Цифровые данные

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики"

Институт региональной экономике и управления

Реферат

по дисциплине: "Информационные технологии менеджмента"

на тему: "Цифровые данные"

Выполнила студентка 3 курса

заочной формы обучения

по специальности 080200.62

"Менеджмент"

Тренина Татьяна

Проверил:Воробьев А.И.

Санкт-Петербург

2013г

Содержание

1. Дискретизация аналоговых сигналов

2. Аналого-цифровое преобразование звука

3. Кодирование цифровых изображений

4. Кодирование текста

5. Количество и объем информации

1. Дискретизация аналоговых сигналов

Дискретизация - преобразование непрерывной функции в дискретную. Используется в гибридных вычислительных системах и цифровых устройствах при импульсно-кодовой модуляции сигналов в системах передачи данных. При передаче изображения используют для преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный или дискретно-непрерывный сигнал. Обратный процесс называется восстановлением. При дискретизации только по времени, непрерывный аналоговый сигнал заменяется последовательностью отсчётов, величина которых может быть равна значению сигнала в данный момент времени. Возможность точного воспроизведения такого представления зависит от интервала времени между отсчётами Дt. Согласно теореме Котельникова:где - наибольшая частота спектра сигнала.

Аналоговый сигнал - сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.

Различают два пространства сигналов - пространство L (непрерывные сигналы), и пространство l (L малое) - пространство последовательностей. Пространство l (L малое) есть пространство коэффициентов Фурье (счетного набора чисел, определяющих непрерывную функцию на конечном интервале области определения), пространство L - есть пространство непрерывных по области определения (аналоговых) сигналов. При некоторых условиях, пространство L однозначно отображается в пространство l (например, первые две теоремы дискретизации Котельникова).

Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом. Аналоговым сигналам противопоставляются дискретные (квантованные, цифровые). Примеры непрерывных пространств и соответствующих физических величин:

· прямая: электрическое напряжение

· окружность: положение ротора, колеса, шестерни, стрелки аналоговых часов, или фаза несущего сигнала

· отрезок: положение поршня, рычага управления, жидкостного термометра или электрический сигнал, ограниченный по амплитуде различные многомерные пространства: цвет, квадратурно-модулированный сигнал.

Свойства аналоговых сигналов в значительной мере являются противоположностью свойств квантованных или цифровых сигналов.

Отсутствие чётко отличимых друг от друга дискретных уровней сигнала приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях. Содержащееся в одном отсчёте "количество информации" будет ограничено лишь динамическим диапазоном средства измерения.

Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал, неотличима от самого сигнала и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена. В действительности фильтрация возможна, например, частотными методами, если известна какая-либо дополнительная информация о свойствах этого сигнала (в частности, полоса частот).

Применение:

Аналоговые сигналы часто используют для представления непрерывно изменяющихся физических величин. Например, аналоговый электрический сигнал, снимаемый с термопары, несет информацию об изменении температуры, сигнал с микрофона - о быстрых изменениях давления в звуковой волне, и т.п.

Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на аналоговый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала. Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определяется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала. Поскольку человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, максимальная частота дискретизации исходного звукового сигнала должна составлять не менее 40 кГц, т. е. отсчеты требуется проводить 40 000 раз в секунду. В связи с этим в большинстве современных звуковых систем ПК максимальная частота дискретизации звукового сигнала составляет 44,1 или 48 кГц.

2. Аналого-цифровое преобразование звука

Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access -- канал прямого доступа к памяти). Звук, как известно, представляет собой продольные волны, свободно распространяющиеся в воздухе или иной среде, поэтому звуковой сигнал непрерывно изменяется во времени и в пространстве. Запись звука-- это сохранение информации о колебаниях звукового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и цифровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме. Если при записи звука пользуются микрофоном, который преобразует непрерывный во времени звуковой сигнал в непрерывный во времени электрический сигнал, получают звуковой сигнал в аналоговой форме. Поскольку амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, а ее частота -- высоту звукового тона, постольку для сохранения достоверной информации о звуке напряжение электрического сигнала должно быть пропорционально звуковому давлению, а его частота должна соответствовать частоте колебаний звукового давления. На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК оперирует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая система, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обработки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования.

Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала.

3. Кодирование цифровых изображений

Цифровое изображение - это модель реального изображения, закодированная в виде последовательности чисел. На рисунке изображен жизненный цикл цифрового изображения.

При вводе изображения со сканера оно преобразуется в цифровую форму -- оцифровывается. Цифровой фотоаппарат хранит отснятые кадры не на фотопленке, а на карте памяти сразу в цифровом виде. Он передает уже оцифрованные изображения в компьютер по специальному кабелю.Фрейм-граббер-- это устройство для захвата отдельных кадров телевизионной передачи. Конечная цель цифровой обработки изображений -- это его вывод на монитор или печатающее устройство. Как мы увидим дальше, каждое устройство вывода предъявляет свои требования к изображению, поэтому для правильной обработки надо знать, где мы будем его просматривать.

Растровое и векторное кодирование. Для того, чтобы обрабатывать рисунок с помощью компьютера, необходимо закодировать его в таком формате, который компьютер может понять, то есть, в виде последовательности нулей и единиц. Например, можно представить графическую информацию в виде чисел, а затем записать эти числа в двоичной системе счисления. Существуют два метода кодирования рисунков -- растровое и векторное кодирование. Нельзя сказать, какое из них лучше -- все определяется типом изображения. Растровое кодирование При растровом кодировании рисунок разбивается на одинаковые элементы -- пиксели(от слова pixel-- picture element, элемент рисунка). Чаще всего пиксели имеют квадратную форму. Для каждого пикселя в памяти хранится его цвет. Такой способ применяется при хранении фотографий и других размытых изображений, в которых нет четких границ правильной формы. Поскольку мы считаем, что каждый пиксель ровно залит одним цветом, при растровом кодировании есть потеря информации

Чем мельче пикселы, тем точнее мы сможем закодировать рисунок, тем меньше будут искажения при его печати через компьютер. С другой стороны, увеличивая число пикселей, мы увеличиваем и объем файла на диске. Достоинства: можно кодировать любые изображения; лучше всего подходит для кодирования и обработки фотографий. Недостатки: есть потеря информации, при увеличении или уменьшении рисунки искажаются, рисунки занимают много места в памяти. Важнейшая характеристика рисунка --разрешение, то есть, число пикселей на одном дюйме изображения (по ширине или высоте). В документации используется обозначение ppi--pixels per inch(пикселей на дюйм). Чем больше разрешение, тем больше места занимает рисунок в памяти и тем лучше его качество. Пусть рисунок имеет размер 5 см на 3 см. Тогда при разрешении 300 ppi он должен иметь ширину W = 5 ? 300 / 2,54 = 590 пикселей и высоту H = 3 ? 300 / 2,54 = 354пикселя Здесь учтено, что 1дюйм равен 2,54см. Для того, чтобы определить нужное разрешение, надо решить, как -- с помощью какого устройства -- мы будем смотреть этот рисунок. Каждое устройство вывода графической информации имеет свое разрешение, которое обычно измеряется в точках на дюйм и обозначается dpi -- dots per inch(точек на дюйм). Если рисунок предназначен только для просмотра на экране компьютера, достаточно использовать разрешение 72-100 ppi, потому что стандартное разрешение монитора -- 96 dpi, лучшего качества получить невозможно. Эти рисунки имеют одинаковый размер, но различное разрешение:

Для печати на принтере или в типографии требуется более высокое разрешение. Cовременные струйные и лазерные принтеры печатают с разрешением от300 до 1200 dpi, а фотонаборные аппараты в типографии -- до 2400dpi.

Векторное кодирование. При векторном кодировании весь рисунок представлен как набор геометрических фигур -- отрезков, прямоугольников, кривых линий, окружностей, дуг и т.п. Для каждой из них задаются координаты на рисунке, размеры, цвет и стиль контура и заливки. Поэтому при изменении размеров такой рисунок не искажается, а просто увеличивается или уменьшается. Векторное кодирование применяют для хранения схем, чертежей, карт, планов. Достоинства: нет потери информации, при увеличении или уменьшении рисунки не искажаются, рисунки занимают немного места в памяти. Недостатки: очень сложно (и не нужно) кодировать так изображения без четких границ объектов, не подходит для кодирования и обработки фотографий.

Модели цвета

Восприятие цвета человеком субъективно. Практически невозможно пересказать другому свое ощущение цвета -- это надо видеть. Однако в полиграфии требуются объективные способы описания и обработки цвета. Сложность состоит в том, что не все цвета, которые воспринимает человеческий глаз, могут быть показаны на мониторе. Кроме того, не все цвета, которые можно показать на мониторе, могут быть напечатаны на бумаге. На рисунке (автор -- Alexander Sperl) схематично показаны эти области в цветовой палитре.

Поэтому для кодирования цвета используют несколько разных способов (моделей), причем выбор модели зависит от того, будем мы смотреть рисунок на мониторе компьютера или собираемся его печатать.

4. Кодирование текста

При кодировании текста для каждого его символа отводится, обычно, по1байту. Это позволяет использовать 28=256 различных символов. Соответствие между символом и его кодом, вообще говоря, может быть выбрано совершенно произвольно. Однако на практике необходимо иметь возможность прочесть на одном компьютере текст, созданный на другом. Поэтому таблицы кодировок стараются стандартизовать. Практически все использующиеся сейчас таблицы основаны на "американском стандартном коде обмена информацией" ASCII5. Этот стандарт определяет значения для нижней половины кодовой таблицы -- первых 127 кодов (32 управляющих кода, основные знаки препинания и арифметические символы, цифры и латинские буквы). В результате, эти символы отображаются верно, какая бы кодировка не использовалась на конкретном компьютере. Хуже обстоит дело с "национальными" символами и "типографскими" знаками препинания. А особенно не повезло языкам, использующим кириллический алфавит (русскому, украинскому, белорусскому, болгарскому и т.д.). Например, для русского языка сейчас широко используются пять таблиц кодировок:

-CP866 (DOS-альтернативная)6 -- на PC-совместимых компьютерах при работе с операционными системами DOS и OS/2, а также в любительской международной сети Фидо (Fidonet).

-CP1251 (Windows-кодировка) -- на PC-совместимых при работе под Windows 3.1 и Windows 95

-KOI-8r -- самая старая из использующихся до сих пор кодировок. Применяется на компьютерах, работающих под UNIX, является фактическим стандартом для русских текстов в сети Internet.

-Macintosh Cyrillic -- как видно из названия, предназначена для работы со всеми кириллическими языками на Макинтошах7.

-ISO-8859. Эта кодировка задумывалась как международный стандарт для кириллических текстов, однако на территории России практически не применяется.

На самом деле, проблема не столь уж велика. Если мы знаем, как представлен исходный текст и какая таблица используется нашим компьютером, преобразование выполнить очень легко-нужно просто поменять одни коды на другие (по таблице перекодировки). Для этого служат специальные программы -текстовые конверторы. В последнее время появляются конверторы, способные самостоятельно определять исходную кодировку текста и даже умеющие "расшифровывать" текст после нескольких неправильных перекодировок.

Шестнадцатеричные коды некоторых букв.

Заметим, кстати, что существуют и специальные шрифты (так называемые, дингбатсы), которые содержат не буквы, а специальные символы, например, математические или музыкальные; элементы орнаментов, пиктограммы .

Сейчас, когда объем памяти компьютеров чрезвычайно вырос, уже нет нужды очень сильно экономить при кодировании текста. Можно позволить себе "роскошь" тратить для хранения текста вдвое больше памяти (выделяя для каждого символа не 1, а 2 байта). При этом появляется возможность разместить в кодовой таблице - каждый на своем месте - не только буквы европейских алфавитов (латинского, кириллического, греческого), но и буквы арабского, грузинского и многих других языков и даже большую часть японских и китайских иероглифов. Ведь два байта могут хранить уже число от 0 до 65535.

Двухбайтная международная кодировка Unicode, разработанная несколько лет назад, теперь начинает внедряться на практике.

5. Количество и объем информации

Количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений.

Рассмотренный выше подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет количественно измерять информацию. Существует формула, которая связывает между собой количество возможных информационных сообщений N и количество информации I, которое несет полученное сообщение:

N = 2i

Бит. Для количественного выражения любой величины необходимо сначала определить единицу измерения. Так, для измерения длины в качестве единицы выбран метр, для измерения массы - килограмм и т. д. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения.

За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержится в информационном сообщении, уменьшающем неопределенность знания в два раза. Такая единица названа битом. дискретизация цифровой преобразование кодирование

Если вернуться к рассмотренному выше получению информационного сообщения о результатах зачета, то здесь неопределенность как раз уменьшается в два раза и, следовательно, количество информации, которое несет сообщение, равно 1 биту.

Производные единицы измерения количества информации. Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей - байт, причем:

1 байт = 8 битов = 23битов.

В информатике система образования кратных единиц измерения несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы единиц, например Международная система единиц СИ, в качестве множителей кратных единиц используют коэффициент 10n, где n = 3, 6, 9 и т. д., что соответствует десятичным приставкам "Кило" (103), "Мега" (106), "Гига" (109) и т. д.

В компьютере информация кодируется с помощью двоичной знаковой системы, и поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2n

Так, кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом:

1 килобайт (Кбайт) = 210байт = 1024 байт;

1 мегабайт (Мбайт) = 210Кбайт = 1024 Кбайт;

1 гигабайт (Гбайт) = 210Мбайт = 1024 Мбайт.

Объем информации.

Для измерения длины есть такие единицы, как миллиметр, сантиметр, метр, километр. Известно, что масса измеряется в граммах, килограммах, центнерах и тоннах. Бег времени выражается в секундах, минутах, часах, днях, месяцах, годах, веках. Компьютер работает с информацией и для измерения ее объема также имеются соответствующие единицы измерения.

Мы уже знаем, что компьютер воспринимает всю информацию через нули и единички.Бит-это минимальная единица измерения информации, соответствующая одной двоичной цифре ("0" или "1"). Байт состоит из восьми бит. Используя один байт, можно закодировать один символ из 256 возможных (256 = 28). Таким образом, один байт равен одному символу, то есть 8 битам:

1 символ = 8 битам = 1 байту.

Изучение компьютерной грамотностипредполагает рассмотрение и других, более крупных единиц измерения информации.

Таблица байтов:

1 Кб (1Килобайт) = 210байт = 2*2*2*2*2*2*2*2*2*2 байт = = 1024 байт (примерно 1 тысяча байт - 103байт)

1 Мб (1Мегабайт) = 220байт = 1024 килобайт (примерно 1 миллион байт - 106байт)

1 Гб (1Гигабайт) = 230байт = 1024 мегабайт (примерно 1 миллиард байт - 109байт)

1 Тб (1Терабайт) = 240байт = 1024 гигабайт (примерно 1012байт). Терабайт иногда называют тонна.

1 Пб (1Петабайт) = 250байт = 1024 терабайт (примерно 1015байт).

1Эксабайт=260байт = 1024 петабайт (примерно 1018байт).

1Зеттабайт=270байт = 1024 эксабайт (примерно 1021байт).

1Йоттабайт=280байт = 1024 зеттабайт (примерно 1024байт).

В приведенной выше таблице степени двойки (210, 220, 230и т.д.) являются точными значениями килобайт, мегабайт, гигабайт. А вот степени числа 10 (точнее, 103, 106, 109и т.п.) будут уже приблизительными значениями, округленными в сторону уменьшения. Таким образом, 210= 1024 байта представляет точное значение килобайта, а 103= 1000 байт является приблизительным значением килобайта.

Такое приближение (или округление) вполне допустимо и является общепринятым.

Ниже приводится таблица байтов с английскими сокращениями (в левой колонке):

1 Kb ~ 103b = 10*10*10 b= 1000 b - килобайт

1 Mb ~ 106b = 10*10*10*10*10*10 b = 1000000 b - мегабайт

1 Gb ~ 109b - гигабайт

1 Tb ~ 1012b - терабайт

1 Pb ~ 1015b - петабайт

1 Eb ~ 1018b - эксабайт

1 Zb ~ 1021b - зеттабайт

1 Yb ~ 1024b - йоттабайт

Выше в правой колонке приведены так называемые "десятичные приставки", которые используются не только с байтами, но и в других областях человеческой деятельности. Например, приставка "кило" в слове "килобайт" означает тысячу байт, также как в случае с километром она соответствует тысяче метров, а в примере с килограммом она равна тысяче грамм.

Возникает вопрос: есть ли продолжение у таблицы байтов? В математике есть понятие бесконечности, которое обозначается как перевернутая восьмерка: ?.

Понятно, что в таблице байтов можно и дальше добавлять нули, а точнее, степени к числу 10 таким образом: 1027, 1030, 1033 и так до бесконечности. Но зачем это надо? В принципе, пока хватает терабайт и петабайт. В будущем, возможно, уже мало будет и йоттабайта.

Напоследок парочка примеров по устройствам, на которые можно записать терабайты и гигабайты информации. Есть удобный "терабайтник" - внешний жесткий диск, который подключается через порт USB к компьютеру. На него можно записать терабайт информации. Особенно удобно для ноутбуков (где смена жесткого диска бывает проблематична) и для резервного копирования информации. Лучше заранее делать резервные копии информации, а не после того, как все пропало.

Флешки бывают 1 Гб, 2 Гб, 4 Гб, 8 Гб, 16 Гб, 32 Гб и 64 Гб.

CD-диски могут вмещать 650 Мб, 700 Мб, 800 Мб и 900 Мб.

DVD-диски рассчитаны на большее количество информации: 4.7 Гб, 8.5 Гб, 9.4 Гб и 17 Гб.

Размещено на Allbest.ru