Информатика / Тема-1_Лк-1,2

2.2 Операции с данными

Можно выделить следующие основные операции:

сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;

форматизация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;

фильтрация данных - отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;

сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;

архивация данных — организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;

защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;

транспортировка данных – прием и передача данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя — клиентом,

преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя.

Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных.

Работа с данными может быть очень трудоемкой, ее надо автоматизировать!

2.3 Кодирование данных в ЭВМ

Данные получают от различных источников, поэтому форма их представления может различаться. Для эффективной обработки данных их следует представить в единой форме – унифицировать представление данных. Эта задача решается путем их предварительной подготовки (обработки), с помощью кодирования

данных.

В обыденной жизни люди кодируют данные с использованием средств языка, составляющими которого являются алфавит, набор правил языка, глоссарий (словарь). Кодирование в музыке осуществляется с помощью нот, в конструкторской практике – с помощью чертежей, в математике – посредством словаря обозначений и формул.

Если предстоит обработка данных с использованием средств вычислительной техники, то следует учесть специфику принципов работы и устройства технических средств.

Цифровые вычислительные устройства работают с импульсными сигналами, которым удобно сопоставлять наборы дискретных значений электрических сигналов. Лучшие показатели по соотношениям надежности, быстродействия, габаритов, потребления энергии и стоимости обеспечивают вычислительные системы на базе элементов с двумя устойчивыми состояниями типа «включено / выключено», которым сопоставляется код типа «0 / 1».

При использовании только двух символов для кодирования разнообразных данных (в форме текстов на различных языках, числовых данных, звуковых сигналов, графических изображений и т.д.), необходимо иметь соответствующие правила, алгоритмы, устройства для выполнения операций преобразования данных из одной формы в другую.

2.4 Позиционные системы счисления (1)

Наименование позиционной системы счисления определяется ее основанием

(десятичная - 10, восьмеричная - 8, двоичная - 2, шестнадцатеричная - 16 и др.).

Для записи чисел используют десятичные цифры и латинские буквы. В наиболее распространенных системах счисления используют следующие символы:

десятичная – 0, 1, 2, …, 9; восьмеричная – 0, 1, 2, …, 7; двоичная – 0, 1;

шестнадцатеричная – 0,1, 2, …, 9, A, B, C, D, E, F.

Например, запись в десятичной системе счисления 345,67 означает:

345,67 = 3•102 + 4•101 + 5•100 + 6•10-1 + 7•10-2 , или 3 сотни + 4 десятка + 5 единиц + 6 десятых + 7 сотых.

Запись в двоичной системе 1100112 означает

1100112 = 1•25 + 1•24 + 0•23 + 0•22 + 1•21 + 1•20 = 32 + 16 + 0 + 0 + 2 + 1 = 5110 , а с учетом десятичной записи значений степей числа 2 можем преобразовать число в

двоичной записи в число в десятичной записи:

1•25 + 1•24 + 0•23 + 0•22 + 1•21 + 1•20 = 32 + 16 + 0 + 0 + 2 + 1 = 5110

Чтобы указать тип системы счисления, ее основание записывают нижним индексом в представлении числа.

2.4 Позиционные системы счисления (2)

2.5 Преобразование кодов чисел

Преобразование целого двоичного числа в десятичное

11000101102 = 0•20 + 1•21 + 1•22 + 0•23 + 1•24 + 0•25 + 0•26 + 0•27 + 1•28 +

1•29 =.

= 0•1 + 1•2 + 1•4 + 0•8 + 1•16 + 0•32 + 0•64 + 0•128 + 1•256 + 1•512 = 79010 .

111011012 = 1•20 + 0•21 + 1•22 + 1•23 + 0•24 + 1•25 + 1•26 + 1•27 = = 1•1 + 0•2 + 1•4 + 1•8 + 0•16 + 1•32 + 1•64 + 1•128 = 23710 .

Преобразование целого десятичного числа в двоичное
	790	2
	790	395
						2
0									2
			394			197

2
3	2
2	1
1

2.6 Кодирование символьных и текстовых данных

ASCII

Аббревиатура American Standard Code for Information Interchange (американский стандартный код обмена информацией). ASCII представляет собой набор символов для отображения шрифтов на персональных компьютерах. Он состоит из 128 символов, включающих буквы, цифры, знаки пунктуации и символы. Расширенный набор символов ASCII включает 256 символов. Каждому символу назначен уникальный номер, также называемый кодом ASCII.

ALT + Число на МЦК

OpenOffice.org

MS Office

UNICODE: 2 байта (16 бит) → 2 16 = 65 536

2.7 Цифровое кодирование звуковых сигналов (1)

Источник		Микрофон		АЦП		Компьютер
звука
Условная схема преобразования звуковой волны в импульсный сигнал
1,2
1
0,8
0,6				Шаг квантования
0,4
0,2
0
-0,2 0	1	2	3	4	5	7
-0,4
-0,6		Шаг дискретизации
-0,8
-1
-1,2
Схема дискретизации (во времени) и квантования (по уровню) непрерывного
			сигнала

2.6 Цифровое кодирование звуковых сигналов (2)

Например, для записи хранения стереосигнала (2 канала) продолжительностью 1 с при частоте дискретизации 44,1 кГц и 16–битном

квантовании (динамический диапазон сигнала 216) потребуется

2 (канала)•44 100 (1/с)•2 (байт)•1 (с) = 176 400 (байт).

Такие параметры используют для аудиозаписи музыкальных произведений.

20 мин.=1200 с → 1200*176400/1024 = 206 719 Кбайт = 202 Мбайт

Для записи речи с помощью диктофона может быть достаточно частоты дискретизации примерно 8 кГц и числа шагов квантования 255 (1 байт). Для записи речи продолжительностью 1 с потребуется

8 000 (1/с)•1 (канал) •1 (с) = 8 000 (байт).

Значит, на том же носителе продолжительность записи может быть в 20 с лишним раз больше.

На практике используют более сложные алгоритмы оцифровки аналоговых сигналов. Кроме того, применяют специальные методы сжатия данных. Это позволяет более рационально использовать устройства хранения данных.

2.8 Единицы измерения и хранения данных

Различные типы данных, используемых в информатике, имеют универсальное представление в виде двоичных кодов. Поэтому единицы измерения количества данных основываются на универсальном двоичном представлении.

Наименьшей единицей двоичного представления является бит (двоичный разряд). Например, запись 10101 содержит 5 бит, 01111011 – 8 бит.

Однако более удобно использовать группы взаимосвязанных битов. Группа из восьми взаимосвязанных битов образует байт. В настоящее время понятие байта является универсальным и машиннонезависимым.

Во многих случаях используют не восьмиразрядное, а шестнадцать и более разрядов. Группа из двух взаимосвязанных байтов называется словом.

Наименьшей единицей измерения данных является байт. Для удобства отображения большого количества данных используют производные единицы:

1 килобайт = 1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт; 1 мегабайт = 1 Мбайт = 210 Кбайт = 220 байт = 1 048 576 байт;

1 гигабайт = 1 Гбайт = 210 Мбайт = 230 байт; 1 терабайт = 1 Тбайт = 210 Гбайт = 240 байт.

Часто условно считают, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Для приближенных инженерных оценок это может быть приемлемо, но надо помнить, что погрешность составляет примерно 2,5 %.

Для более крупных единиц погрешность такого рода приближений растет и может быть недопустимо большой. При приближенной замене 1 Мб на 1000 Кбайт погрешность составит уже почти 5%.

При хранении данных на различных носителях решаются две основных задачи: 1) данные должны занимать возможно меньший объем; 2) необходимо обеспечить удобный и быстрый доступ к данным.