Видео принципы обработки информации компьютером
Критерии информационного общества. Этапы развития технических средств и информационных ресурсов; правовые нормы. Информационные процессы и их компьютерная реализация. Программное обеспечение, Интернет. Технические средства телекоммуникационных технологий.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.11.2013 |
| Размер файла | 933,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Дискретное (цифровое) представление звуковой информации и видеоинформации
Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать реальный (записанный) звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.
Частота дискретизации звука -- это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 50 000 измерений громкости звука за одну секунду.
Каждому уровню дискретизации присваивается определенное значение уровня громкости звука.
Глубина кодирования звука -- это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 I
Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно N = 2 I = 2 16 = 65 536.
Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.
Дискретное (цифровое) представление видеоинформации
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 дискретная технология быстрой смены статических картинок.
При использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получается слишком большой. Способ уменьшения объема видео: первый кадр запоминается целиком (ключевой), а в следующих сохраняются только отличия от начального кадра (разностные кадры).
Тема 2. Основные информационные процессы и их реализация с помощью компьютеров: обработка, хранение, поиск и передача информации. Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера. Алгоритмы и способы их описания
Действия, выполняемые с информацией, называются информационными процессами. Выделяют три основных вида информационных процессов: обмен, хранение и обработка информации.
Человек непрерывно воспринимает информацию из окружающего мира с помощью своих органов чувств: зрения, обоняния, осязания, вкуса и слуха (она называется органолептической). Большая часть (картины природы, звуки, запахи, вкусовые и осязательные ощущения) воспринимается в образной форме. Информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной форме, называется знаковой(символьной). Человеческая речь и письменность связаны с понятием языка. Различают естественные языки (русский, английский, французский и т.д.) и формальные языки - языки профессий или областей знаний (к числу формальных языков можно отнести язык математических формул, ноты, языки программирования и т.п.).
Язык - это знаковая система представления информации. Обмен информацией может происходить как при непосредственном общении между людьми, так и с помощью технических средств связи: телефона, радио, телевидения, компьютерных сетей и т.д. Отметим, что без помощи технических средств люди способны обмениваться информацией только голосом, жестами, мимикой на небольшом расстоянии. Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. (С древнейших времен человек изобретал способы передачи информации. Наши предки умели передавать сигналы дымом костра, звуками колокола и т.д.) За последние два века появились телеграф, телефон, радио, телевидение. В последние годы бурно развивается мобильная связь и компьютерные коммуникации.
Схема передачи информации:
Человек хранит информацию либо в собственной памяти, либо на внешних носителях (на бумаге, дисках и т.д.). Сведения, которые мы помним, всегда доступны и мы можем оперативно (быстро) ими воспользоваться. Внутреннюю память, поэтому называют оперативной. Ёмкость нашей памяти ограничена, к тому же часть сведений со временем человек забывает. Информация на внешних носителях хранится надежнее, но чтобы использовать такую информацию, её сначала нужно сделать оперативной (например, чтобы набрать номер телефона, необходимо сначала найти его в телефонной книге и прочитать).
Человеку почти непрерывно приходится заниматься обработкой информации. Приведем несколько примеров обработки:
· получение новой информации из данной путем вычислений или логических рассуждений (решение математической задачи);
· изменение формы представления информации (перевод текста с одного языка на другой);
· поиск информации в информационном массиве (поиск номера телефона в телефонной книге);
· сортировка информации (упорядочение списка студентов группы в алфавитном порядке).
Процесс обработки информации вручную ведется очень медленно.
Схема обработки информации:
Человеку необходимы технические средства и методы сбора, приема, передачи, хранения и обработки информации - информационные технологии.
Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):
Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Идея теории: передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи.
2.1 Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера
В XIX веке английским математиком и инженером Чарльзом Бэббиджем был разработан проект вычислительной машины. Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы.
Чарльза Беббиджа считают изобретателем компьютера - он впервые соединил механический арифмометр с идеей программного управления.
В основу работы компьютеров положен программный принцип управления. Первая вычислительная машина, способная хранить программу в своей памяти, разрабатывалась в 1943--1948 гг. в США под руководством Джона Мочли и Преснера Экерта.
В 1945 г. математик Джон фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств.
Первый компьютер, в котором были полностью реализованы эти принципы, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. Изменяется элементная база, компьютеры становятся более мощными, но до сих пор большинство из них соответствуют тем принципам, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.
Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:
• арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
• устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
• запоминающее устройство, или память, для хранения программ и данных;
• внешние устройства для ввода-вывода информации.
Устройство современного компьютера:
• память (запоминающее устройство -- ЗУ), состоящая из перенумерованных ячеек;
• процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
Эти устройства соединены между собой каналами связи, по которым передается информация.
Общая схема компьютера
• прием информации из других устройств;
• выдача информации по запросу в другие устройства машины.
• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
• программное управление работой устройств компьютера.
Одна часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством, а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, -- устройством управления.
В составе процессора имеется ряд дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.
Регистр представляет собой совокупность триггеров(электронных схем), связанных друг с другом определенным образом общей системой управления.
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций:
• сумматор -- регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;
• счетчик команд -- регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
регистр команд -- регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные -- для хранения кодов адресов операндов.
Основные логические операции
Для описания функционирования аппаратных средств компьютера очень удобен математический аппарат алгебры логики, т.к системой счисления в компьютере является двоичная (1 и 0). Из этого следует, что одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и логических переменных.
Логика - это наука о формах и способах мышления.
Основы формальной логики заложил древнегреческий мыслитель Аристотель.
Логические переменные в алгебре логики обозначаются прописными латинскими буквами, которые могут принимать лишь два значения: «истина» (1) и «ложь» (0).
Логический элемент - простейшая структурная единица ЭВМ - выполняющая определенную логическую операцию над двоичными переменными согласно правилам алгебры логики.
Логические элементы компьютера оперируют с сигналами, представляющими собой электрические импульсы. Есть импульс - логический смысл сигнала 1, нет импульса - 0. На входы логического элемента поступают сигналы-значения аргументов, на выходе появляется сигнал-значение функции.
Конъюнкция - соответствует союзу «И», обозначается знаком , иначе называется логическим умножением. Конъюнкция двух логических переменных истинна тогда и только тогда, когда обе переменные истинны.
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами
Существует два основных класса компьютеров:
цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;
аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.
Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.
Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.
Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.
Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, а результатом — их сумма. А у команды "стоп" операндов нет, а результатом является прекращение работы программы.
Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера.
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.
Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:
память(запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство(АЛУ);
устройство ввода;
устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация. Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 2.1). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.
Рис. 2.1. Общая схема компьютера
Функции памяти:
приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством(АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления(УУ).
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.
В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.
Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами.
Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Логическая схема триггера описана в разделе 5.7.
Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
сумматор— регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;
счетчик команд— регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
регистр команд— регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.
Модем или модемная плата служит для связи удалённых компьютеров по телефонной сети. Модем бывает внутренний (установлен внутри системного блока) и внешний (располагается рядом с системным блоком и соединяется с ним при помощи кабеля
DVB-карта и спутниковая антенна служат для так называемого «асинхронного» подключения компьютера к сети Интернет. При наличии DVB-карты и спутниковой антенны для соединения с Интернетом используется два канала связи: для передачи данных от пользователя используется модем, а для приема – спутниковый канал, скорость потока данных в котором в несколько раз превышает модемную
Для организации в сети Интернет видеоконференций
Производительность компьютера
- это характеристика, показывающая скорость выполнения компьютером операций обработки информации
1971г. Intel® 4004
базовые математические операции (сложение, вычитание, умножение и деление)
специальные операции, которые чаще всего используются при проверке соотношений между различными величинами (необходимо для управления работой компьютера)
В состав процессора входят:
Процессор должен обеспечить автоматическое исполнение программы, хранящейся в памяти компьютера, для чего выполняет следующие действия:
Информатика и ИКТ 8 класс
Устройство ввода
Устройство вывода
Тактовая частота задает ритм жизни компьютера
- это количество тактов в секунду
- Такт – интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов
- Единица измерения – герц (Гц)
- Для современных компьютеров – гигагерцы (ГГц)
1 ГГц = 10 -9 Гц
Разрядность процессора
- определяет размер минимальной порции информации, обрабатываемой процессором за один такт
- Эта порция называется –машинным словом,которое представлено последовательностью двоичных разрядов (бит)
- С повышением разрядности увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт
Список литературы:
Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.
как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).
Как хранится информация на компьютере
Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1» , то есть в двоичной системе счисления .
Например, десятичное число « 9 » он видит как двоичное число « 1001 ».
В виде нолей и единиц хранятся и все данные , которые необходимо обработать, и все программы , которые руководят процессом обработки.
Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):
Так человек видит изображение:
Компьютер видит набор «0» и «1»
(первые две строчки файла):
1111 1111 1101 1000 1111 1111 1110 0000
0000 0000 0001 0000 0100 1010 0100 0110
0100 1001 0100 0110 0000 0000 0000 0001
0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0001
0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000
1111 1111 1101 1011 0000 0000 0100 0011
0000 0000 0000 0011 0000 0010 0000 0010
0000 0011 0000 0010 0000 0010 0000 0011
А текст для компьютера выглядит так:
Человек видит текст:
Компьютер опять видит набор «0» и «1»:
0100 1001 0101 0100 0010 1101 0111 0101
0111 0010 0110 1111 0110 1011 0110 1001
0010 1110 0111 0010 0111 0101
Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.
Где хранится информация
Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных . Обычно накопитель данных – это жесткий диск ( винчестер ).
Жестким диском это устройство называется из-за конструкции. Внутри его корпуса находится один или несколько твердых блинов (металлических или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (операционная система, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).
Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные
Информация на жестком диске хранится и после выключения компьютера.
Что обрабатывает всю информацию в компьютере
Основная задача компьютера – обрабатывать информацию , то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор . Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).
Процессор – обрабатывает информацию
Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.
Схема обработки данных
Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).
Но жесткий диск – относительно медленное устройство , и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.
Не оставим процессор без дела
Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.
Оперативная память – ускоряет доступ процессора к программам и данным
В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти , считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.
При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).
Процесс обработки информации
Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.
Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы , происходит следующее:
1. Программа с жесткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.
2. Процессор поочередно выполняет команды программы, порциями обрабатывая данные, взяв их из оперативной памяти.
3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет следующую порцию данных.
4. Результат работы программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.
Ввод и вывод информации
Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных :
- Клавиатура (с помощью неё мы вводим текст и управляем компьютером);
- Мышь (с помощью мыши мы управляем компьютером);
- Сканер (заносим изображение в компьютер);
- Микрофон (записываем звук) и т.д.
Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных :
- Монитор (выводим изображение на экран);
- Принтер (выводим текст и изображение на бумагу);
- Акустические системы или «колонки» (слушаем звуки и музыку);
Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:
- Внешних накопителей(с них мы копируем уже имеющиеся данные в компьютер):
- флэшка,
- компакт-диск (CD или DVD),
- переносной жесткий диск,
- дискета;
- Компьютерной сети (получаем данные с других компьютеров через Интернет или городскую сеть).
Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:
![]()
Ввод, обработка и вывод данных
То есть компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).
Читайте также:
