Форма представление данных в памяти персонального компьютера (числа, символы, графика, звук)
1. Устройства ввода информации: клавиатура, манипуляторы, сканер. Устройства ввода графической, звуковой информации и другие. Назначение, классификация, конструкция, характеристики
.1 Клавиатура
Клавиатура является основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте компьютерная клавиатура представляет совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь. В настоящее время распространены два типа клавиатур:
с механическими переключателями;
с мембранными переключателями.
В первом случае датчик представляет традиционный механизм с контактами с драгоценного металла, а во втором - тонкие посеребренные листки пластика, между которыми с небольшим воздушным зазором находится, например, проводящая жидкость. Неудивительно, что менее дорогие клавиатуры с мембранными переключателями получили большее распространение. Но и их клавиши рассчитаны на несколько миллионов нажатий.
Внутри корпуса клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации. Контроллер клавиатуры, с помощью которого организуется взаимодействие клавиатуры с другими узлами компьютера, расположен непосредственно на системной плате (за исключением старых моделей компьютеров XT и AT 286, у которых контроллер выполнялся в виде отдельной микросхемы). Основной принцип работы клавиатуры с контроллером заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей (т.е. нажатию или отпусканию любой из 101 или 104 клавиш) соответствует уникальный цифровой код - скан-код размером один байт.
Привлекательность той или иной клавиатуры в основном зависит от расположения клавиш, тактильных ощущений и усилия при нажатии клавиши. Наиболее распространенным расположением клавиш (раскладкой клавиатуры) является QWERTY (ЙЦУКЕН). Есть около 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами, и еще около 40 клавиш, предназначенных для управления компьютером и исполнения программ. Продублированы клавиши управления курсором, а также клавиши Ctrl, Alt, я (Win). Функциональные клавиши F1…F12 вынесены в верхний ряд.
На некоторых современных клавиатурах есть специальные клавиши, служащие для выполнения условий стандартов энергосбережения (Sleep - «спящий режим» и др.), а также функциональная клавиша «Fn/Key+», позволяющая использовать функциональные клавиши F1…F12 в среде мультимедиа-программ. В последнее время стали появляться клавиатуры, которые наряду с мультимедиа-клавишами имеют и клавиши быстрого управления в среде Интернет-приложений. Улучшается также и дизайн оформления клавиатур.
1.2 Манипулятор «мышь»
Не менее важным инструментом управления компьютером и ввода информации, несомненно, является кнопочный манипулятор «мышь». Желание исключить непроизводительное частое повторное нажатие некоторых клавиш, особенно при управлении в среде многих программ, возникло у разработчиков аппаратного обеспечения сразу после начала массового распространения персональных компьютеров.
Мышь - это устройство, предназначенное для обеспечения удобства работы с современным программным обеспечением. Суть управления программами зачастую сводится на совмещении курсора «мыши» на экране с соответствующими командными кнопками на экране и нажатию одной из двух кнопок (чаще достаточно даже одной) «мыши». Понятно, что движения корпуса «мыши» соответствуют движениям курсора «мыши» на экране, что создает иллюзию «продолжения руки на экране» и обеспечивает простому управления и легкость освоения компьютера.
Мышь представляет собой электронно-механическое устройство, с помощью которого осуществляется дистанционное управление курсором на экране монитора. Внутри мыши помещен обрезиненный шарик. При движении мыши по гладкой поверхности шарик вращается. Его вращение передается двум валикам, оси которых перпендикулярны между собой. На валиках установлены диски с прорезами. С одной стороны от диска стоит небольшой источник света (светодиод), а с другой стороны - приемник света (фототранзистор). При вращении дисков луч света, идущий от светодиода к фототранзистору, прерывается, в результате чего на фототранзисторе возникают импульсы (сигналы). Эти сигналы по проводам передаются в компьютер, где и обрабатываются.
Компьютерная мышь продолжает развиваться: появились оптические (не имеющие шарика, соответственно - не загрязняющиеся) и беспроводные мыши (через инфракрасные порты дистанционного управления), водонепроницаемые мыши и многие другие интересные разработки.
Мышь и трекбол до сих пор являются самым распространенными устройствами управления. Трэкбол в основном применяется в портативных компьютерах (ноутбуках), где применение традиционной «мыши» затруднено.
Трэкбол - это как бы перевернутая «мышь», корпус которой вмонтирован в корпус самого компьютера или у которой шарик вынесен наверх, а несколько увеличенный шарик вращается на месте. Трэкбол имеет такие же кнопки, что и «мышь».
В субноутбуках иногда применяют и так называемые тачпэды - своеобразные небольшие чувствительные площадки, по которой следует водить …пальцем. Однако такие устройства требуют определенных навыков.
Мировая компьютерная индустрия ведет постоянные поиски в совершенствовании устройств ввода. Существует мышь Keiboard необычной конструкции, которую следовало бы назвать как «мышь-клавиатура». Она представляет собой устройство, выполненное в виде пульта дистанционного управления или мобильного телефона. Благодаря необычной форме, на «мыши» имеется полный набор клавиш, как на мобильном телефоне, что дает возможность набирать небольшие тексты одной рукой. По мнению разработчика, такая мышь должна понравиться любителям компьютерных игр. Кроме того, с ее помощью удобно управлять различными, в том числе, и мультимедийными приложениями.
Помимо десяти клавиш для ввода текста, на мыши имеются клавиши пробела, Backspace, Del, Esc, Tab и Enter. Устройство обладает всеми функциями обычной мыши и имеет клавишу прокрутки.
1.3 Графические планшеты
В целом данное устройство может работать параллельно с «мышью», хотя это не всегда бывает обязательно. Основное его назначение заключается в выделении, раскрашивании, черчении и рисовании от руки. Представляет из себя плоский планшет с чувствительной площадкой (от ее размеров существенно зависит цена, например, 7*10 см) и не менее чувствительное перо, у которого работают оба наконечника, и кроме того имеются несколько кнопок на боковой поверхности.
Технология ввода информации основана на физическом методе электромагнитной передачи и приема.
Непривычным может показаться способность планшета «чувствовать» перо на расстоянии примерно 1…1,5 см, без непосредственного контакта. Это свойство дает определенные преимущества - например, позволяет задействовать функцию левой клавиши мыши простым прикосновением наконечника пера к планшету; при этом нажимать кнопку на пере не требуется. Функции обеих кнопок пера, равно как и его наконечника, можно перепрограммировать. К каждой из кнопок можно «привязать» действие, адекватное одинарному или двойному нажатию кнопок «мыши».
Разрешающая способность выбирается в зависимости от решаемой задачи. Если требуется высокая скорость рисования и не требуется высокое качество линии, то выбирается малое разрешение. Графические файлы при этом занимают малое место на дисковом пространстве. При большом разрешении планшета точность рисования повышается, но падает скорость ввода линий в компьютер, и графические файлы имеют большие размеры.
1.4 Сканеры
Всё чаще рядом с компьютером оказывается устройство для ввода с листа бумаги документов (текстов, чертежей, рисунков) - сканер. Бывают планшетные, листопротяжные и ручные сканеры. Луч света с огромной скоростью строка за строкой (несколько сот строк) пробегает по листу, светочувствительными датчиками воспринимаются яркость и цветность отраженного цвета и трансформируется в двоичный код.
Планшетные сканеры напоминают копировальный аппарат: копируемое изображение кладется на горизонтально расположенное стекло сканируемым изображением вниз. При сканировании на планшетном сканере лист остается неподвижным, а движется галогенная лампа и считывающая головка. при протяжном сканере - лампа и головка неподвижна, а движется сам лист бумаги. При использовании небольших ручных сканеров от пользователя требуется значительно большая аккуратность, ибо от равномерности движения руки может зависеть качество полученного изображения.
Эти сканеры работают на отраженном свете. На них можно снимать изображения, нанесенных на твердую поверхность, Но таким способом невозможно сканировать фотопленки. Для этого нужны сканеры, работающие на просвет. Поэтому для сканирования фотопленок используются специальные сканеры, работающие на просвет и имеющие более высокое разрешение и цветность.
Сканеры используются и для бес клавиатурного ввода текста. Всякую информацию сканер воспринимает как графическую.
.5 Иные устройства ввода
К нетрадиционным устройствам ввода раньше можно было отнести такие устройства как джойстик и трэкпойнт (разновидность джойстика, представляющая из себя имеющая возможность наклоняться в разные стороны кнопка между определенными клавишами клавиатуры). Джойстик теперь входит в необходимый игровой набор для компьютера, применяют его и в различных программах тренажерах и обучающих симуляторах (наряду с виртуальными шлемами, рулями и т.п.).
Не так давно появились средства речевого ввода, которые позволяют пользователю вместо клавиатуры, мыши и других устройств использовать речевые команды (или проговаривать текст, который должен быть заранее занесен в память компьютера). Возможности таких устройств пока достаточно ограничены, хотя они постоянно совершенствуются (особенно программное обеспечение). Понятно, что для этого необходимо и дополнительное аппаратное обеспечение, среди которых есть такие устройства, как микрофон и цифровые камеры. Зачастую это совмещенные устройства (или с наушниками, или с видеокамерами).
Многие специалисты связывают с прогрессом устройств речевого и визуального ввода будущее компьютерной техники, считая такие устройства ведущими элементами ее интеллектуализации.
Цифровые камеры и ТВ-тюнеры. Последние годы все большее распространение получают цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты). Цифровые камеры позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате.
Цифровые видеокамеры могут быть подключены к компьютеру, что позволяет сохранять видеозаписи в компьютерном формате.
Для передачи "живого" видео по компьютерным сетям используются недорогие Web-камеры, разрешающая способность которых обычно не превышает 640x480 точек. Цифровые фотоаппараты позволяют получать высококачественные фотографии с разрешением до 2272x1704 точек (всего до 3,9 млн пикселей). Для хранения фотографий используются модули flash-памяти или жесткие диски очень маленького размера. Запись изображений на жесткий диск компьютера может осуществляться путем подключения камеры к компьютеру. Если установить в компьютер специальную плату (ТВ-тюнер) и подключить к ее входу телевизионную антенну, то можно просматривать телевизионные передачи непосредственно на компьютере.
Звуковая карта. Звуковая карта производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить). Многие звуковые платы имеют специальный игровой порт (GAME-порт), к которому подключаются игровые манипуляторы (джойстики), которые предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр.
2. Форма представление данных в памяти персонального компьютера (числа, символы, графика, звук)
Сегодня такой способ представления информации с помощью языка, содержащего всего два символа алфавита - 0 и 1, широко используется в технических устройствах, в том числе и в компьютере. Эти два символа 0 и 1 принято называть двоичными цифрами или битами (от англ. bit - Binary Digit - двоичный знак).Инженеров такой способ кодирования привлек простотой технической реализации - есть сигнал или нет сигнала. С помощью этих двух цифр можно закодировать любое сообщение.
Более крупной единицей измерения объема информации принято считать 1 байт, который состоит из 8 бит.
КилобитКбит Кбит = 1024 бит ≈1000 битМегабитМбит1 Мбит = 1024 Кбит ≈ 1 000 000 битГигабитГбит Гбит = 1024 Мбит ≈ 1 000 000 000 битКилобайтКбайт (Кб)1 Кбайт = 1024 байт ≈ 1000 байтМегабайтМбайт (Мб)1 Мбайт = 1024 Кбайт ≈ 1 000 000 байтГигабайтГбайт (Гб)1 Гбайт = 1024 Мбайт ≈ 1 000 000 000 байт
.1 Кодирование информации в компьютере
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 1 и 0 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организовано два важных процесса:
·кодирование, которое обеспечивается устройствами ввода при преобразовании входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть в двоичный код;
·декодирование, которое обеспечивается устройствами вывода при преобразовании данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.
С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намногоболее 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 или сигнал имеет низкий уровень;
·1 - наличие сигнала или сигнал имеет высокий уровень.
Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования - длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим числом простых элементов, чем с небольшим количеством сложных.
В настоящее время существуют разные способы двоичного кодирования и декодирования информации в компьютере. В первую очередь это зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: текст, числа, графические изображения или звук. Кроме того, при кодировании чисел важную роль играет то, как они будут использоваться: в тексте, в расчетах или в процессе ввода-вывода. Накладываются также и особенности технической реализации.
2.2 Кодирование чисел
Система счисления - совокупность приемов и правил записи чисел с помощью определенного набора символов.
Для записи чисел могут использоваться не только цифры, но и буквы (например, запись римских цифр - XXI). Одно и то же число может быть по-разному представлено в различных системах счисления.
В зависимости от способа изображения чисел системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.
В позиционной системе счисления количественное значение каждой цифры числа зависит от того, в каком месте (позиции или разряде) записана та или иная цифра этого числа. Например, меняя позицию цифры 2 в десятичной системе счисления, можно записать разные по величине десятичные числа, например 2; 20; 2000; 0,02 и т. д.
В непозиционной системе счисления цифры не изменяют своего количественного значения при изменении их расположения (позиции) в числе. Примером непозиционной системы может служить римская система, в которой независимо от местоположения одинаковый символ имеет неизменное значение (например, символ X в числе XXV).
Количество различных символов, используемых для изображения числа в позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления.
В компьютере наиболее подходящей и надежной оказалась двоичная система счисления, в которой для представления чисел используются последовательности цифр 0 и 1.
Кроме того, для работы с памятью компьютера оказалось удобным использовать представление информации с помощью еще двух систем счисления:
·восьмеричной ( любое число представляется с помощью восьми цифр - 0, 1, 2... 7);
Кодирование символьной информации
Нажатие алфавитно-цифровой клавиши на клавиатуре приводит к тому, что в компьютер посылается сигнал в виде двоичного числа, представляющего собой одно из значений кодовой таблицы. Кодовая таблица - это внутреннее представление символов в компьютере. Во всем мире в качестве стандарта принята таблица ASCII (American Standart Code for Informational Interchange - американский стандартный код информационного обмена).
Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит. Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, количество возможных сочетаний единиц и нулей равно 28 = 256.
Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов. Эти коды и составляют таблицу ASCII.
.3 Кодирование графической информации
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами - как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.
Растровое изображение представляет собой совокупность точек, используемых для его отображения на экране монитора. Объем растрового изображения определяется как произведение количества точек и информационного объема одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 биту, так как точка может быть либо черной, либо белой, что можно закодировать двумя цифрами - 0 или 1.
Для кодирования 8 цветов необходимо 3 бита; для 16 цветов - 4 бита; для 6 цветов - 8 битов (1 байт) и т.д.
Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов. Каждый примитив состоит из элементарных отрезков кривых, параметры которых (координаты узловых точек, радиус кривизны и пр.) описываются математическими формулами. Для каждой линии указываются ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет, а замкнутые фигуры дополнительно характеризуются типом заливки. Кодирование векторных изображений выполняется различными способами в зависимости от прикладной среды. В частности, формулы, описывающие отрезки кривых, могут кодироваться как обычная буквенно-цифровая информация для дальнейшей обработки специальными программами.
.4 Кодирование звуковой информации
Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).
В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.
Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. В таком случае количество уровней сигнала будет равно 65536.
При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, т.е. от частоты дискретизации. Чем больше количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.
Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц - качество звучания аудио-CD. Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.
Стандартная программа Windows Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук, т.е. дискретизировать звуковые сигналы, и сохранять их в звуковых файлах в формате wav. Также эта программа позволяет производить простейшее редактирование звуковых файлов.
3. Понятия архивации файлов. Программные средства для архивации
Одним из наиболее широко распространенных видов сервисных программ являются программы-архиваторы, предназначенные для архивации, упаковки файлов путем сжатия хранимой в них информации. Сжатие информации - это процесс преобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшается избыточность в ее представлении и соответственно требуется меньший объем памяти для хранения. Сжатие информации в файлах производится за счет устранения избыточности различными способами, например за счет упрощения кодов, исключения из них постоянных битов или представления повторяющихся символов или повторяющейся последовательности символов в виде коэффициента повторения и соответствующих символов. Применяются различные алгоритмы подобного сжатия информации. Сжиматься могут как один, так и несколько файлов, которые в сжатом виде помещаются в так называемый архивный файл или архив.
Архивный файл - это специальным образом организованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом или несжатом виде и служебную информацию об именах файлов, дате и времени их создания или модификации, размерах и т.п. Целью упаковки файлов обычно являются обеспечение более компактного размещения информации на диске, сокращение времени и соответственно стоимости передачи информации по каналам связи в компьютерных сетях. Кроме того, упаковка в один архивный файл группы файлов существенно упрощает их перенос с одного компьютера на другой, сокращает время копирования файлов на диски, позволяет защитить информацию от несанкционированного доступа, способствует защите от заражения компьютерными вирусами. Степень сжатия файлов характеризуется коэффициентом Кс, определяемым как отношение объема сжатого файла Vc к объему исходного файла Vо, выраженное в процентах: Кс=(Vc/Vo)*100%Степень сжатия зависит от используемой программы, метода сжатия и типа исходного файла. Наиболее хорошо сжимаются файлы графических образов, текстовые файлы и файлы данных Почти не сжимаются архивные файлы. Программы для архивации отличаются используемыми методами сжатия, что соответственно влияет на степень сжатия.
Архивация(упаковка) - помещение (загрузка) исходных файлов в архивный файл в сжатом или несжатом виде. Разархивация (распаковка) - процесс восстановления файлов из архива точно в таком виде, какой они имели до загрузки в архив. При распаковке файлы извлекаются из архива и помещаются на диск или в оперативную память; Программы, осуществляющие упаковку и распаковку файлов, называются программами - архиваторами Большие по объему архивные файлы могут быть размещены на нескольких дисках (томах). Такие архивы называются многотомными. Том - это составная часть многотомного архива. Создавая архив из нескольких частей, можно записать его части на несколько дискет. Основные виды программ-архиваторов.
Программы - архиваторы позволяют создавать и такие архивы, для извлечения из которых содержащихся в них файлов не требуются какие - либо программы, так как сами архивные файлы могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися. Самораспаковывающийся архивный файл - это загрузочный, исполняемый модуль, который способен к самостоятельной разархивации находящихся в нем файлов без использования программы - архиватора. Самораспаковывающийся архив получил название SFX - архив (SelF - eXtracting). Архивы такого типа в MS DOS обычно создаются в форме .ЕХЕ - файла.
Многие программы - архиваторы производят распаковку файлов, выгружая их на диск, но имеются и такие, которые предназначены для создания упакованного исполняемого модуля (программы). В результате такой упаковки создается программный файл с теми же именем и расширением, который при загрузке в оперативную память самораспаковывается и сразу запускается. Вместе с тем возможно и обратное преобразование программного файла в распакованный формат. К числу таких архиваторов относятся программы PKLITE, LZEXE, UNP. Программа EXPAND, входящая в состав утилит операционной системы MS DOS и оболочки Windows, применяется для распаковки файлов программных продуктов, поставляемых фирмой Microsoft.
Программы - архиваторы RAR и AIN, кроме обычного режима сжатия, имеют режим solid, в котором создаются архивы с повышенной степенью сжатия и особой структурой организации. В таких архивах все файлы сжимаются как один поток данных, т.е. областью поиска повторяющихся последовательностей символов является вся совокупность файлов, загруженных в архив, и поэтому распаковка каждого файла, если он не первый, связана с обработкой других. Архивы такого типа предпочтительнее использовать для архивирования большого числа однотипных файлов. Способы управления программой - архиваторомУправление программой - архиватором осуществляется оУправление программой - архиватором осуществляется одним из двух способов: 1. с помощью командной строки MS DOS, в которой формируется команда запуска, содержащая имя программы - архиватора, команду управления и ключи ее настройки, а также имена архивного и исходного файлов; подобное управление характерно для архиваторов ARJ, AIN, ZIP, РАК, LHA и др.; 2. с помощью встроенной оболочки и диалоговых панелей, появляющихся после запуска программы и позволяющих вести управление с использованием меню и функциональных клавиш, что создает для пользователя более комфортные условия работы. Такое управление имеет программа - архиватор RAR.
Основная литература
информация графический звуковой архивация
1 Н.В. Макарова, В.Б. Волков Информатика Питер 2011 стр 576
. Комплект пособий для подготовки к ЕГЭ-2011. Информатика П.А. Якушкин, Д.М.Ушаков Издательство: "Экзамен" Год: 2010 - 2011,192-224 ст.
. Информатика. Учебник В.А. Каймин Издательство: Инфра-М Год: 2001 Страниц: 286
. Информационная культура: Кодирование информации. Информационные модели. 9-10 классы. М.: Дрофа, 2000, 208 с.