Технологии архивирования и сжатия данных

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ЧитГУ)

Институт переподготовки и повышения квалификации

Курсовая работа

По дисциплине: Информационные технологии в экономике

Тема: Технологии архивирования и сжатия данных

Выполнил ст.гр. ЭУГСКр-08

Лупандин Семён Юрьевич

Чита 2010г.

Содержание

Введение

1 Сжатия информации

2 Основные технические характеристики процессов сжатия

3 Степень сжатия информации

4 Программы сжатия информации

Заключение

Список использованных источников

Введение

Методы сжатия данных имеют достаточно длинную историю развития, которая началась задолго до появления первого компьютера. Первые теоретические разработки в области сжатия информации относятся к концу 40-х годов. В конце семидесятых появились работы Шеннона, Фано и Хафмана.

Целью процесса сжатия, как правило, есть получение более компактного выходного потока информационных единиц из некоторого изначально некомпактного входного потока при помощи некоторого их преобразования.

Сжатие данных - это процесс, обеспечивающий уменьшение объема данных путем сокращения их избыточности. Сжатие данных связано с компактным расположением порций данных стандартного размера.

Что бы файлы занимали меньше места на жестком диске их архивируют. Архивирование происходит с помощью программ архиваторов.

1 Сжатие информации

Сжатие информации - проблема, имеющая достаточно давнюю историю, гораздо более давнюю, нежели история развития вычислительной техники, которая (история) обычно шла параллельно с историей развития проблемы кодирования и шифровки информации. Все алгоритмы сжатия оперируют входным потоком информации, минимальной единицей которой является, бит, а максимальной - несколько бит, байт или несколько байт.

Целью архивации файлов является экономия места на жестком или гибком магнитном диске. Кому не приходилось время от времени задумываться над тем, войдет ли данный файл на дискету? Существует большое число программ-архиваторов, имеются и специальные системные программные средства типа Stacker или Doublespace и т.д., решающие эту проблему.

Количество данных, которые переносятся с одного компьютера на другой, исчисляются уже не мегабайтами, как это было еще несколько лет назад, а гигабайтами и даже терабайтами.

Казалось бы, при таком большом объеме информации, проблема нехватки свободного пространства на носителе должна была бы полностью исчезнуть. Однако и сегодня нередко можно попасть в ситуацию, когда ваш любимый Nero отказывается записывать DVD-диск, ссылаясь на нехватку свободного места на лазерном диске. В этом случае приходится прибегать к архивации файлов и подбирать оптимальный формат с максимальной степенью сжатия.

Архивирование файлов используется также при резервном копировании данных. При выходе носителя информации из строя теряется огромное количество данных, поэтому создание резервной копии - это уже такая же привычная мера предосторожности, как и использование антивируса.

Архивируют файлы обычно еще и для того, чтобы они занимали меньше места на жестком диске. Также сжатие необходимо при пересылке файлов по электронной почте, копировании информации на другие компьютеры и т.д.

Для архивирования файлов используются специальные программы -архиваторы. Это программы, предназначены для упаковки файлов путем сжатия хранимой в них информации.

Сжатие - это процесс преобразования информации, которая содержится в файле, к виду, при котором убирается все лишнее, в результате чего уменьшается размер файла. Такими "лишними" данными в файлах могут быть повторяющиеся символы, постоянные биты и т.д. Соответственно, и методы сжатия могут быть разными.

2. Основные технические характеристики процессов сжатия

Основными техническими характеристиками процессов сжатия и результатов их работы являются:

- степень сжатия (compress rating) или отношение (ratio) объемов исходного и результирующего потоков;

- скорость сжатия - время, затрачиваемое на сжатие некоторого объема информации входного потока, до получения из него эквивалентного выходного потока;

- качество сжатия - величина, показывающая на сколько сильно упакован выходной поток, при помощи применения к нему повторного сжатия по этому же или иному алгоритму.

Существует несколько различных подходов к проблеме сжатия информации. Одни имеют весьма сложную теоретическую математическую базу, другие основаны на свойствах информационного потока и алгоритмически достаточно просты. Любой способ подход и алгоритм, реализующий сжатие или компрессию данных, предназначен для снижения объема выходного потока информации в битах при помощи ее обратимого или необратимого преобразования. Поэтому, прежде всего, по критерию, связанному с характером или форматом данных, все способы сжатия можно разделить на две категории: обратимое и необратимое сжатие.

Под необратимым сжатием подразумевают такое преобразование входного потока данных, при котором выходной поток, основанный на определенном формате информации, представляет, с некоторой точки зрения, достаточно похожий по внешним характеристикам на входной поток объект, однако отличается от него объемом. Степень сходства входного и выходного потоков определяется степенью соответствия некоторых свойств объекта (т.е. сжатой и несжатой информации, в соответствии с некоторым определенным форматом данных), представляемого данным потоком информации.

Такие подходы и алгоритмы используются для сжатия, например, данных растровых графических файлов с низкой степенью повторяемости байтов в потоке. При таком подходе используется свойство структуры формата графического файла и возможность представить графическую картинку приблизительно схожую по качеству отображения (для восприятия человеческим глазом) несколькими способами. Поэтому, кроме степени или величины сжатия, в таких алгоритмах возникает понятие качества, т.к. исходное изображение в процессе сжатия изменяется, то под качеством можно понимать степень соответствия исходного и результирующего изображения, оцениваемая субъективно, исходя из формата информации. Для графических файлов такое соответствие определяется визуально, хотя имеются и соответствующие интеллектуальные алгоритмы и программы.

Необратимое сжатие невозможно применять в областях, в которых необходимо иметь точное соответствие информационной структуры входного и выходного потоков. Данный подход реализован в популярных форматах представления видео и фото информации, известных как JPEG и JFIF алгоритмы и JPG и JIF форматы файлов.

Обратимое сжатие всегда приводит к снижению объема выходного потока информации без изменения его информативности, т.е. - без потери информационной структуры. Более того, из выходного потока, при помощи восстанавливающего или декомпрессирующего алгоритма, можно получить входной, а процесс восстановления называется декомпрессией или распаковкой, и только после процесса распаковки данные пригодны для обработки в соответствии с их внутренним форматом.

В обратимых алгоритмах кодирование как процесс можно рассматривать со статистической точки зрения, что еще более полезно, не только для построения алгоритмов сжатия, но и для оценки их эффективности. Для всех обратимых алгоритмов существует понятие стоимости кодирования. Под стоимостью кодирования понимается средняя длина кодового слова в битах. Избыточность кодирования равна разности между стоимостью и энтропией кодирования, а хороший алгоритм сжатия всегда должен минимизировать избыточность (напомним, что под энтропией информации понимают меру ее неупорядоченности.). Фундаментальная теорема Шеннона о кодировании информации говорит о том, что «стоимость кодирования всегда не меньше энтропии источника, хотя может быть сколь угодно близка к ней ». Поэтому, для любого алгоритма, всегда имеется некоторый предел степени сжатия, определяемый энтропией входного потока.

3. Степень сжатия информации

Степень сжатия информации зависит от нескольких причин:

Во-первых, большое значение имеет тип сжимаемых данных. Лучше всего сжимаются графические, текстовые файлы. Для них степень сжатия может быть от пяти до сорока процентов. Хуже сжимаются файлы исполняемых программ, загрузочных модулей, файлы мультимедиа.

Во-вторых, большое значение имеет метод сжатия.

В-третьих, немаловажно и то, какой архиватор используется. При выборе типа архиватора обычно руководствуются следующими соображениями: чтобы степень сжатия была как можно выше, а времени на упаковку и распаковку файлов уходило как можно меньше.

4. Программы сжатия информации

Сжатие происходит с помощью программ архиваторов. На сегодняшний день наиболее распространенными являются четыре архиватора -- WinRar, WinAce, 7Zip и WinZip. Что касается последней программы, она не выдерживает никакой критики.

Более подробно остановимся на архиваторе - WinRar Данный архиватор может ассоциироваться со следующими типами файлов: RAR, ZIP, CAB, ARJ, LZH, ACE, 7-Zip, TAR, GZip, UUE, BZ2, JAR, ISO.

Программа поддерживает файлы практически неограниченного размера (до 8,589,934,591 Гб). Правда, для работы с файлами размером более 4 Гб вам необходимо работать в файловой системе NTFS.

При выборе оптимальных настроек для сжатия необходимо учитывать несколько моментов:

Несмотря на то, что WinRAR поддерживает формат ZIP, в большинстве случаев рекомендуется выбирать RAR. Это обеспечит более высокий уровень сжатия. Вы можете сжать файлы в ZIP, если вы не уверены, что на компьютере, на котором будут распакованы файлы, будет установлена программа, с помощью которой можно будет распаковать файлы в формате RAR.

Необходимо определиться, какой метод компрессии лучше всего использовать. Чем выше степень сжатия, тем больше времени уйдет на архивацию, поэтому тут нужно учитывать, для каких целей архивируются данные. Если это долгосрочное хранение, конечно же, имеет смысл подождать и получить архив с максимальной степенью сжатия, если же вам просто необходимо отослать несколько документов по почте, вам подойдет и обычная (Normal) степень сжатия.

Если вам необходимо достичь максимальной степени сжатия файлов, используйте опцию Create solid archive (Создать непрерывный архив). Однако, она имеет и свои недостатки. Во-первых, для распаковки таких файлов понадобится больше времени, чем для извлечения из обычного архива. Представьте себе, что в вашем архиве две сотни файлов. Если он создан обычным способом, вы без труда можете извлечь один из файлов. Если же вы использовали solid archive, тот тут будет иметь значение, каким по счету бы заархивирован нужный вам файл. Если он был в середине второй сотни, то для его распаковки программе будет нужно распаковать 150 файлов, пока она доберется до него. Создание архивов таким способом также может повлечь за собой большие утраты, ведь если архив окажется поврежден, вы потеряете все файлы, которые в нем находились. В случае же запаковки обычным способом вы сможете извлечь из поврежденного архива пусть не все, но большинство файлов.

Если необходимо создать большой архив, на это может уйти довольно много времени. WinRar позволяет определить, сколько примерно времени уйдет на выполнение того или иного задания. Для этого предназначена опция Benchmark and hardware test. Еще одна причина, по которой можно использовать эту опцию -- определение возможных ошибок, которые могут возникнуть при архивации на компьютере той или иной конфигурации по причине аппаратного сбоя.

Среди других настроек WinRar'a можно отметить возможность создания самораспаковывающихся архивов с указанием пути распаковки. Такие файлы не требуют наличия на компьютере, на котором их планируется разархивировать, программы-архиватора. Подобные архивы получили название SFX-archives. Их недостатком по сравнению с обычными архивными файлами является больший размер, так как они, кроме собственно запакованных файлов, содержат также исполнительный EXE-модуль.

Cодержимое RAR-архива можно сделать невидимым. Для этого в настройках программы, в окне Archiving with Password нужно установить флажок напротив строки Encrypt File Names.

Можно также установить пароль на открытие архива. В результате ошибки передачи архива по локальной сети или скачивания его из Интернета, а также по причине аппаратного сбоя или вирусной атаки архив может быть поврежден. WinRar позволяет определить целостность данных, протестировав архив с помощью опции Test Archived Files.

Для того чтобы свести к минимуму вероятность потери данных, при создании архивов WinRar рекомендуется использовать опцию Put Recovery Record (этот флажок можно найти на вкладке General окна создания архива).

Если это было сделано, то в случае повреждения архива его можно будет восстановить.

Кроме этого в WinRar, можно уменьшить вероятность повреждения RAR-архива, указав при его создании размер информации для восстановления. Для этого нужно выполнить команду Commands > Protect Archive From Damage в окне Winrar. При этом объем Recovery Record не может превышать десяти процентов от общего размера архива.

Для восстановления поврежденных RAR-архивов необходимо выбрать нужный файл в окне WinRar и выполнить команду Tools > Repair.

WinRAR умеет встраиваться в контекстное меню, причем поддерживает не только меню проводника, но и других программ, например популярного файлового менеджера Total Commander. Это дает возможность быстро архивировать файлы, используя настройки по умолчанию и не открывая для этого окно программы. Кстати, настройки по умолчанию можно изменить, в соответствии с тем, какие требования вы предъявляете к своим архивам. Сделать это можно, открыв окно WinRar и выполнив команду Options > Settings. В этом окне нужно перейти на вкладку Compression и нажать кнопку Create Default. Настройки, заданные в этом окне и будут использоваться для быстрой архивации. Если же требуется изменить настройки архивации, это тоже можно сделать при помощи контекстного меню. Для этого нужно выбрать команду Add to Archive… Тут можно установить формат и степень сжатия, указать имя архива и выбрать другие параметры архивации.

WinRar позволяет сохранять установленные пользователем настройки в файл с расширением Reg. Позднее этот файл можно импортировать в программу, чтобы повторно использовать заданную конфигурацию. В этом файле хранится такая информация, как история архивов, которые недавно создавались, параметры сжатия по умолчанию и пр.

Еще одна удобная опция Winrar - возможность создания собственных закладок - Favorities. Очень часто бывает необходимо производить регулярное архивирование одних и тех же папок на жестком диске. Добавив в закладки информацию о месторасположении этих папок, можно быстро переходить в них в окне программы и производить архивацию необходимых файлов и вложенных директорий.

Заключение

Данные хранятся в форме, обеспечивающей их наиболее простое использование, например: обычные книжные тексты, ASCII коды текстовых редакторов, двоичные коды данных ЭВМ, отдельные отсчеты сигналов в системах сбора данных и т.д. Однако такое наиболее простое в использовании представление данных требует вдвое - втрое, а иногда и в сотни раз больше места для их сохранения и полосу частот для их передачи, чем на самом деле нужно. Поэтому сжатие данных - это одно из наиболее актуальных направлений современной радиотехники.

Таким образом, цель сжатия данных - обеспечить компактное представление данных, вырабатываемых источником, для их более экономного сохранения и передачи по каналам связи.

Список использованных источников

1. Пятибратова А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / А.П. Пятибратова., Вычислительные системы сети. - М.: Финансы и статистика, 1998.

2. Игер Б. Работа в Internet / Б.Игер., Работа в Internet.-Пер.с англ.М.: БИНОМ. - 1996.

3. Морозевич А.Н. Основы информатики: Учеб. пособие / А.Н. Морозевич, Н.Н. Говядинова и др.; Под ред. А.Н. Морозевича. - Мн.: Новое знание, 2006.

4. Балдин К.В. Информационные системы в экономике / В. Б. Уткин, К.В. Балдин, Издательство: Академия, 2008 г., 288 стр.

5. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии / Под редакцией Ю. Д. Романовой, Издательство: Эксмо, 2006 г., 592 стр.