Podstawowe definicje we współczesnej informatyce

1. Podstawowe definicje we współczesnej informatyce

2. Jednostki ilości danych Bit – podstawowa jednostka w operacjach, wskazująca na obecność (1) albo brak (0) sygnału Bajt – 23 bitów = 8 bitów (najmniejsza, adresowana jednostka informacji) Kilobajt – 210 bajtów = 1 024 bajty Megabajt – 220 bajtów = 1 048 576 bajty Gigabajt – 230 bajtów = 1 073 741 824 bajty Terabajt - – 240 bajtów = 1 099 511 627 776 bajty Przykład: 700 Mb = 716800 kb = 734003200 bajty Ośmiobitowy bajt po raz pierwszy pojawił się pod koniec 1956 roku, a został rozpowszechniony i uznany jako standard w 1964 r. po tym jak IBM wprowadził System/360.

3. Dwójkowy system liczbowy to pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 2. Do zapisu liczb potrzebne są więc tylko dwa znaki: 0 i 1. Powszechnie używany w informatyce. 1x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 = 8+2 = 10. Obliczanie wartości dziesiętnej liczby zapisanej w systemie dwójkowym 4 3 2 1 0 11110 = 11110 = 1x24 + 1x23+ 1x22 + 1x21 + 0x20 = 1 x 16 + 1 x 8 + 1 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1 = 16 + 8 + 4 + 2 = 30 Ponieważ 0 x 2n =0, oraz 1 x 2n = 2n wystarczy jeśli zsumuje się tylko te potęgi dwójki, przy których współczynnik wynosi 1.

4. W systemie dwójkowym można przedstawiać również liczby rzeczywiste. Dla przykładu ułamek dziesiętny: • daje się zapisać jako: • Ułamek dwójkowy jest zwykle znacznie dłuższy od dziesiętnego.

5. Obliczanie postaci dwójkowej liczby dziesiętnej Dla liczby 1476 będzie to: Liczba Reszta Komentarz 1476 0 1476 = 2x738 + 0 738 0 738 = 2x369 + 0 369 1 369 = 2x184 + 1 184 0 184 = 2x92 + 0 92 0 92 = 2x46 + 0 46 0 46 = 2x23 + 0 23 1 23 = 2x11 + 1 11 1 11 = 2x5 + 1 5 1 5 = 2x2 + 1 2 0 2 = 2x1 + 0 1 1 1(wynik mniejszy niż 2 - koniec) A zatem: 147610 = 101110001002

6. System Ósemkowy 1x82 + 4x81 + 4x80 = 64 + 32 + 4 = 100. 1448 = 10010 System Szesnastkowy Podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 16. Często system szesnastkowy jest określany nazwą Hex od słowa stworzonego przez firmę IBM hexadecimal. Początkowo chciano używać łacińskiego sexa zamiast hexa, ale niejednoznacznie się to kojarzyło. Do zapisu liczb potrzebne jest szesnaście cyfr. Poza cyframi dziesiętnymi od 0 do 9 używa się pierwszych sześciu liter alfabetu łacińskiego: A, B, C, D, E, F. Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciągi cyfr, z których każda jest mnożnikiem kolejnej potęgi liczby stanowiącej podstawę systemu, np. liczba zapisana w dziesiętnym systemie liczbowym jako 1000, w hex przybiera postać 3E8, gdyż: 3x162 + 14x161 + 8x160 = 768 + 224 + 8 = 1000. Przeliczanie systemu dwójkowego na ósemkowy i szesnastkowy nie wymaga szczególnych zabiegów, bowiem w systemie ósemkowym każdą cyfrę opisują 3 bity, natomiast w systemie szesnastkowym 4 bity. Wystarczy podzielić liczbę dwójkową na pola o odpowiedniej szerokości i policzyć wartość każdego z nich; np. 11000101012 = 001 100 010 1012 = 14258 11000101012 = 0011 0001 01012 = 31516

7. Jednostki szybkości komputera FLOPS (ang. FLoating point Operations Per Second) – liczba operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę, jednostka wydajności komputerów, a dokładniej wydajności układów realizujących obliczenia zmiennoprzecinkowe. Stosuje się Mflops = milion flops, Gflops = miliard flops, Tflops = bilion flops, Pflops = biliard flops Najszybszy pojedynczy komputer :Blue Gene/L - 280,6 Tflops Kalkulator – około 10 flops Dla porównania, w miarę typowy nowoczesny komputer osobisty (np. z procesorem Pentium 4, czy Athlon 64 i częstotliwości zegara około 2 GHz) ma wydajność rzędu paru GFLOPS-ów. MIPS (Milion Instructions Per Second - milion instrukcji na sekundę) – to także jedna z jednostek pomiaru wydajności systemu komputerowego. Frames per second (FPS) - liczba ramek na sekundę miara prędkości wyświetlania ruchomych obrazów

8. Format i kodowanie danych: Integer – liczby całkowite Floating point – liczby rzeczywiste Character - tekst ASCII (skrót od ang. American Standard Code for Information Interchange) to kod przyporządkowujący liczby z zakresu 0-127 literom (alfabetu angielskiego), cyfrom, znakom przestankowym i innym symbolom, oraz poleceniom sterującym. Przykładowo litera "a" jest zakodowana liczbą 97, a polecenie "powrót karetki" – liczbą 13. ASCII jest kodem 7bitowym System tekstowy – używa kodowania ASCII (lub innego) System binarny – używa kodu binarnego do zapisu danych

9. Formaty graficzne: Grafika rastrowa(bitmapa)- sposób zapisu obrazów w postaci prostokątnej tablicy wartości, opisujących kolory poszczególnych punktów obrazu (prostokątów składowych). Jakość wynikowego obrazu zależy od ilości prostokątów, na które podzielony jest cały obraz. Grafika wektorowa (obiektowa) - wszelkie obrazy tworzone są za pomocą figur geometrycznych. Jest to grafika generowana w całości komputerowo i nie ma ona bezpośredniego przełożenia na obrazowanie obiektów z naturyobraz w tej grafice składa się ze stosu elementów ułożonych w odpowiedniej kolejności ten rodzaj grafiki nadaje się idealnie do tworzenia ilustracji (kopiowanie z natury zdjęć i innych elementów jest domeną grafiki bitmapowej) Grafika wektorowa jest grafiką w pełni skalowalną, co oznacza, iż można obrazy wektorowe powiększać oraz zmieniać ich proporcje bez uszczerbku dla jakości

10. Formaty graficzne: Grafika rastrowa – formaty stratne: JPEG (Joint Photographic Experts Group) najpopularniejszy format plików graficznych z kompresją stratną TIFF (Tagged Image File Format) - popularny format plików graficznych udostępniający wiele rodzajów kompresji Grafika rastrowa – formaty bezstratne: PNG (Portable Network Graphics) GIF (Graphics Interchange Format) + TIFF Bez kompresji – BMP (BitMap) oraz TIFF Grafika Wektorowa SVG (Scalable Vector Graphics) - format oparty na języku XML; promowany jako standard grafiki wektorowej Macromedia Flash - najpopularniejszy format grafiki wektorowej PS i EPS – PostScript i Encapsulated PS - uniwersalny język opisu strony opracowany przez firmę Adobe Systems Incorporated, będący obecnie standardem w zastosowaniach poligraficznych

11. Grafika Rastrowa Piksel wyraz utworzony ze zbitki dwóch angielskich słów: picture+element) jest to najmniejszy element obrazu bitmapowego. Jeden piksel to bardzo mały kwadrat (rzadziej: prostokąt) wypełniony w całości jednolitym kolorem. Piksel stanowi także najmniejszy element obrazu wyświetlanego na monitorze komputera.

12. Każdy piksel opisują 3 cyfry wskazujące na natężenie podstawowych barw. Przyjmują one wartości od 0 do 255 Mamy zatem 256x256x256 = 16777216 barw

13. Kompresja Kompresja danych - polega na zmianie sposobu zapisu informacji w taki sposób, aby zmniejszyć redundancję i tym samym objętość zbioru, nie zmieniając przenoszonych informacji. Innymi słowy chodzi o wyrażenie tego samego zestawu informacji, lecz za pomocą mniejszej liczby bitów. Działaniem przeciwnym do kompresji jest dekompresja. Kompresja dzieli się na bezstratną - w której z postaci skompresowanej można odzyskać identyczną postać pierwotną, oraz stratną - w której takie odzyskanie jest niemożliwe, jednak główne właściwości które nas interesują zostają zachowane Systemy kompresji stratnej obrazu: JPEG MPEG (ang. Moving Picture Experts Group) - zatwierdzony przez ISO format zapisu danych zawierających obraz i dźwięk. Opracowany dość dawno przez grupę niezależnych ekspertów format używany jest do zapisu filmów VideoCD, DVD i transmisji telewizji cyfrowej (MPEG2). Systemy kompresji stratnej dźwięku: OGG MP3

14. Kompresja stratna

15. Kompresja bezstratna Jestem tu sam Byłem tu sam Będę tu sam Jestem tu [20l]sam[8w] Byłem tu [21l]sam[8w] Będę tu [22l]sam[8w]

16. Koder Kanał komunikacyjny Dekoder Model Shannona C.E. Shannon, „A Mathematical Theoryof Communication”, Bell System Technical Journal, 1948 C.E. Shannon, „Prediction and entropyof printed English”, Bell System Technical Journal, 1951

17. Co kompresujemy? • Mowa (np. w telefonii komórkowej) • Muzyka (np. piosenki w formacie MP3) • Wideo (np. filmy na DVD) • Teksty (np. udostępniane w archiwach takich jak Project Gutenberg) • Pliki wykonywalne (np. wersje instalacyjne oprogramowania) • Bazy danych

18. Co może być kanałem komunikacyjnym? Powietrze (łączność bezprzewodowa) Linie telefoniczne Ethernet CD Dyski magnetyczne Pamięć operacyjna Przestrzeń międzyplanetarna