Файл: Информация в материальном мире.pdf

Одними из последних в вычислительную технику пришли приемы и методы работы со звуковой информацией, тем не менее в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования, по этому методы кодирования звуковой информации двоичным кодом не стандартизированы.

Многие компании разработали свои корпоративные стандарты, среди них выделяются два основных направления. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что предположительно любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов, имеющих разную частоту, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, исходя из этого, может быть описан числовыми параметрами (кодом). В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Существуют АЦП (аналогово-цифровые преобразователи), они отвечают за преобразование аналоговых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов. Для обратного преобразования воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, необходимы цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При этих преобразованиях происходит частичная потеря информации, она связана с методом кодирования, из-за этого качество звукозаписи зачастую получается не удовлетворительным и соответствует по качеству звучания простейшим электромузыкальным инструментам с окрасом, характерным для электронной музыки.

Данный метод кодирования обеспечивает достаточно компактный код, в следствии чего его стали применять, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если объяснить своими словами то были составлены звуковые таблицы, в которых хранятся образцы звуков различных музыкальных инструментов, а также других звуков (аналог цветовая палитра в графическом кодировании), в технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Так как в качестве образцов используются “реальные” звуки, то качество звука, полученного в результате преобразования, будут приближены по качеству звучания к реальным музыкальным инструментам.

В данной главе были рассмотрены существующие методы кодирования информации. Так же мы узнали, что существуют разные системы кодирования, которые позволяют кодировать информацию текстовую, звуковую и графическую. В разных странах используются свои системы кодирования. А так как английский язык является обще принятым, то в существует универсальная система UNICODE.

3. Файлы и файловая структура

3.1. Единицы представления данных

На сегодняшний день принято множество систем представления данных, одну из которых принятую в информатике и вычислительной технике (двоичный код), мы рассмотрели ранее. Наименьшей единицей в таком представлении является бит (двоичный разряд). Битовый рисунок образует совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или другие данные. Если битовый рисунок имеет постоянную форму, то на практике доказано, что с таким битовым представлением удобнее работать. В данный момент в качестве таких форм используются группы по восемь битов, они называются байтами (Таблица 5).

Таблица 5.

В данной работе мы рассмотрели, что в большинстве случаев уместно использовать не восьмиразрядное кодирование, а 16-ти разрядное, 24-ех разрядное, 32-ух разрядное и более. Группа из 16 взаимосвязанных бит равная двум взаимосвязанным байтам в информатике называется словом, группы из четырех взаимосвязанных байтов (32 разряда) называются удвоенным словом, а группы из восьми байтов (64 разряда) — учетверенным словом. На сегодняшний день, такой системы обозначения достаточно.

3.2. Единицы измерения данных

Сейчас существует большое количество различных систем и единиц измерения данных. Каждой научной дисциплине и каждой области человеческой деятельности используются свои, наиболее удобные и подходящие для данной сферы деятельности, единицы. В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы данных имеют универсальное двоичное представление, и потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.

Наименьшей единицей измерения является байт, так как обычно одним байтом кодируется один символ текстовой информации, то размер текстовых документов в байтах соответствует лексическому объему в символах (в данный момент исключением является универсальная кодировка UNICODE).

Более крупной единицей измерения является килобайт (Кбайт). 1 Кбайт примерно равен 1000 байт, для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел в виде степени двойки, и потому 1 Кбайт равен 2¹⁰ байт (1024 байт). Не смотря на это, где это не принципиально, существует инженерная погрешность (до 3 %) "лишние" байты округляются . В килобайтах измеряются небольшие объемы данных, можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.

1 Мбайт = 1024 Кбайт = 10²⁰ байт

1 Гбайт = 1024 Мбайт = 10³⁰ байт

1 Тбайт = 1024 Гбайт = 10⁴⁰ байт

На старших единицах измерения округление применяется реже, так как при переходе к более крупным единицам “инженерная” погрешность, связанная с округлением, становится недопустимой.

3.3. Единицы хранения данных

Для хранения данных нужно решить две проблемы: как сохранить данные в компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ, при этом обе задачи должны быть выполнены вместе. При обеспечении доступа нужно, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом, образуется “паразитная нагрузка” в виде адресных данных, без которых невозможно получить доступ к необходимым элементам данных, входящих в структуру.

Так как адресные данные также имеют собственный размер и подлежат хранению, то хранить такие данные в виде мелких единиц, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

Поэтому в качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл — это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем, также в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу, что и определяет тип файла.

Мы можем представить себе файл в виде безразмерного канцелярского скоросшивателя, в который мы можем легко добавлять содержимое или извлекать его оттуда. В файле нет ограничений на размер, он может быть 0 байтов (пустой файл), или файл, который имеет любое число байтов (заполненный файл). В определении файла особое внимание уделяется имени, что фактически будет нести в себе адресные данные, без них данные, хранящиеся в файле, перестанут быть информацией из-за отсутствия метода доступа к ним.

Помимо функций, связанных с адресацией, имя файла несет в себе сведения о типе данных, заключенных в нем. Автоматическим средствам работы с данными это необходимо, поскольку по имени файла они автоматически определяют подходящий метод извлечения информации из файла.

3.4. Понятие о файловой структуре

Требование уникальности имени файла очевидно — без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники предусмотрено требование уникальности имени, оно обеспечивается автоматически, то есть создать файл с подобным именем, которое уже имеется, не может ни пользователь, ни автоматика.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая называется файловой структурой. Вершиной структуры является имя носителя, на котором сохраняются файлы, после файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “\” (обратная косая черта).

Уникальность имени файла достигается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему, следовательно в таком случае на одном носителе не может быть двух файлов с одинаковыми полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога-1 >\...\<имя каталога-М>\<собственное имя файла>

Приведем пример записи двух файлов, которые имеют одинаковое собственное имя и размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть полным именем.

С:\Мои документы\Рефераты\Химия\Кислоты

С:\Рабочий стол\Учеба\Черновики

В этой главе рассмотрели, что такое файл и его структуру. Хранение данных с помощью файловых структур. Единицы измерения данных, где мы узнали, что наименьшей единицей измерения принято называть бит, байт; а более крупные мегабайт, гигабайт, терабайт.

4. Информатика

4.1. Предмет и задачи информатики

Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
• программное обеспечение средств вычислительной техники;
• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие — интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

ИНФОРМАТИКА. Наука об общих свойствах и структуре научной информации, закономерностях её создания, преобразования, накопления, передачи и использования.

С.И.Ожегов

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.

Информатика — практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:

• архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
• интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
• программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
• преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
• защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
• автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
• стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).