Способы предоставления информации на компьютерах

ВЕДЕНИЕ  

      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.  
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАДАЧА  № 1 

СПОСОБЫ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА КОМПЬЮТЕРАХ  

      Современный компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и  видео информацию. Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде.

Представление текстовых данных

     Любой текст состоит из последовательности символов. Символами могут быть буквы, цифры, знаки препинания, знаки математических действий, круглые и квадратные скобки и т.д. Текстовая информация, как  и любая другая, хранится в памяти компьютера в двоичном виде. Для  этого каждому символу ставится в соответствие некоторое неотрицательное  число, называемое кодом символа, и  это число записывается в память ЭВМ в двоичном виде. Конкретное соответствие между символами и  их кодами называется системой кодировки. В современных ЭВМ, в зависимости  от типа операционной системы и конкретных прикладных программ, используются 8-разрядные  и 16-разрядные (Windows 98, 2000, Vista, XP) коды символов.

Представление графической информации

     Интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах. Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой или дискретной. Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно - это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета - это дискретное представление. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений. Она изучает методы и приемы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Для каждого вида используется свой способ кодирования графической информации.

Представление звуковой информации

      Компьютер широко применяют в настоящее  время в различных сферах. Не стала  исключением и обработка звуковой информации, музыка. До 1983 года все записи музыки выходили на виниловых пластинках и компакт-кассетах. Развитие аппаратной базы современных компьютеров параллельно с развитием программного обеспечения позволяет сегодня записывать и воспроизводить на компьютерах музыку и человеческую речь. 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.

   Реальные  звуковые волны имеют весьма сложную  форму и для получения их высококачественного  цифрового представления требуется высокая частота квантования. Звуковая плата преобразует звук в цифровую информацию путем измерения характеристики звука (уровень сигнала) несколько тысяч раз в секунду. То есть аналоговый (непрерывный) сигнал измеряется в тысячах точек, и получившиеся значения записываются в виде 0 и 1 в память компьютера. При воспроизведении звука специальное устройство на звуковой карте преобразует цифры в аналог звуковой волны. Хранение звука в виде цифровой записи занимает достаточно много места в памяти компьютера. Число разрядов, используемое для создания цифрового звука, определяет качество звучания.

   MIDI-информация  представляет собой команды, а  не звуковую волну. Эти команды  - инструкции синтезатору. МIDI-команды  гораздо удобнее для хранения  музыкальной информации, чем цифровая  запись. Однако для записи MIDI-команд вам потребуется устройство, имитирующее клавишный синтезатор, которое воспринимает МIDI-команды и при их получении может генерировать соответствующие звуки.

Представление видео

     В последнее время компьютер все  чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, с позволения сказать, работой  является просмотр кинофильмов и  видеоклипов, а также (куда компьютерным пользователям без них!) многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.

     Что представляет собой фильм с точки  зрения информатики? Прежде всего, это  сочетание звуковой и графической  информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется технология быстрой смены статических  картинок. Исследования показали, что  если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной - 24.

При использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком, а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры). 

     Существует  множество различных форматов представления видеоданных, таких как *.mpg, *.avi, *. mkv, *.3gp и др.

     Наиболее  популярные программы проигрывания видеофайлов позволяют использовать замещаемые подсистемы сжатия и восстановления видеоданных - кодеки (от англ. compression/decompression - codec). К ним относится самый распространенный пакет кодеков - K-Lite Codec Pack.  
 

ЗАДАЧА  № 2 

ФАЙЛОВАЯ  СИСТЕМА 

   Без возможности  работы с информацией наши компьютеры сразу же превращаются в необыкновенно  дорогую кучу железа, не более. Файловая система есть основа основ, на которой  базируется любая манипуляция с  данными, производимая на ПК: от загрузки операционной системы до чтения текстовых  файлов в "блокноте".

     Совокупность  каталогов и системных структур данных, отслеживающих размещение файлов на диске и свободное дисковое пространство, называется файловой системой (ФС). Основной структурной единицей любой файловой системы является файл и каталог.

ФС включает:

1. совокупность всех файлов на диске
2. наборы и структуры данных, которые используются для управления файлами.
3. комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами.

Основные функции  файловой системы:

1. идентификация файлов – связывание имени файла и его местонахождения
2. распределение внешней памяти между файлами
3. обеспечение надежности и отказоустойчивости
4. обеспечение защиты от несанкционированного доступа
5. обеспечение совместного доступа

   В Windows существует три возможных варианта файловой системы: NTFS, FAT32 и редко используемая устаревшая система FAT (также известная как FAT16).

   В эпоху DOS и Windows 3.1 не было возможности выбирать файловую систему - все работали в FAT16 и были довольны. Конечно, не из-за того, что причин для недовольства не было, просто альтернативы на то время не существовало. С выходом в свет Windows 95 альтернатива появилась, но выбор между FAT16 и FAT32 был настолько очевиден, что без лишних вопросов более новая версия одержала верх. Операционные системы Windows NT/2000, несмотря на поддержку NTFS, революцию в умах обладателей домашних ПК так и не совершили, поскольку это были системы, больше ориентированные на серверы. А вот с появлением Windows XP на беззащитные головы пользователей таки свалилась проблема выбора между FAT32 и NTFS. Ведь каждому из нас хочется, как минимум, не отставать от прогресса и применять к своему железному другу последние достижения научно-технического прогресса. Однако кое-что все-таки заставляет нас размышлять на тему "Стоит или не стоит?", и это кое-что - увы, отнюдь не безграничные ресурсы нашего компьютера. Итак, какую же из двух ФС предпочесть?

FAT32

   Теоретически  размер логического диска FAT32 ограничен 8 Тб. На практике же встроенные в Windows 2000/XP средства администрирования дисков не позволят создать раздел размером более 32 Гб. Но даже этого для сегодняшних  ПК хватает с лихвой.

   Имена файлов в FAT32 могут содержать до 255 символов. Максимально возможный  размер одного файла составляет 4 Гб.

     Пожалуй, одной из важнейших характеристик  ФС является стабильность, то есть устойчивость к ошибкам. У FAT32 с этим дела обстоят, прямо говоря, не важно. Наиболее распространенная ошибка, которая знакома всем обладателям Windows 98, - неправильно записанные данные о количестве свободного места. Она  возникает по причине того, что  данные о количестве свободного места  не вычисляются, как это происходило  в FAT16, а просто записываются в загрузочную  область. И когда возникает сбой в процессе копирования (удаления, перемещения) файла, ОС не успевает записать обновленные  данные о свободном месте на диске, хотя на самом деле оно изменилось. В результате возникает ошибка, исправить которую можно лишь полной проверкой винчестера специальной программой.

     К тому же FAT32 довольно сильно подвержен  фрагментации (особенно при заполнении диска более чем на 80%) - это  существенно замедляет работу. В  особо запущенных случаях фрагментация может привести даже к "падению" всей ФС.

NTFS

     Ограничения на размер жесткого диска, выставляемые NTFS, сегодня недостижимы - 2 000 000 Гб, так  что, можно сказать, ограничений  попросту нет. Первые 12% диска под  управлением NTFS отводятся под основную таблицу файлов MFT (Master File Table). Она представляет собой каталог всех имеющихся файлов, причем файлы небольшого размера (100 байт) хранятся прямо в MFT - это заметно ускоряет доступ к ним. Для работы ФС очень важны первые 16 элементов MFT (указатели на системные файлы) и поэтому на диске хранится копия этих записей. В результате "снести" NTFS довольно непросто: система в состоянии обойти серьезные неисправности поверхности диска и пережить даже повреждение MFT (аналогичная ситуация для FAT закончилась бы фатально).

     Каталог в NTFS представляет собой специфический  файл, хранящий ссылки на другие файлы  и каталоги. Его внутренняя структура  подобна бинарному дереву, что  позволяет в десятки раз сократить  время поиска нужного файла (так  называемый метод деления пополам). Чем больше файлов в каталоге, тем  больше преимущество перед FAT32 при поиске.

     Имя файла может содержать любые  символы, включая полный набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode (65535 разных символов). 
 
 
 

ЗАДАЧА  № 3 

ПРИКЛАДНОЕ  ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 

     Количество  программ, установленных на современном  компьютере, исчисляется сотнями  и даже тысячами. Именно они обеспечивают комфортную работу пользователя.

     Программное обеспечение (ПО) подразделяется на системное  и прикладное. Последнее, в конечном счете, представляет наибольший интерес  для пользователя, так как именно оно предназначено для решения  конкретных задач, будь то поиск информации в Интернете, решение дифференциального  уравнения, подготовка документа или  просмотр фильма. Какое прикладное обеспечение понадобится конкретному  пользователю, зависит от сферы его  интересов и рода деятельности.

     Пакеты  прикладных программ (ППП) - служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

     Установка программных продуктов на компьютер  выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи - потребители информации. Прикладные программы предназначены для того, чтобы обеспечить применение вычислительной техники в различных сферах деятельности человека. Помимо создания новых программных продуктов разработчики прикладных программ большие усилия тратят на совершенствование и модернизацию популярных систем, создание их новых версий.