В вычислительной технике данные и программы обычно различают. Программа является набором инструкций, которые детализируют вычисление или задачу, производимую компьютером. Данные - это всё отличное от программного кода (закодированная информация).

С точки зрения программиста данные - это часть программы, совокупность значений определённых ячеек памяти, преобразование которых осуществляет код. С точки зрения компилятора, процессора, операционной системы данные - это совокупность ячеек памяти, обладающих определёнными свойствами (возможностью чтения и записи (необязательно), невозможностью исполнения).

Контроль доступа к данным в современных компьютерах осуществляется аппаратно.

В соответствии с принципом фон Неймана, одна и та же область памяти может хранить как данные, так и исполняемый код.

Типы данных

Традиционно выделяли два типа данных - двоичные (binary) и текстовые. Теперь существуют также и графические, и звуковые, и видеоданные.

Двоичные данные обрабатываются только специализированным программным обеспечением, знающим их структуру, все остальные программы передают такие данные без изменений.

Текстовые данные воспринимаются передающими системами как текст, записанный на каком-либо языке. Для них может осуществляться перекодировка (из кодировки отправляющей системы в кодировку принимающей), могут заменяться символы переноса строки, изменяться максимальная длина строки, количество пробелов в тексте.

Передача текстовых данных как двоичных приводит к необходимости изменять кодировку в прикладном программном обеспечении (это умеет большинство прикладного ПО, отображающего текст, получаемый из разных источников), передача двоичных данных как текстовых может привести к их необратимому повреждению.

Двоичное кодирование данных

Для автоматизации работы с данными, которые относятся к различным типам, необходимо унифицировать их форму представления. Системный код вычислительной техники - двоичное кодирование, основанное на представлении данных в виде последовательностей двух знаков - 1 и 0. Эти знаки называются двоичными цифрами (binary digits или bits). Все данные (в стандартных вычислительных системах) на самом низком уровне представлены именно в двоичном коде.

Одним битом кодируются два значения - 0 и 1.

Двумя битами - четыре значения - 00, 01, 10, 11.

Тремя битами - восемь значений - 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Увеличение на единицу количества разрядов двоичной системы кодирования приводит к увеличению в 2 раза количества значений, которое может быть ими закодировано. Общее количество различных кодируемых значений равно 2^m, где m - количество битов.

На практике в качестве минимальной единицы представления данных обычно используется байт (8 битов) или группа байтов.

Кодирование целых чисел

Алгоритм перевода неотрицательных целых десятичных чисел в двоичные:

1. Разделить число на 2. Зафиксировать остаток (0 или 1) и частное.

2. Если частное не равно нулю, то разделить его на 2 ещё раз. Делать так до тех пор, пока частное не станет равно 0.

3. Записать все полученные остатки, начиная с первого, справа налево.

Обратный перевод (из двоичной системы счисления в десятичную) можно произвести так:

1. Пронумеровать разряды исходного двоичного числа справа налево, начиная с 0.

2. Сложить произведения цифр исходного числа на 2ⁿ, где n - номер соответствующего разряда, присвоенный ему на предыдущем шаге.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 хватит 8 битов (1 байта), от 0 до 65 535 - 16 битов, от 0 до 16 777 216 - 24 битов.

А как насчёт отрицательных целых чисел? На этот случай у процессора есть специальная арифметика, называемая двоичной дополнительной арифметикой. В ней байт выражает числа от - 128 до + 127, включая 0, т. е. тоже 256 различных чисел. Признаком отрицательного числа является включённый старший бит. Два байта выражают числа от - 32 768 до + 32 767, а за знак в этом случае отвечает старший бит старшего байта.

Заметим, что кроме только что описанной обычной системы кодирования целых чисел существует также т. н. код Грея, в котором записываются сервокоды на жёсткие диски. В этой системе кодирования при переходе от одного числа к соседнему изменяется всего один двоичный разряд. При этом информация считывается и обрабатывается намного быстрее, чем при обычном двоичном кодировании (правда, возможности обработки весьма ограничены: например, числа нельзя складывать, но для сервокодов это и не нужно).

Кодирование текстовых данных

Для кодирования текста каждому символу из некоторого набора ставится в соответствие определённое двоичное число. Поначалу было принято каждый символ кодировать одним байтом. Количество возможных символов при этом равно 256.

ASCII (American Standard Code for Information Interchange - стандартный американский код для обмена информацией) - это международная кодовая таблица, охватывающая почти всю первую половину упомянутого пространства из 256 символов (коды от 32 до 127) (за коды 128-255 ASCII не отвечает, а область 0-31 оставляет для т. н. управляющих кодов, применяющихся для управления компьютерами В первой половине 90-х годов людям, работающим с компьютерами, стоило знать некоторые из этих кодов, но сегодня это уже не требуется.). С помощью ASCII кодируются строчные и прописные буквы латинского алфавита, цифры, все знаки препинания, а также различные специальные символы (%, #, &, -, *, $ и др.). Данный стандарт обязателен для всех стран и всех компьютеров.

Однако что же делать с другими буквами (греческими, турецкими, русскими, немецкими и т. д.)? Ведь, во-первых, 7 битов уже не хватит для их кодирования, а во-вторых, алфавит у каждой страны свой, так что подходящая для одной страны кодовая таблица не подойдёт для другой. Пришлось разрабатывать т. н. кодовые страницы (codepages). У всех них младшая часть (от 32 до 127) обязательно совпадает с ASCII, а старшая (от 128 до 255) отдана под тот или иной национальный стандарт. Это позволило правильно отображать и обрабатывать как латинские буквы, так и буквы национальных алфавитов на любом компьютере.

Кодовые страницы обозначаются трёх- или четырёхзначными числами, причём для каждой страны имеется свой набор допустимых кодовых страниц. К сожалению, для славянских языков, т. е. языков, использующих кириллицу, нет единых правил кодирования. Существует множество кодировок: ГОСТ, ISO, а также кодовые страницы, принятые крупными компаниями (IBM, Microsoft, Apple) для стран СНГ. Дополнительную неразбериху вносит то, что кодировки могут быть ориентированы на определённую ОС (например, на MS-DOS, OS/2, Windows, UNIX, Mac OS) и на ту или иную область применения (например, на документооборот, WWW, электронную почту).

В связи с этим назовём только две наиболее популярные для нашей страны кодовые страницы: CP 866 (для MS-DOS и OS/2) и CP 1251 (для Windows). “CP” как раз и означает “codepage”. Обе кодовые страницы содержат русские буквы, а также уникальные буквы украинского и белорусского алфавитов.

Что же касается русскоязычной части Интернета, то в WWW большинство документов кодируется с помощью CP 1251, а для сообщений электронной почты широко используется кодировка КОИ-8 (код обмена информацией 8-разрядный). Существуют русская и украинская версии этой кодировки: КОИ8-Р и КОИ8-У соответственно.

Однобайтовое кодирование текста имеет ряд недостатков:

1. Поскольку один и тот же байт в разных кодировках может означать разные символы, для правильного распознавания последних программе нужно сообщить помимо кода ещё и номер кодовой страницы.

2. Вследствие небольшой длины кода (1 байт) соответствующие кодовые страницы ориентированы, в первую очередь, на европейские алфавиты и не подходят для кодирования иероглифов. Т. е. жители восточных стран не смогут работать с компьютером на родном для них языке, оставаясь в рамках 1-байтового кодирования.

3. Поскольку каждый документ создаётся в определённой кодировке, в одном документе нельзя использовать несколько кодовых страниц. Это значит, что в тексте не смогут соседствовать, скажем, русские и турецкие буквы.

От перечисленных недостатков свободен новый двухбайтовый способ кодирования текста (Unicode), предложенный в 1991 г. Он позволяет закодировать очень большое количество символов из разных алфавитов (2¹⁶ = 65 536). В документах Unicode могут соседствовать математические символы, кириллица, латинские, греческие буквы и даже китайские иероглифы.

Согласно стандарту Unicode каждой письменности выделяется своя область кодов. Так, для латиницы отведена область с кодами от 0 до 255, называемая Latin-1 (её младшая часть совпадает с кодами ASCII). Далее идут области для расширенной латиницы, фонетических и диакритических знаков, греческого и коптского языков. Символам кириллицы выделена область кодов от 1024 до 1279. В следующих занятых областях размещаются символы армянской письменности (1328-1423), иврита (1424-1535), арабской письменности (1536-1791) и т. д.

В таблице Unicode предусмотрены места для букв практически всех известных алфавитов, включая древнеегипетские иероглифы. В результате пользователь может набирать текст одновременно на русском и греческом языках, делать вставки на японском или грузинском. При этом может использоваться один-единственный шрифт Unicode.

Отметим, что в реальных файлах шрифтов Unicode содержатся далеко не все 65 536 возможных символов. Файл с таким количеством символов имел бы немыслимый размер - порядка 100 Мбайт. В обычно используемых шрифтах с т. н. панъевропейским набором символов WGL4 содержатся всего 653 символа, т. е. порядка 1% от полного набора Unicode.

Отдельную проблему представляет Unicode для Интернета. Дело в том, что Unicode непосредственно не совместим с большинством протоколов Интернета, т. к. коды Unicode могут принимать любые значения от 0 до 65 535, а протоколы Интернета обычно используют байты 0-31, 254 и 255 в качестве служебных. Совместимость достигается благодаря специальным форматам преобразования - UTF (Unicode Transformation Format), среди которых наиболее популярен UTF-8. Применение UTF-8 делает Unicode-тексты пригодными для передачи через Интернет.

Хранение данных на магнитных носителях

Хотя с логической точки зрения данные для вычислительных систем хранятся в виде битов 0 и 1, на физических носителях эти биты могут иметь разную физическую природу.

На магнитных носителях (жёстких и гибких дисках, магнитных лентах и др.) определённые группы битов записываются в виде определённых последовательностей т. н. зон смен знака (flux transition). Последние представляют собой зоны, в которых происходит смена направления остаточного магнитного поля. При записи данных на поверхность магнитного диска специальное устройство (шифратор) преобразовывает отдельные биты или их группы в определённые последовательности зон смены знака согласно некоторому алгоритму. При считывании данных дешифратор преобразовывает зоны смены знака в биты. Способов кодирования битов или их групп зонами смены знака было изобретено великое множество, но реально (в IBM-совместимых компьютерах) использовались только три из них: частотная модуляция (FM - Frequency Modulation), модифицированная частотная модуляция (MFM - Modified FM) и кодирование с ограничением длины поля записи (RLL - Run Length Limited).

FM. Этот алгоритм был разработан одним из первых и использовался при записи данных на гибкие диски т. н. одинарной плотности (Single Density) в первых IBM PC. Ёмкость этих односторонних дискет составляла всего 80 К. Хотя в 70-е годы запись по методу FM использовалась во многих устройствах, от него давным-давно повсеместно отказались.

MFM. Основной целью разработчиков этого алгоритма было сокращение количества зон смены знака для записи того же объёма данных по сравнению с FM и, соответственно, увеличение ёмкости накопителя. Не вдаваясь в подробности, скажем, что MFM позволяет записать в два раза больше битов, чем FM при той же плотности зон смены знака. Электроника накопителей и контроллеров, работающих по этому алгоритму, сначала была дорогой, но все трудности были успешно преодолены.

GCR (Group-Coded Recording - запись с групповым кодированием). Этот алгоритм кодирования применялся в накопителях на гибких дисках компьютеров Macintosh. Он существенно отличается от MFM, использовавшейся на большинстве других платформ. Дискеты, отформатированные на компьютерах Macintosh, не могут быть считаны на IBM-совместимых компьютерах, хотя компьютеры Macintosh могут работать как с MFM-, так и с GCR-дискетами.

RLL (используется и поныне) компактнее MFM в полтора раза и компактнее FM в три раза. Это достигается за счёт того, что, в отличие от FM и MFM, кодирующих отдельно каждый бит, RLL кодирует группы по 2, по 3 или по 4 бита. (Здесь можно провести аналогию с технологиями сжатия данных: чем большие блоки сжимаются целиком, тем обычно эффективнее оказывается сжатие).

Системы передачи информации в Интернете

В настоящее время ведущую роль играют связи между компьютерами. Используя модем или локальную сеть, можно получить доступ к другим компьютерам, отправить и получить электронную почту или подключиться к Интернету.

За несколько лет назначение модемного соединения существенно изменилось. Раньше модемы позволяли подключать компьютер к электронным доскам объявлений (Bulletin Board Systems - BBS). Эти частные или коммерческие службы предоставляли терминальный доступ к другим системам. Времена BBS прошли безвозвратно; сетевые коммерческие службы, такие, как America Online и CompuServe, бывшие когда-то лидерами этого сегмента рынка, постепенно отказались от использования собственных протоколов и клиентского программного обеспечения, переродившись в поставщиков доступа к Интернету.

Неудержимое развитие Интернета привело к тому, что модемные и сетевые технологии объединились на основе одних и тех же программ и протоколов. Самый популярный протокол - TCP/IP - повсеместно используется как в локальных сетях, так и в Интернете. При подключении к поставщику услуг Интернета (Internet Service Provider - ISP) пользователь подключается к другой сети посредством модема вместо сетевой платы; в то же время применение широкополосного доступа к Интернету подразумевает использование сетевой интерфейсной платы, встроенного в системную плату порта или же адаптера USB.

Хотя большинство новых ПК всё ещё оснащаются аналоговыми модемами, все больше пользователей отдают предпочтение широкополосным каналам связи. На самом деле в соответствии с отчётом Broadband Update, подготовленным компанией eMarketer.com, в 2005 году больше половины (53%) домашних пользователей Интернета в США отдали предпочтение высокоскоростным соединениям; в 2004 году эта цифра составляла 45,1%, в 2003 - 36,3%, в 2000 - 8,9%, а в 1995 - 0%. Другими словами, если в период с 1995 по 2005 год коммутируемый доступ преобладал, то в 2005 году произошел коренной перелом. Впервые количество пользователей широкополосного доступа превысило количество пользователей коммутируемого доступа, причём не только в США, но и во всём мире.

Важной вехой в этом отношении стал 2004 год, когда количество широкополосных подключений превысило 100 млн. При этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе количество пользователей широкополосного доступа составило 56,6 млн., в Северной Америке -37,7 млн., в Западной Европе - 28,7, в Латинской Америке - 2,3.

Тем не менее, аналоговые модемы пока ещё не следует сбрасывать со счётов, так как они по-прежнему привлекательны благодаря низкой цене и наличию в большинстве переносных ПК. Кроме того, дополнительные аналоговые модемы используются для некоторых видов широкополосного подключения и в качестве запасного средства подключения к Интернету.

Сравнение широкополосного и аналогового доступа к Интернету

Хотя большинство современных ПК продаются в комплекте с аналоговыми модемами, которые используются для подключения к Интернету и работы с электронной почтой, эффективность и целесообразность их применения весьма сомнительна; кроме того, они существенно проигрывают широкополосному доступу, преимущества которого вполне очевидны:

· Скорость. Самый быстрый аналоговый модем обеспечивает скорость передачи данных до 56 Кбит/с (в США скорость ограничена 53 Кбит/с комиссией FCC). Широкополосный доступ характеризуется скоростью от 128 Кбит/с для ISDN, но зачастую скорость превышает 500 Кбит/с. Скорость передачи данных также в несколько раз выше, чем у аналоговых модемов.

· Удобство. Кабельные модемы, некоторые типы DSL и спутниковых соединений активны круглосуточно, т. е. для доступа к Интернету в любое время суток достаточно запустить браузер или почтовую программу. При работе с аналоговыми модемами приходится подключаться к серверу провайдера по телефонной линии, на что потребуется некоторое время. Постоянное широкополосное подключение позволяет просматривать электронные письма сразу по их поступлению, в то время как в аналоговой системе для этого придётся находиться в режиме постоянного коммутируемого подключения (dial-up), тем самым всё время занимая телефонную линию.

· Свободная телефонная линия. Террористическая атака на США 11 сентября 2001 года показала, насколько важны свободные телефонные линии для работы экстренных служб. Большинство аналоговых модемов не поддерживают функцию ожидания вызова, поэтому срочный телефонный вызов может остаться без внимания, если компьютер пользователя подключён в сеть и не используется программа переадресации входящих телефонных звонков. Некоторые поставщики Интернет-услуг предоставляют программное обеспечение, которое предупреждает пользователя о входящих телефонных звонках. Тем не менее, в большинстве случаев пользователь должен самостоятельно найти и установить нужное приложение. Широкополосный доступ позволяет освободить телефонные линии, т. е. одновременно работать в Интернете и говорить по телефону.

· Цена. Основной недостаток широкополосных линий связи становится очевидным при получении счёта за их применение: эта цена в 2-3 раза превышает стоимость коммутируемого соединения с помощью аналогового модема. Тем не менее, миллионы пользователей по всему миру пришли к выводу, что скорость передачи данных и функциональные возможности широкополосного доступа вполне компенсируют дополнительные затраты. Для опытных пользователей Интернета, подумывающих об установке второй телефонной линии исключительно для доступа во всемирную сеть, лучшим вложением средств будет использование широкополосного доступа с уже существующей телефонной линией. В настоящее время многие компании - операторы кабельного телевидения позволяют использовать широкополосную кабельную сеть для доступа к Интернету и предоставляют скидки потребителям, которые пользуются одновременно кабельным телевидением и услугами кабельного Интернет-подключения.

· Простота повторного подключения после обновления операционной системы. Поскольку широкополосный доступ настраивается на основе автоматически определяемых сетевых параметров TCP/IP, это позволяет оставлять широкополосное соединение активным при обновлении Windows. Перед обновлением нужно убедиться в том, что для сетевого Ethernet-адаптера установлены нужные драйверы (чаще всего используемые для широкополосного доступа), записать имя компьютера и название рабочей группы, в которую он входит, и тогда практически сразу после обновления операционной системы можно будет работать в Интернете. В разных версиях Windows для настройки аналогового модема и сетевого соединения применяются различные параметры, что затрудняет их использование при обновлении операционной системы.

Широкополосный доступ к Интернету

Сочетание внушительных многомегабайтовых загрузок, необходимых для обновления существующего программного обеспечения и поддержки аппаратных средств, динамических Web-узлов с музыкой и цифровыми видеофильмами, а также увеличение числа разнообразных сетевых служб ощутимо повышает интенсивность использования Интернета. Чтобы воспользоваться всеми возможностями всемирной сети, даже самого быстрого аналогового модема уже недостаточно. Поэтому всё больше пользователей переходят к различным типам широкополосного доступа к Интернету, а именно:

· ISDN;

· кабельный модем;

· беспроводная радиосвязь;

· DSL;

· спутниковая связь;

· арендуемые выделенные линии связи.

Вам наверняка доступен, по крайней мере, один из перечисленных способов. Для жителей большого города количество возможных решений широкополосного доступа увеличивается.

Выше скорость - меньше свободы

Несмотря на то, что средства высокоскоростного доступа, такие, как кабельные модемы, DSL-модемы и другие устройства, предлагают большую скорость, чем стандартные коммутируемые модемы, работающие со скоростью 56 Кбит/с, при использовании широкополосного доступа существенно ограничивается свобода при выборе поставщика Интернет-услуг.

При использовании коммутируемого доступа можно выбрать один из перечисленных ниже вариантов:

· местные поставщики Интернет-услуг (персонализированные услуги);

· общенациональные поставщики Интернет-услуг, предоставляющие доступ по всей стране (это очень удобно для пользователей, совершающих частые поездки);

· интерактивные службы, предлагающие настраиваемые данные, а также доступ к Интернету (AOL и CompuServe);

· компании, предлагающие доступ к Интернету с фильтрацией содержимого (Mayberry USA и Lightdog).

В настоящее время количество компаний, предлагающих широкополосный доступ, значительно меньше. Подобные услуги могут предоставлять, например, телефонная компания или оператор кабельного телевидения. При выборе обязательно следует обращать внимание и на дополнительные услуги.

Список литературы

1. Свойства информации [Электронный ресурс] - http://market-pages.ru/infteh/4.html.

2. Введение в информатику [Электронный ресурс] - http://revolution.allbest.ru/programming/00090373_0.html.

3. Формы представления информации [Электронный ресурс] - http://revolution.allbest.ru/programming/00090373_0.html.

4. Данные (вычислительная техника) [Электронный ресурс] - http://ru.wikipedia.org/

5. Симонович С.В. Работа с отрицательными числами. Общая информатика [Текст]: учеб. пособие для средней шк. / С.В. Симонович, Г.А. Евсеев, А.Г. Алексеев - М.: АСТ-ПРЕСС: Инфорком-Пресс, 1998. - 592 с. - ISBN 5-7805-0375-3.

6. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК [Текст] = Upgrading and Repairing PCs: [научно-популярное изд.] / С. Мюллер. - 17-е изд. - М., СПб., Киев: Вильямс, 2007. - 1360 с. (+147 с. на CD). - ISBN 978-5-8459-1126-1 (рус.).

7. Гаевский А. 100% самоучитель Windows. Все версии от 98 до XP: Установка, настройка и успешная работа [Текст]: учеб. пособие / А.Ю. Гаевский. - М.: NT Press, Технолоджи - 3000, 2006. - 400, [1] с.: ил. - (100%).

Размещено на Allbest.ru