно поставляются Microsoft. Для каждого типа шины в системе имеется собственный шинный драйвер.

Функциональный драйвер -- это основной драйвер устройства, который предоставляет интерфейс с этим устррйством. Этот драйвер является обязательным, за исключением случаев, когда ввод/вывод устройства осуществляется шинным драйвером или любыми драйверами фильтра. Функциональный драйвер устройства обычно реализуется в виде пары драйвер/мини-драйвер. В таких парах драйвер класса (обычно разрабатываемый Microsoft) обеспечивает функциональные возможности, необходимые всем устройствам этого типа, а мини-драйвер (обычно разрабатываемый фирмой-поставщиком конкретного устройства) обеспечивает специфические функциональные особенности устройства. Plug and Play Manager загружает по одному функциональному драйверу для каждого устройства.

Драйвер фильтра сортирует запросы ввода/вывода для шины, устройства или класса устройств. Драйверы фильтра являются необязательными и могут существовать в любом количестве, располагаясь на различных уровнях - как выше, так и ниже функционального драйвера и шинного драйвера.



Список использованной литературы

1. Информатика и информационные технологии: учебник для бакалавров/ М.В. Гаврилов, В.А. Климов. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Издательство Юрайт, 2013.- 378с. - Серия: Бакалавров. Базовый курс.

2. Информатика и ИКТ: учебник для 9 класс/ И.Г. Семакин, Л.А. Залогова, С.В. Русаков, Л.В. Шестакова. -6-е изд. -М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.-344.: ил.

3. Список использованных интернет ресурсов:

4. :http://www.fekon.h1.ru/index01.htm.

5. : http://ivanovff.21419s01.edusite.ru/uchin/p12aa1.html.

6. http://lib.znate.ru/docs/index-211343.html?page=31.

7. http://www.maksakov-sa.ru/EGEEInforman/TeoriaEGEEE/Simvol_informac/index.html.

8. http://allteam.my1.ru/forum/12-45-1.

Размещено на Allbest.ru