Данные. Операции с данными. Представление данных в ПК.

Дисциплина «Информатика»

Данные – поддающееся многократной интерпретации представление информации в формализованном виде, пригодном для передачи, связи, или обработки.

Для долговременного хранения данных обычно используются базы данных. Данные в памяти могут быть организованы в различные виды структур данных, таких как массивы, связанные списки или объекты. Структуры данных могут хранить данные различных типов, включая числа, строки и другие структуры данных. Ввод и вывод данных в компьютеры производится через периферийные устройства.

В вычислительной технике данные обычно отличают от программ. Программа представляет собой набор данных, содержащих последовательность инструкций, исполняемых компьютером и детализирующих вычисление или задачу. Согласно принципу фон Неймана, имеющему место в большинстве современных компьютеров, одна и та же область памяти может содержать как программу (в частности, машинный код), так и иные данные, то есть и то и другое выражается в виде одинаковых информационных форм, как правило, в виде двоичного кода.

В языках высокого уровня данные воплощаются в виде переменных. Данные с точки зрения процесса (выполняемой программы) – содержимое части адресного пространства.

Операции с данными: В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом.

Второй фактор, также вызывающий общее увеличение объёмов обрабатываемых данных, тоже связан с НТП, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.

Основные операции, которые можно производить с данными: 1) сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений; 2) формализация данных – приведения данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, т.е. повысить их уровень доступности; 3) фильтрация данных – отсеивание лишних данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшатся уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать; 4) сортировка данных – упорядочивание данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации; 5) архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надёжность информационного процесса в целом; 6) защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных; 7) приём, передача данных между удалёнными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом; 8) преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя.

Итак, работа с информацией может иметь огромную трудоёмкость, а, следовательно, её надо автоматизировать.

Представление данных в памяти ПК: числа, символы, звук, изображение, графика. Кодирование чисел. Двоично-десятичное кодирование. Представление целых и дробных чисел. Представление целых чисел в дополнительном коде. 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:

1) 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. 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 и т.д.

В непозиционной системе счисления цифры не изменяют своего количественного значения при изменении их расположения 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).

2) 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.

3) 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. 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.

4) Кодирование символов. Для кодирования символов достаточно одного байта. При этом можно представить 256 символов. В настоящее время используются и двухбайтовые представления символов.

5) Двоично-десятичное кодирование. В некоторых случаях при представлении чисел в памяти ЭВМ используется смешанная двоично-десятичная "система счисления", где для хранения каждого десятичного знака нужен полубайт (4 бита) и десятичные цифры от 0 до 9 представляются соответствующими двоичными числами от 0000 до 1001. Например, упакованный десятичный формат, предназначенный для хранения целых чисел с 18-ю значащими цифрами и занимающий в памяти 10 байт (старший из которых знаковый), использует именно этот вариант.

6) Представление целых чисел в дополнительном коде. Другой способ представления целых чисел – дополнительный код. Диапазон значений величин зависит от количества бит памяти, отведенных для их хранения.

1)материнская плата – основная плата персонального компьютера. На ней размещаются: процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций; микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих функциональные основные возможности материнской платы; шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; оперативная память (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных и даже при выключенном компьютере; разъёмы для подключения дополнительных устройств (слоты);

2) Жёсткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объёмов данных и программ. Управление работой жёсткого диска выполняет аппаратно-логическое устройство – контроллёр жёсткого диска. К основным параметрам жёстких дисков относятся ёмкость и производительность. Ёмкость современных жёстких дисков может достигать нескольких Тбайт. Производительность диска оценивается скоростью внутренней передачи данных, которая может достигать 30¸80 Мбайт/с. С производительностью диска, кроме скорости внутренней передачи данных, напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных. Этот показатель может составлять 5, 10 микросекунд (мкс) в зависимости от скорости вращения диска;

3) Дисковод гибких дисков – специальный накопитель для оперативного переноса небольших объемов информации на гибкие магнитные диски (дискеты) или с дискет на жесткий диск или в ОЗУ;

4) Дисковод компакт-дисков (постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска) – устройство для считывания больших объемов числовых данных с помощью лазерного луча. Основным параметром дисководов является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения, была принята скорость чтения 150 Кбайт/с, двукратная скорость чтения 300 Кбайт/с, четырехкратная – 600 Кбайт/с и т.д;

5) Видеокарта (видеоадаптер) – это устройство, образующее совместно с монитором видеоподсистему компьютера. Видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер выполняет функции видеоконтроллёра, видеопроцессора и видеопамяти. Одним из важнейших параметров видеосистемы является разрешение экрана. Для каждого размера монитора существует своё оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер. Оптимальное разрешение экрана для монитора размером 15 дюймов – 800×600;

17 дюймов – 1024×768; 19 дюймов – 1280×1024 (1 дюйм равен 2,54 см). Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нём видеопамяти;

6) Звуковая карта – устройство, выполняющее вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звуковая карта подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты. Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой формы в цифровую форму и наоборот.

На лицевой панели располагается две кнопки – кнопка включения «Power» и кнопка перезагрузки компьютера «Reset». Также там находятся два дисковода – для дискет и компакт-дисков, и световые индикаторы – индикатор обращения к жёсткому диску и индикатор включения.