1й семестр Информатика. Информация. Понятие информации. Формирование информации (схема). Свойства информации. Понятие количества информации
 Скачать 183.23 Kb.
|
|
Существуют два способа звукозаписи: - цифровая запись, когда реальные звуковые волны преобразуются в цифровую информацию путем измерения звука тысячи раз в секунду; - MIDI-запись, которая, вообще говоря, является не реальным звуком, а записью определенных команд-указаний (какие клавиши надо нажимать, например, на синтезаторе). MIDI-запись является электронным эквивалентом записи игры на фортепиано. Представление графических данных в двоичном коде. Есть два основных способа представления изображений. Первый — графические объекты создаются как совокупности линий, векторов, точек — называется векторной графикой. Второй — графические объекты формируются в виде множества точек (пикселей) разных цветов и разных яркостей, распределенных по строкам и столбцам, — называется растровой графикой. Модель RGB. Чтобы оцифровать цвет, его необходимо измерить. Немецкий ученый Грасман сформулировал три закона смешения цветов: 1) закон трехмерности — любой цвет может быть представлен комбинацией трех основных цветов; 2) закон непрерывности — к любому цвету можно подобрать бесконечно близкий; 3) закон аддитивности — цвет смеси зависит только от цвета составляющих. За основные три цвета приняты красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). В модели RGB любой цвет получается в результате сложения основных цветов. Каждый составляющий цвет при этом характеризуется своей яркостью, поэтому модель называется аддитивной. Эта схема применяется для создания графических образов в устройствах, излучающих свет, — мониторах, телевизорах. Модель CMYK. В полиграфических системах напечатанный на бумаге графический объект сам не излучает световых волн. Изображение формируется на основе отраженной волны от окрашенных поверхностей. Окрашенные поверхности, на которые падает белый свет (т.е. сумма всех цветов), должны поглотить все составляющие цвета, кроме того, цвет которой мы видим. Цвет поверхности можно получить красителями, которые поглощают, а не излучают. Цвета красителей должны быть дополняющими: голубой (Cyan = В + G), дополняющий красного; пурпурный (Magenta = R + В), дополняющий зеленого; желтый (Yellow = R + G), дополняющий синего. Но так как цветные красители по отражающим свойствам не одинаковы, то для повышения контрастности применяется еще черный (black). Так как цвета вычитаются, модель называется субстрактивной. Понятие сжатия информации. Структуры данных. Хранение данных. Сжатие информации: Разработаны и применяются два типа алгоритмов сжатия: - сжатие с изменением структуры данных (оно происходит без потери данных); - сжатие с частичной потерей данных. Алгоритмы первого типа предусматривают две операции: сжатие информации для хранения, передачи и восстановление данных точно в исходном виде, когда их требуется использовать. Такой тип сжатия применяется, например, для хранения текстов . Алгоритмы второго типа не позволяют полностью восстановить оригинал и применяются для хранения графики или звука. Структуры данных. Работа с большим количеством данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены. Для упорядочивания данных применяют следующие структуры: линейные (списки), табличные, иерархические (дерево). Линейная структура. Линейная структура данных (или список) — это упорядоченная структура, в которой адрес данного однозначно определяется его номером (индексом). Примером линейной структуры может быть список учебной группы или дома, стоящие на одной улице. Табличная структура данных. Табличная структура данных — это упорядоченная структура, в которой адрес данного однозначно определяется двумя числами — номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка с искомым элементом. Иерархическая структура. Нерегулярные данные, которые трудно представляются в виде списка или таблицы, могут быть представлены в иерархической структуре, в которой адрес каждого элемента определяется путем (маршрутом доступа), идущим от вершины структуры к данному элементу. Хранение данных. Для устройств обработки данных, к которым относится и компьютер, большое значение имеет организация метода хранения информации на внешних носителях, позволяющих сохранять данные энергонезависимо. Способ хранения данных на таких носителях должен обеспечивать их целостность, доступность и защищенность. В настоящее время наиболее популярными внешними носителями являются flash-накопители. Разработчики программного обеспечения предложили оригинальный способ организации хранения информации: в виде файлов. Под файлом понимается именованная область носителя, содержащая данные произвольной длины и воспринимаемая компьютерной системой как единое целое. Имя файла имеет особое значение, оно сопоставлено адресу размещения файла на носителе. Носитель имеет служебную таблицу, в каждой строке которой записано имя файла и адрес его местонахождения на носителе. Эта таблица используется специальной программой, которая называется файловой системой. Для доступа к данным она получает имя файла, находит по таблице его местоположение на носителе и возвращает содержимое файла. Как правило, процесс обработки информации сопровождается ее последующим сохранением. Для этого компьютерная программа объединяет какой-либо блок обрабатываемых данных в единое целое, снабжает его именем и передает файловой системе для записи на внешний носитель. Имя файла состоит из некоторого набора символов и для большинства файловых систем может содержать до 256 знаков. Имя файла может быть дополнено расширением, которое определяет тип информации, хранящейся в файле. Расширение содержит от одного до четырёх символов и отделяется от имени точкой. Большинство программ при создании файла автоматически добавляют к имени свое уникальное расширение, которое помогает им в дальнейшем опознавать «свои» файлы. Файл в числовом виде хранит информацию разных типов, например, текстовую, звуковую, графическую и т.д. Программа, создающая файл, размещает информацию в нем таким образом, чтобы при дальнейшей работе с файлом записанные данные можно было распознать и правильно извлечь. Способ представления данных в файле называется форматом файла. Формат определяет внутреннюю организацию информации, хранимой в файле. Открывая файл, прикладная программа проверяет его формат. Если он соответствует распознаваемым ею форматам, информация, хранящаяся в файле, извлекается в удобном для работы виде. Современные операционные системы автоматически распознают формат файла и самостоятельно запускают работающую с ним прикладную программу. Имеется возможность определять формат файла, не исследуя его структуры. Для этого используется его расширение. Анализируя расширение, операционная система определяет тип и структуру файла. Многие форматы файлов стандартизированы и используются соответствующими программными приложениями, работающими под управлением различных операционных систем. Для удобства работы файлы объединяют в группы, их имена располагают в файле специального вида, называемом каталогом или папкой. Каталоги образуют иерархическую (древовидную) структуру. Каталоги, размещенные на вершине иерархии, называются каталогами первого уровня. Каталоги первого уровня могут содержать каталоги второго уровня и т.д. Каждый каталог содержит описание файлов или каталогов следующего уровня иерархии. Так же как и файлу, каталогу задается имя и атрибуты, позволяющие файловой системе манипулировать им: создавать, удалять, перемещать, добавлять в него файлы, каталоги и т.д. Математические основы информатики. Алгебра высказываний (булева алгебра). Логические операции. Таблицы истинности. Основное понятие булевой алгебры — выказывание. Под простым высказыванием понимается повествовательное предложение, о котором можно сказать, истинно оно или ложно (третьего не дано). Высказывания обозначаются латинскими буквами и могут принимать одно из двух значений: ЛОЖЬ (обозначим 0) или ИСТИНА (обозначим 1). В дальнейшем нас не будет интересовать содержательная часть высказываний, а только их истинность. Два высказывания А и В называются равносильными, если они имеют одинаковые значения истинности, записывается А = В. Логические операции Сложное высказывание можно построить из простых с помощью логических операций: отрицания, конъюнкции, дизъюнкции, импликации и логических выражений, представляющих собой комбинации логических операций. Рассмотрим их подробней. Операцией отрицания А называют высказывание А (или -А, говорят не А), которое истинно тогда, когда А ложно, и ложно тогда, когда А истинно.
Конъюнкцией (логическим умножением) двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое истинно только тогда, когда истинны оба высказывания, записывается С = А & В Таблица истинности этой операции, как следует из определения, имеет вид
Дизъюнкцией (логическим сложением) двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое истинно, если истинно хотя бы одно высказывание. Записывается С = A v В Таблица истинности такой операции следующая:
Импликацией двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое ложно только тогда, когда А истинно, а В ложно, записывается С = А —> В. Таблица истинности такой операции следующая:
Эквиваленцией двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое истинно только тогда, когда оба высказывания имеют одинаковые значения истинности, записывается С = А <--> В Таблица истинности такой операции следующая:
Элементы теории множеств. Элементы теории графов. Элементы теории множеств. Множеством называется любое объединение определенных вполне различимых объектов; их может и не быть вообще. Можно говорить о множестве точек на отрезке [0,1], множестве студентов в группе, множестве снежных дней в июле на экваторе, т.е. множество образуют любые объекты, объединенные по любому признаку. Объекты, составляющие множество, называются элементами множества. Множество, не имеющее ни одного элемента, называется пустым, оно обозначается 0. Множество, состоящее из конечного числа элементов, называется конечным, в противном случае — бесконечным. Задать множество можно перечислением его элементов. Задать множество можно также, указав общее свойство для всех его и только его элементов. Два множества считаются равными, если состоят из одних и тех же элементов. Для множеств определены следующие операции: объединение, пересечение. Объединением множеств А и В (записывается A ᴜ B) называется множество, состоящее из элементов как одного, так и второго множества. Пересечением множеств А и В (записывается А ∩В) называется множество, состоящее из элементов, принадлежащих как одному, так и второму множеству одновременно. Элементы теории графов. НУЖНО НАЙТИ!!! Представление информации в технических устройствах. Базовая система элементов компьютерных систем. Представление информации в технический устройствах Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ). Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ). АВМ имели блочную структуру, т.е. представляли собой систему связанных между собой базовых элементов. Связи между базовыми элементами, их состав и количество изменялись для каждой задачи, решаемой на АВМ. В качестве базового элемента использовался операционный усилитель.Он состоит из усилителя, входных элементов (Е1, Еп) и элемента обратной связи (Еос). В качестве элементов используются радиоэлектронные компоненты: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. В зависимости от типов элементов, базовый элемент может производить сложение, интегрирование, дифференцирование и некоторые другие операции над входными напряжениями, результат операции снимается в виде выходного напряжения. Основными достоинствами АВМ являлись простота аппаратной реализации и высокая скорость получения решения. Основным же недостатком являлась низкая точность результата, так как радиоэлектронные компоненты, подвергаясь воздействиям внешней среды, изменяли свои параметры, что и влияло на точность решения. ЦВМ имеют гораздо более высокую сложность аппаратной и программной реализации. Информация в них имеет определенные границы представления, т.е. точность представления информации конечна. Для расширения границ представления необходимо увеличивать аппаратную часть или увеличивать время обработки. Основными достоинствами ЦВМ, а в дальнейшем — компьютерных систем(КС) являются: • гарантированная точность результата, зависящая только от границ представления данных; • универсальность — способность обрабатывать данные любыми методами, представляемыми последовательностью простых арифметических и логических операций; • возможность реализации большого числа известных численных математических методов решения задач. Базовая система элементов компьютерных систем. Для построения цифровых устройств была выбрана двоичная система счисления. Для проектирования устройств можно было использовать мощный аппарат алгебры логики – булевых функций. При построении функциональных узлов КС используются элементы, которые реализуют базовую систему логических функций. Одним из таких базовых наборов является набор из трёх функций: дизъюнкции (логическое ИЛИ), конъюнкции (логическое И) и отрицание (логическое НЕ). Функциональные узлы компьютерных систем. Элемент памяти. Регистры. Устройства обработки информации. Основой любого компьютера является ячейка памяти, которая может хранить данные или команды. Основой любой ячейки памяти является функциональное устройство, которое может по команде принять или выдать один двоичный бит, а, главное, сохранять его сколь угодно долго. Такое устройство называется триггер или защёлка. Оно строится на основе базового набора логических схем. Триггер служит основой для построения функциональных узлов, способных хранить двоичные числа, осуществлять их синхронную параллельную передачу и запись, а так же выполнять с ними некоторые специальные операции. Такие функциональные узлы называются регистрами. Регистр представляет собой набор триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Разрядность регистра кратна восьми битам: 8-, 16-, 32-, 64- разрядные регистры. Кроме этого в состав регистра входят схемы управления его работой. Регистр содержит n триггеров, образующих n разрядов. Перед записью информации регистр обнуляется подачей единичного сигнала на вход "Сброс". Запись информации в регистр производится синхронно подачей единичного сигнала "Запись". Этот сигнал открывает входные вентили (схемы "логическое И") и на тех входах х1… хn, где присутствует единичный сигнал, произойдёт запись единицы. Чтение информации из регистра так же производится синхронно, подачей сигнала "Чтение" на выходные вентили. Обычно регистры содержат дополнительные схемы, позволяющие организовать такие операции как сдвиг информации (регистры сдвига) и подсчёт поступающих единичных сигналов (регистры счётчики). |