Прадстаўленне інфармацыі ў кампутары: прыклады выкарыстання

Калі чалавек займаецца вывучэннем кампутарнай тэхнікі не павярхоўна, а досыць сур'ёзна, ён абавязкова павінен ведаць пра тое, якія існуюць формы прадстаўлення інфармацыі ў кампутары. Гэтае пытанне з'яўляецца адным з асноватворных, паколькі не толькі выкарыстанне праграм і аперацыйных сістэм, але і само праграмаванне ў прынцыпе заснаваны менавіта на гэтых азах.

Ўрок «Прадстаўленне інфармацыі ў кампутары»: асновы

Наогул, кампутарная тэхніка па тым, як яна ўспрымае інфармацыю або каманды, ператварае іх у фарматы файлаў і выдае карыстачу ўжо гатовы вынік, некалькі адрозніваецца ад агульнапрынятых паняццяў.

Справа ў тым, што ўсе існуючыя сістэмы заснаваныя ўсяго толькі на двух лагічных аператарах - «праўда» і «хлусня» (true, false). У больш простым разуменні гэта «так» або «не».

Зразумела, што словы вылічальная тэхніка не разумее, таму на світанку развіцця кампутарнай тэхнікі была створана спецыяльная лічбавая сістэма з умоўным кодам, у якім сцвярджэнні адпавядае адзінка, а адмаўленьня - нуль. Менавіта так і з'явілася так званае двайковае прадстаўленне інфармацыі ў кампутары. У залежнасці ад спалучэнняў нулёў і адзінак вызначаецца і памер інфармацыйнага аб'екта.

Найменшай адзінкай вымярэння памеру такога тыпу з'яўляецца біт - двайковы разрад, які можа мець значэнне небудзь 0, альбо 1. Але сучасныя сістэмы з такімі малымі велічынямі не працуюць, і практычна ўсе спосабы прадстаўлення інфармацыі ў кампутары зводзяцца да выкарыстання адразу васьмі бітаў, якія ў суме складаюць байт (2 у восьмай ступені). Такім чынам, у адным байце можна вырабіць кадыроўку любога знака з 256 магчымых. І менавіта двайковы код з'яўляецца асновай асноў любога інфармацыйнага аб'екта. Далей будзе зразумела, як гэта выглядае на практыцы.

Інфарматыка: прадстаўленне інфармацыі ў кампутары. Колькасці з фіксаванай коскі

Раз ужо гаворка ад пачатку зайшла пра ліках, разгледзім, якім чынам сістэма іх ўспрымае. Прадстаўленне лікавай інфармацыі ў кампутары сёння ўмоўна можна падзяліць на апрацоўку лікаў з фіксаванай і плавае коскі. Да першага тыпу таксама можна аднесці звычайныя цэлыя лікі, у якіх пасля коскі варта нуль.

Лічыцца, што лікі гэтага тыпу могуць займаць 1, 2 ці 4 байта. Так званы галоўны байт адказвае за знак колькасці, пры гэтым дадатнага знаку адпавядае нуль, а адмоўнаму - адзінка. Такім чынам, напрыклад, у 2-байтавая прадстаўленні дыяпазон значэнняў для станоўчых лікаў знаходзіцца ў межах ад 0 да 2 ¹⁶ -1, што складае 65535, а для адмоўных лікаў - ад -2 ¹⁵ да 2 ¹⁵ -1, што роўна лікавага дыяпазону ад -32768 да 32767.

Прадстаўленне лікаў з якая плавае коскі

Зараз разгледзім другі тып лікаў. Справа ў тым, што школьная праграма заняткаў па тэме «Прадстаўленне інфармацыі ў кампутары» (9 клас) колькасці з якая плавае коскі не разглядае. Аперацыі з імі з'яўляюцца досыць складанымі і выкарыстоўваюцца, напрыклад, пры стварэнні камп'ютэрных гульняў. Дарэчы, трохі адцягваючыся ад тэмы, варта сказаць, што для сучасных графічных паскаральнікаў адным з галоўных паказчыкаў прадукцыйнасці з'яўляецца хуткасць правядзення аперацый менавіта з такімі лікамі.

Тут выкарыстоўваецца экспанентны форма, у якой становішча коскі можа змяняцца. У якасці асноўнай формулы, што паказвае прадстаўленне любога ліку A прынятая наступная: A = m _{A *} q ^P, дзе m _A - гэта мантисса, q ^P - гэта падстава сістэмы злічэння, а P - парадак чысла.

Мантисса павінна адказваць патрабаванню q ^-1 ≤ | m _A | <1, гэта значыць павінна быць правільнай двайковай дробам, якая змяшчае пасля коскі лічбу, якая адрозніваецца ад нуля, а парадак - цэлым лікам. І любое нармалізаваць дзесятковы лік можна зусім проста прадставіць у экспанентным выглядзе. І чысла гэтага тыпу маюць памер 4 або 8 байт.

Напрыклад, дзесятковы лік 999,999 паводле формулы з нармалізаваць мантиссой будзе выглядаць як 0,999999 _* 10 ^3.

Адлюстраванне тэкставых дадзеных: крыху гісторыі

Больш за ўсё карыстальнікі камп'ютэрных сістэм усё-ткі выкарыстоўваюць тэставую інфармацыю. І ўяўленне тэкставай інфармацыі ў кампутары адпавядае тым жа прынцыпам двайковага кода.

Аднак у сувязі з тым, што сёння ў свеце можна налічыць досыць шмат моў, для прадстаўлення тэкставай інфармацыі выкарыстоўваюцца спецыяльныя сістэмы кадовак ці кодавыя табліцы. З з'яўленнем MS-DOS асноўным стандартам лічылася кадоўка CP866, а кампутары Apple выкарыстоўвалі уласны стандарт Mac. У той час для рускай мовы была ўведзена спецыяльная кадоўка ISO 8859-5. Аднак з развіццём кампутарных тэхналогій прыйшлося ўводзіць новыя стандарты.

разнавіднасці кадовак

Так, напрыклад, у канцы 90-х гадоў мінулага стагоддзя з'явілася універсальная кадоўка Unicode, якая магла працаваць не толькі з тэкставымі дадзенымі, але і з аўдыё і відэа. Яе асаблівасцю стала тое, што пад адзін сімвал адводзіўся ўжо не адзін біт, а два.

Крыху пазней з'явіліся і іншыя разнавіднасці. Для Windows-сістэм самой ужывальнай з'яўляецца кадыроўка CP1251, але для таго ж рускай мовы і да гэтага часу выкарыстоўваецца ЯКІЯ-8Р - кадоўка, якая з'явілася яшчэ ў канцы 70-х, а ў 80-х актыўна выкарыстоўвалася нават у UNIX-сістэмах.

Само ж прадстаўленне тэкставай інфармацыі ў кампутары заснавана на табліцы ASCII, якая ўключае ў сябе базавую і пашыраную часткі. Першая ўключае ў сябе коды ад 0 да 127, другая - ад 128 да 255. Аднак першыя коды дыяпазону 0-32 адведзены не пад сімвалы, якія прысвоены клавішах стандартнай клавіятуры, а функцыянальным кнопак (F1-F12).

Графічныя выявы: асноўныя тыпы

Што тычыцца графікі, якая актыўна выкарыстоўваецца ў сучасным лічбавым свеце, тут ёсць свае нюансы. Калі паглядзець на прадстаўленне графічнай інфармацыі ў кампутары, спачатку варта звярнуць увагу на асноўныя тыпы малюнкаў. Сярод іх вылучаюць дзве асноўных разнавіднасці - вектарныя і растравыя.

Вектарная графіка заснавана на выкарыстанні прымітыўных формаў (ліній, акружнасцяў, крывых, шматкутнікаў і т. Д.), Тэкставых уставак і заліванняў вызначаным колерам. Растравыя малюнкі заснаваныя на ўжыванні прамавугольнай матрыцы, кожны элемент якой завецца пікселем. Пры гэтым для кожнага такога элемента можна задаць яркасць і колер.

вектарныя выявы

Сёння прымяненне вектарных малюнкаў мае абмежаваную вобласць. Яны добрыя, напрыклад, пры стварэнні чарцяжоў і тэхнічных схем або для двухмерных або трохмерных мадэляў аб'ектаў.

Прыкладамі стацыянарных вектарных формаў могуць быць фарматы накшталт PDF, WMF, PCL. Для рухаюцца формаў у асноўным ужываецца стандарт MacroMedia Flash. Але калі казаць пра якасць або правядзенні больш складаных аперацый, чым той жа маштабаванне, лепш выкарыстоўваць растравыя фарматы.

растравыя малюнкі

З растравым аб'ектамі справа ідзе значна складаней. Справа ў тым, што паданне інфармацыі ў кампутары, заснаванай на матрыцы, мае на ўвазе выкарыстанне дадатковых параметраў - глыбіні колеру (колькасных выразам колькасці кветак палітры) у бітах, і памеру матрыцы (колькасці пікселяў на адзін цаля, які пазначаецца як DPI).

Гэта значыць палітра можа складацца з 16, 256, 65536 або 16.777.216 кветак, а матрыцы могуць адрознівацца, хоць найбольш распаўсюджаным дазволам называюць 800х600 пікселяў (480 тысяч кропак). Па гэтых паказчыках можна вызначыць колькасць біт, патрабаванае для захоўвання аб'екта. Для гэтага спачатку выкарыстоўваецца формула N = 2 ^I, у якой N - гэта колькасць кветак, а I - гэта глыбіня колеру.

Затым разлічваецца і аб'ём інфармацыі. Напрыклад, вылічым памер файла для малюнка, які змяшчае 65536 колераў, і матрыцай 1024х768 пікселяў. Рашэнне выглядае наступным чынам:

• I = log ₂ 65536, што складае 16 біт;
• колькасць пікселяў 1024 _* 768 = 786 432;
• аб'ём памяці складае 16 біт _* 786 432 = 12 582 912 байт, што адпавядае 1,2 Мб.

Разнавіднасці аўдыё: галоўныя напрамкі сінтэзу

Прадстаўленне інфармацыі ў кампутары, званай аўдыё, падпарадкоўваецца тым жа асноўным прынцыпам, якія былі апісаны вышэй. Але, як і для любой іншай разнавіднасці інфармацыйных аб'ектаў, для прадстаўлення гуку таксама выкарыстоўваюцца свае дадатковыя характарыстыкі.

На жаль, якаснае гучанне і прайграванне з'явіліся ў кампутарнай тэхніцы ў саму апошнюю чаргу. Аднак калі з прайграваннем яшчэ справы ішлі яшчэ сяк-так, то сінтэз рэальна які гучыць музычнага інструмента быў практычна немагчымы. Таму некаторыя гуказапісвальныя кампаніі ўвялі ўласныя стандарты. Сёння найбольш шырока ўжываецца FM-сінтэз і таблічнага-хвалевай метад.

У першым выпадку маецца на ўвазе, што любы прыродны гук, які з'яўляецца бесперапынным, можна раскласці на нейкую паслядоўнасць (камбінацыю) найпростых гарамонік з дапамогай метаду дыскрэтызацыі і вырабіць прадстаўленне інфармацыі ў памяці кампутара на аснове кода. Для прайгравання выкарыстоўваецца зваротны працэс, аднак у гэтым выпадку непазбежныя страты некаторых складнікаў, што адлюстроўваецца на якасці.

Пры таблічнага-хвалевым сінтэзе мяркуецца, што маецца загадзя створаная табліца з прыкладамі гучання жывых інструментаў. Такія прыклады называюцца сэмпламі. Пры гэтым для прайгравання досыць часта выкарыстоўваюцца каманды MIDI (Musical Instrument Digital Interface), якія ўспрымаюць з кода тып інструмента, вышыню тону, працягласць гучання, інтэнсіўнасць і дынаміку змены, параметры асяроддзя і іншыя характарыстыкі. Дзякуючы гэтаму такі гук дастаткова блізка набліжаны да натуральнага.

сучасныя фарматы

Калі раней за аснову быў узяты стандарт WAV (уласна, сам гук і прадстаўляе ў выглядзе хвалі), з часам ён стаў вельмі нязручны, хоць бы па прычыне таго, што такія файлы займалі занадта шмат месца на носьбіце інфармацыі.

З часам з'явіліся тэхналогіі, якія дазваляюць сціскаць такі фармат. Адпаведна, змяніліся і самі фарматы. Найбольш вядомымі сёння можна назваць MP3, OGG, WMA, FLAC і мноства іншых.

Аднак да гэтага часу асноўнымі параметрамі любога гукавога файла застаюцца частата дыскрэтызацыі (стандартам з'яўляецца 44,1 кГц, хоць можна сустрэць значэння і вышэй, і ніжэй) і колькасць узроўняў сігналу (16 біт, 32 біта). У прынцыпе, такую алічбоўку можна трактаваць як прадстаўленне інфармацыі ў кампутары гукавога тыпу на аснове першаснага аналагавага сігналу (любой гук у прыродзе першапачаткова з'яўляецца аналагавым).

прадстаўленне відэа

Калі з гукам праблемы былі вырашаны дастаткова хутка, то з відэа ўсё ішло не так гладка. Праблема складалася ў тым, што кліп, фільм ці нават відэагульня ўяўляюць сабой спалучэнне відэашэрагу і гуку. Здавалася б, чаго прасцей, чым сумясціць рухаюцца графічныя аб'екты са гукарад? Як аказалася, гэта стала сапраўднай праблемай.

Тут справа ў тым, што з тэхнічнага пункту гледжання першапачаткова варта запомніць першы кадр кожнай сцэны, званы ключавым, а толькі потым захоўваць адрозненні (рознасныя кадры). І, што самае сумнае, алічбаваныя або створаныя відэаролікі атрымліваліся такога памеру, што захоўваць іх на кампутары або арэндаваным носьбіце было проста немагчыма.

Праблема была вырашана, калі з'явіўся фармат AVI, які ўяўляе сабой нейкі універсальны кантэйнер, які складаецца з набору блокаў, у якіх можа захоўвацца адвольная інфармацыя, пры гэтым нават сціснутая рознымі спосабамі. Такім чынам, нават файлы аднолькавага фармату AVI паміж сабой могуць істотна адрознівацца.

І сёння можна сустрэць досыць шмат іншых папулярных фарматаў відэа, аднак для ўсіх іх таксама прымяняюцца ўласныя паказчыкі і значэння параметраў, галоўным з якіх з'яўляецца колькасць кадраў у секунду.

Кодэкі і дэкодэры

Прадстаўленне інфармацыі ў кампутары ў плане відэа немагчыма ўявіць сабе без ужывання кодэкаў і дэкодараў, якія ўжываюцца для сціску пачатковага змесціва і распакавання пры прайграванні. Само іх назва кажа аб тым, што адны кадуюць (сціскаюць) сігнал, другія - наадварот - распакоўваюць.

Менавіта яны адказваюць за змесціва кантэйнераў любога фармату, а таксама вызначаюць памер канчатковага файла. Акрамя таго, немалаважную ролю адыгрывае і параметр дазволу, як гэта паказвалася для растравай графікі. А бо сёння можна сустрэць нават UltraHD (4k).

заключэнне

Калі падвесці нейкі вынік усяго вышэйсказанага, можна адзначыць толькі тое, што сучасныя кампутарныя сістэмы першапачаткова працуюць выключна на ўспрыманні двайковага кода (іншага яны проста не разумеюць). І на яго выкарыстанні заснавана не толькі паданне інфармацыі, але і ўсе вядомыя сёння мовы праграмавання. Такім чынам, першапачаткова, каб зразумець, як усё гэта працуе, трэба паглыбіцца менавіта ў сутнасць прымянення паслядоўнасцяў адзінак і нулёў.