Л1_ОИТ23

1. Основы информационных технологий

1 семестр: трудоемкость дисциплины 72 ч/2 з.е.
аудиторных занятий
50 час.
лекции
26 час/ 6 час
практика 24 час./ 6 час
Диф. зачет (декабрь-январь)
Реферат (применение ИТ в научной работе)
Теоретический вопрос
задача
Смирнова Татьяна Васильевна, доц кафедры ИТЭиМ
SmirnovaTV@bsu.by
1

2.

История развития современных информационных
технологий
Современные ИТ – совокупность приемов, способов, методов применения средств
вычислительной техники, обеспечивающих сбор, регистрацию, обработку,
накопление, хранение, отображение, поиск, анализ, защиту и распространение
информации.
В основе СИТ лежит вычислительная техника - (ВТ) – совокупность технических и
математических средств, используемых для автоматизации вычислений и обработки
информации
Что такое информация?
Информация и данные – это одно и тоже?
Информация – это совокупность фактов, явлений событий, представляющих интерес, подлежащих
регистрации и обработке.
Данные несут информацию о событии, но не являются самой информацией, т.к. одни и те же
данные могут восприниматься (интерпретироваться) в сознании людей совершенно по-разному.
Например, текст, написанный на русском языке (т.е. данные), даст различную информацию
человеку знающему алфавит и язык, и не знающему их.
Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо к ним применить методы, которые
преобразуют данные в понятия, воспринимаемые человеческим сознанием.
Отсюда следует, что информация не является статичным объектом, она существует в момент слияния
методов и данных, все прочее время она находится в форме данных.
Момент слияния данных и методов называется информационным процессом.

3.

Данные - более низкий уровень агрегации и сопоставления, информация - более высокий
Информация:
• всегда связана с какими-либо данными;
• широко распространена, находится повсюду;
• может генерироваться людьми, компьютерами, другими машинами;
• легко воспринимается и легко передается;
• может быть легко взаимосвязана с другой информацией;
• обладает стоимостью, необходимой на создание и поддержку;
• в принципе может использоваться кем угодно и когда угодно.
Знания:
• имеют отношения к данным и информации, но не всегда с ними связаны;
• дефицитны, их непросто добывать;
• всегда связаны с каким-то контекстом, существуют в его рамках;
• генерируются только людьми;
• трудны для восприятия;
• динамичны; любые знания обладают своей скоростью передачи и восприятия;
• для успешного восприятия требуют четких границ их понимания;
• могут быть очень дороги;
• обладают сроком и целью использования.

4.

Этапы развития ИТ
(с т. зр. инструментов для обработки информации)
1. Ручной (до 17 в.) Инструментарий: перо, чернильница, книга. Коммуникации - пересылка через почту.
1445 г - изобретение печатного станка (Иоганн Гутенберг) как канала накопления «критической» массы знаний
и обмена ими. Книгопечатание – первая информационная революция
2. Механический (с сер 17 в.) Инструментарий: пишущая машинка, телефон, телеграф.
Коммуникации: оснащенная более совершенными средствами доставки почта.
3. Электромеханический (90-е гг 19 в) Инструментарий: электрические пишущие машинки, копировальные
аппараты, портативные диктофоны
4. Электронный (с 40-х гг 20 в) – появление больших ЭВМ и соответствующе ПО.; позднее ПК с развитой
периферией
5. Интернет (90-е годы 20 в) – создание открытого инф общества на базе сети Internet,мобильной и спутниковой
связи
6. Эпоха облачных технологий (2010-е — настоящее время)
Облачные сервисы позволяют хранить и обрабатывать данные удалённо, устраняя необходимость в собственных
серверах. Это также стимулирует развитие IoT (“Интернета вещей”) и увеличивает внимание к
кибербезопасности.
7. Искусственный интеллект и большие данные (настоящее время)
Анализ данных, машинное обучение и ИИ становятся неотъемлемой частью систем, обеспечивая более точные
прогнозы и эффективное принятие решений.
Что лежит в основе? Стремление механизировать свой труд.
4

5.

История развития вычислительной техники, ИТ
3000 лет до н.э. — в древнем Вавилоне были изобретены первые счёты – абак (доска с
полосковыми углублениями).
Около 500 года н.э.: усовершенствование абака - костяшки нанизали на стержни. Стержни
представляли собой разряды с/с: каждая костяшка на первом стержне имела достоинство 1, на
втором - 10 и т.д.
В России т. н. русские счеты появились в XVI веке
1614 г. – Джон Непер - фолиант «Описание удивительной таблицы логарифмов». Были
составлены таблицы логарифмов, после смерти Непера изобретена логарифмическая линейка.
1623 г. – проф. Вильгельм Шиккард – описание счетной машины
1642 г. – Блез Паскаль – первая построенная механическая суммирующая машина (+, *)

6.

История развития вычислительной техники, ИТ
1673 г. - Лейбниц (нем. мат) создал новый тип арифмометра - механический калькулятор (+, *, /)
Нач XIX в. – француз Жаккард изобрел перфокарты для управления ткацким станком

7.

История развития вычислительной техники, ИТ
1822 г. – прообраз ЭВМ
(англ.мат.)
Аналитическая (программно-управляемая) машина
Бэбиджа, операции сложения и вычитания.
Проект машины содержал все основные устройства
вычислительных машин: память, арифметическое
устройство, устройство управления, устройства вводавывода.
Программировалась на элементарном ассемблере,
требовалось ПО ->
след. слайд

8.

История развития вычислительной техники, ИТ
1830 г.
– Принципы программирования для
АМ разработала в 1843 г. Огаста
Ада Лавлейс (Байрон)
АМ не реализована из-за отставания
промышленности

9.

История развития вычислительной техники, ИТ
1880 г. - В.Т. Однер, Россия.
Механический арифмометр с
зубчатыми колесами.
Модификация «Феликс» выпускалась
до 1950 гг
Минусы: большие габариты

10.

История развития вычислительной техники, ИТ
Середина XIX века
логическая алгебра (Булева алгебра)
Джордж Буль
(George Boole, GB)
(02.11.1815 – 08.12.1864)
Значение:
• Разработанная алгебра логики – часть матем
аппарата для проектирования узлов ЭВМ,
использующих 2 с/с (шифратор, дешифратор,
сумматор)
• Как «соединить» мат логику с 2с/с и
электрическими цепями? В 1936 г. диссертация
Клода Шеннона: булева алгебра и двоичная
арифметика могут быть использованы для
упрощения функционирования реле или
переключателей, используемых в телефонных

11.

История развития вычислительной техники, ИТ
Перфоленты
1928 г. – 80-колонные перфокарты для IBM
«формат IBM». — 12 строк и 80 колонок; каждая колонка обозначает один символ;
80 симв=100 байт – мало!
24 команды на перфокарту (маш слово=36 бит Х 2 = 72 - одна строка)
+++ дешевизна, надежность, безопасность (уничтожить информацию практ
невозможно, да и долго)

12.

История развития вычислительной техники, ИТ
1936 г. – Англичанин Алан Тьюринг опубликовал
работу
"О
вычислимых
числах",
заложив
теоретические основы теории алгоритмов.
Основная задача классической теории алгоритмов
- это ответ на вопрос: " Можно ли (вообще) для задач
данного
типа
построить
алгоритм?«, или:
"Являются ли задачи данного типа алгоритмически
разрешимыми"?
Для любой алгоритмически разрешимой задачи
можно построить машину Тьюринга (абстрактную)!
Вопрос.
Если машина
доберется
до
заключительного состояния, пусть и через много лет,

13.

История развития вычислительной техники, ИТ
1945 г.
Дж. фон Нейман воплотил идеи Беббиджа и разработал
принципы работы и компоненты современного программноуправляемого компьютера:
АЛУ
УУ
Память
Устройство ввода информации
Устройство вывода информации
Важнейшие требования к структуре компьютеров:
• машины на электронных элементах должны работать не в 10с/с, а в 2с/с
• программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;
• программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;
• трудности физической реализации ЗУ, быстродействие которого соответствует
скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти
те выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);
• АУ(процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию
сложения; создание специальных устройств для выполнения других
арифметических и иных операций нецелесообразно;
• в машине используется параллельный принцип организации выч. процесса
(операции над числами производятся одновременно по всем разрядам).

14.

История развития ВТ, ИТ
Первое поколение ЭВМ. Вторая информационная
революция
1946 г. – ENIAC - первая ЭВМ (США)
- содержала 18 тысяч эл-вакуумных ламп, занимала площадь 167 м2
- Соединение элементов – навесной монтаж проводами
- 300 опер умножения и 5000 сложений/сек многоразрядных чисел
- сложная эксплуатация из-за частой поломки ламп
- Программирование – машинные коды
-
Пр Эккерт и Дж Моучли
программы не сохранялись (не было шнуровой коммуникации)

15.

История развития вычислительной техники, ИТ
1947 г. – Изобретение транзистора
1948 г. Шеннон Клод - американский математик, основоположник математической теории
информации, опубликовал работу «Математическая теория связи», где изложены идеи, ставшие
впоследствии основой современных теорий и техник обработки, передачи и хранения
информации. Развитая Шенноном теория информации помогла решить главные проблемы,
связанные с передачей сообщений:
• устранить избыточность передаваемых сообщений,
• произвести кодирование и передачу сообщений по каналам связи с шумами.
Решение проблемы избыточности подлежащего передаче сообщения позволяет
максимально эффективно использовать канал связи. К примеру, современные
методы снижения избыточности в системах телевизионного вещания позволяют
передавать до 6 цифровых программ телевидения, в полосе частот, которую занимает
обычный сигнал аналогового телевидения

16.

История развития вычислительной техники, ИТ
1951 – МЭСМ (СССР)
1952 - 1953 г. – БЭСМ -1 и БЭСМ-2 (серийный выпуск)
1953 – Джей Форрестер изобрел магнитное ЗУ
1954 – IBM 650
Работали на вакуумных лампах;
малое быстродействие (100 оп/с);
Малый объем ОП
1956 г. - БЭСМ-6 - другая элементная база (п/п транзисторы); > 1млн оп/сек
1958 г. – Джек Килби, Texas Instruments - первая ИС

17.

История развития вычислительной техники, ИТ.
Второе поколение ЭВМ на транзисторах (1955-1964)
1964 г. Накопитель на магнитных дисках и машина IBM-360
Май 1964 г. – Dartmouth College (1-ая программа на Basic)
1970 г. - Швейцарец Н. Вирт разработал ЯП Паскаль, получивший впоследствии широкое
распространение в обучении программированию

18.

История развития вычислительной техники, ИТ
1971 г. – Эдвард Хофф микропроцессор INTEL - 4004
Это универсальный ЦП, но ни разрядность, ни адресное пространство не позволяли
применять его для вычислений

19.

История развития вычислительной техники, ИТ
Третье поколение ЭВМ на ИС (1965-1974)
1974 г.– Эдвард Робертс создал первый ПК "Altair" на
основе микропроцессора Intel 8080
• Элементная база: ИС
• Габариты: в виде стоек, не
требуют спец зала
• Быстродействие: до 1 млн
оп/сек
• Языки программирования

20.

История развития вычислительной техники, ИТ
1975 г. – Студенты Пол Аллен и Билл
Гейтс впервые использовали
Бейсик для ПО ПК "Альтаир".
язык

21.

История развития вычислительной техники, ИТ.
Четвертое поколение ЭВМ. Третья информационная революция
ЭВМ четвертого поколения на БИС
Появление компьютерных) сетей.
В 1983 г Международная организация по стандартизации (International Standard
Organization – ISO) разработала систему стандартных протоколов - модель
взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection – OSI) или
эталонной модели взаимодействия открытых систем.
Появление этого стандарта сыграло важную роль при формировании различных
компьютерных сетей, в том числе Internet.
Пятое поколение ЭВМ
Элементная база - сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных
принципов (лазеры, голография).
В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к
обработке знаний, создание экспертных систем.
Архитектура будет содержать два блока: Традиционный компьютер и интеллектуальный интерфейс,
задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и
перевести его в работающую программу для компьютера.

22.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
1. По сфере применения
• Базовые ИТ – технологии, использующие универсальные методы работы с информацией;
являются базовыми компонентами, на основе которых проектируются прикладные ИТ
o технологии баз данных;
o гипертекстовые технологии;
o мультимедийные технологии;
o технологии программирования;
o телекоммуникационные технологии;
o геоинформационные технологии;
o технологии искусственного интеллекта;
o технологии защиты информации.
Прикладные ИТ - технологии, реал адаптир к конкретным областям применения типовые
способы работы с информацией. Основная задача прикладных ИТ – эффективная организация
инф процесса. Здесь информация как ресурс, средство, но не конечный результат.
o
ИТ в управлении;
o
ИТ в промышленном производстве;
o
ИТ в торговле;
o
ИТ в образовании;
o
ИТ в медицине и др.
Специальные ИТ - технологии, специфичные для конкретных сфер инф производства:
o
архивные технологии; Здесь информация и ресурс, и конечный результат
25
o
издательские технологии;
o
офисные технологии;

23.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
2. По назначению
обеспечивающие ИТ - это технологии обработки информации, которые могут использоваться как
инструменты в различных предмет областях для решения спец задач. ОИТ реализуют основные
процессы переработки информации – ИТ сбора, обработки, поиска, обмена и т.д.
функциональные ИТ - технологии, реализующие типовые процедуры обработки информации в
определённой предметной области
26

24.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
3. По пользовательскому интерфейсу
пользовательский интерфейс - набор приёмов взаимодействия пользователя с приложением
Приложение - пакет прикладных программ для опред области применения и потребления информации.
Пользовательский интерфейс включает 3 понятия:
• общение приложения с пользователем,
• общение пользователя с приложением
• язык общения, который определяется разработчиком программного приложения.
Свойства интерфейса: конкретность и наглядность.
Функция интерфейса - формирование у пользователя одинаковой реакции на одинаковые действия
приложений, их согласованность.
Командный:
C:\
WIMP: WindowsImageMenuPointer на
экране окно с образами программ и меню действий
SILK:SpeechImageLanguageKnowledge
по речевой команде происходит перемещение от одних
к другим образам
27

25.

Информация и ИС. Свойства информации
Информация – это сведения об окружающем мире (объектах, явлениях, событиях,
процессах), которые уменьшают имеющуюся степень неопределенности, неполноты знаний
(энтропию).
«Информировать» в теории информации значит сообщать ранее неизвестное.
Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление
передаваемой информации (с помощью условных сигналов, технических средств,
вычислительных средств и т.д.).
Т. к. информацию можно хранить, преобразовывать и передавать, должны быть ее носители
передатчики, каналы связи и приемники. Эта среда объединяет источники информации и ее
получателей в информационную систему.
28

26.

Формы представления информации
• графическая – способ хранения информации об окружающем мире в виде рисунков,
картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте и др.;
звуковая – способ кодирования информации с использованием специальных символов;
• числовая – количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; для
хранения и распространения используется метод кодирования специальными символами,
причем системы кодирования (счисления) могут быть разным
текстовая – способ кодирования речи человека специальными символами – буквами;
видеоинформация – способ сохранения «живых» картин окружающего мира
Особый вид информации в настоящее время - информация, представленная в глобальной
сети Интернет. Здесь используются особые приемы хранения, обработки, поиска и передачи
распределенной информации больших объемов и особые способы работы с различными
видами информации.
29

27.

Информация и данные
«Данные – это информация, представленная в виде, пригодном для
обработки ее автоматическими средствами при возможном участии
человека»
Данные – составная часть информации. Они представляют собой
зарегистрированные сигналы.
Свойства информации
Операции с данными
•Полнота (достаточность И для принятия реш)
Сбор
Формализация
Фильтрация
Сортировка
Архивация
Защита
Транспортировка
Преобразование
•Достоверность - свойство отражать
.реально существующие объекты с необходимой точностью
•Адекватность (степень соответствия образа и объекта с помощью информации)
•Доступность
•Актуальность - сведения, необходимые в данный момент
•Релевантность – способность соответствовать запросам пользователя
•Краткость и четкость
•Ценность (степень важности для применения на практике)
•Понятность
30

28.

Как измеряется количество информации
1.
Формула Хартли: процесс получения информации рассматривается как выбор
одного сообщения из заданного множества N равновероятных сообщений, а количество
информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определяется по формуле
(Хартли)
где N – количество возможных событий,
I – количество информации.
I log 2 N
N 2I
По формуле, 8 двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 (256=28) различных символов.
Задача 1.
Происходит выбор одной карты из колоды в 64 карты. Какое количество информации мы получаем в зрительном
сообщении о выборе определенной карты?
64=2I, I =6
6 бит информации
Задача 2.
Какое было количество возможных событий, если после реализации одного из них мы получили количество
информации равное 3 битам?
N=23, N=8 – возможных событий.
Задача 3. Определить, какое кол-во информации содержит сообщение об угаданном числе из набора чисел от 1 до 100.
31
По формуле Хартли
един. (бит)
I log 100 6.644
2

29.

Как измеряется количество информации
2.
Формула Шеннона: определение среднего количества информации, учитывает
возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе:
I ( p1 log 2 p1 p2 log 2 p2 p N log 2 p N )
где pi – вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.
I – количество информации.
В качестве единицы информации Кл. Шеннон предложил принять один бит (англ. bit – binary digit – двоичная цифра).
Бит в теории информации – количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений.
В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти компьютера, необходимую для хранения
одного из двух знаков 0 и 1, используемых для внутримашинного представления данных и команд.
Более крупная единица – байт, равная 8 битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из
256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=28).
Связь между формулами
Когда все N событий имеют одинаковую вероятность (pᵢ = 1/N для всех i), формула Шеннона превращается в формулу
Хартли: I = -∑ (1/N) log₂ (1/N), I = -N * (1/N) log₂ (1/N), I = -log₂ (1/N), I = log₂N.
32

30.

Системы счисления
Система счисления (с/с) — символический метод записи чисел с помощью знаков (символов)
Символы, при помощи которых записывается число, называются цифрами.
Следы древних систем счета:
• деление часа на 60 минут и угла на 360 градусов (древний Вавилон).
• традиция записывать в римской записи числа I, II, III ( древний Рим).
• счет дюжинами: год=12 месяцев, фут=12 дюймов, сутки делятся на 2 периода по 12 часов ( англосаксы)
Классификация систем счисления
Позиционные системы счисления - это с/с, в которых количественный эквивалент каждой цифры (её вес)
зависит от ее положения (позиции) в записи числа: 111, 2345
позиционный принцип записи чисел состоит в том, что каждая цифра, содержащаяся в записи числа, занимает определенное место, называемое
разрядом. Отсчет разрядов производится справа налево. Единица каждого следующего разряда всегда превосходит единицу предыдущего разряда в
определенное число раз. Это отношение носит название основание с/с (у непозиционных с/с понятия «разряда» и «основания» отсутствуют).
Например: число 237 состоит из 3 цифр. Отдельно взятая цифра 7 больше чем цифра 2. Однако, в составе числа, двойка стоит на позиции сотен, а семёрка - на позиции единиц,
поэтому количественное представление двойки - две сотни, или двести, а семёрка - всё та же семь.
Общее свойство всех позиционных с/с: при каждом переходе влево (вправо) в записи числа на один разряд величина
цифры увеличивается (уменьшается) во столько раз, чему равно основание с/с.
Достоинства: можно записать любое число в компактной форме; над числами легко проводить матем. действия
Примеры: 60 с/с (часы); 12 с/с (дюжина, счет по количеству суставов к пальцах, кроме большого).
33

31.

Непозиционные системы счисления
В непозиционных с/с величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе.
Например: римская с/с, где для обозначения цифр используются латинские буквы:
I
V
X
L
С
D
М
1
5
10
50
100
500
1000
С их помощью можно записывать натуральные числа.
Например: число 1995 : MCMXCV (М-1000,СМ-900,ХС-90 и V-5).
Правила записи чисел в римской с/с:
если большая цифра стоит перед меньшей, они складываются, например: VI – 6 (5+1);
если меньшая цифра стоит перед большей, то из большей вычитается меньшая, причем в этом случае меньшая цифра уже
повторяться не может, например: XL — 40 (50-10), XXL – нельзя (хотя как р-р одежды он используется: extra extra large = 58);
цифры М, С, Х, I могут повторяться в записи числа не более трех раз подряд;
цифры D, L, V могут использоваться в записи числа только по одному разу.
Запись XXX обозначает число 30, сост. из трех цифр X, каждая из которых, независимо от ее места в записи числа, равна 10.
Запись MCXXIV обозначает 1124 (1000 + 100 +10 + 10 + 5 – 1)
Самое большое число, которое можно записать в этой с/с: MMMCMXCIX (3999).
По этой причине, а также по причине отсутствия цифры ноль, римская с/с не годится для записи действительных чисел.
Основные недостатки непозиционных с/с:
• в них нельзя записать любое число;
• запись чисел обычно громоздка и неудобна;
34

32.

Непозиционные системы счисления. Примеры
Древнеегипетская непозиционная 10 с/с
Сколько? 345
в вавилонской системе использовалось всего 2 символа:
“прямой” клин для обозначения единиц и “лежачий” — для десятков
Чтобы определить значение числа, надо изображение числа разбить на
разряды справа налево. Новый разряд начинается с появления прямого
клина после лежачего. Значение числа на рис равно …
Как быть с 0?
32
Для определения абсолютного значения числа был введен спец символ для
обозначения 60-ричного разряда, что соответствует появлению цифры 0 в
записи десятичного числа: 3632=602 + 30 + 2
35

33.

Алфавит и основание системы счисления
Алфавит с/с - совокупность различных цифр, используемых в позиционной с/с для записи чисел.
Например:
Десятичная система: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
Двоичная система: {0, 1}
Восьмеричная система: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
Шестнадцатеричная система: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}
Системы счисления, используемые в вычислительной технике
С технической т. зр. 10 с/с неудобна, т. к. в электрических цепях компьютера требовалось бы иметь одновременно 10
различных сигналов. Чем меньше различных сигналов в электрических цепях, тем проще микросхемы, являющиеся
основой конструкции большинства узлов ЭВМ, и тем надежнее они работают.
Наименьшее основание, которое может быть у позиционных с/с – двойка. Именно поэтому 2 с/с используется в ВТ, а двоичные
наборы приняты за средство кодирования информации. В компьютере имеются только два устойчивых состояния работы микросхем,
связанных с прохождением электр. тока через данное устройство (1) или его отсутствием (0). Точнее, (1) кодирует высокое
напряжение в схеме компьютера, а (0) – низкое напряжение.
Зачем нужны другие с/с, кроме еще и десятичной?
25510 = 111111112 =33334 = 3778 =FF16.
Чем меньше основание с/с, тем больше разрядов требуется для записи числа - проигрываем в компактности записи чисел и их
наглядности. Поэтому, наряду с 2- и 10 с/с, в ВТ применяют запись чисел в 8-и 16-ричных с/с - их основания кратны 2
36

34.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Особенности работы в 2 с/с
Чтобы компьютер мог работать с двоичными числами (кодами), необходимо чтобы они где-то хранились.
Где хранятся отдельные цифры? В триггерах ( электронных схемах).
Триггер может находиться в 2-х состояниях, одно из которых соответствует нулю, другое — единице.
Для запоминания отдельного числа используется регистр — группа триггеров, число которых соответствует
количеству разрядов в двоичном числе.
А совокупность регистров — это оперативная память (почти).
Число, содержащееся в регистре — машинное слово. Арифметические и логические операции со словами
осуществляет арифметико-логическое устройство (АЛУ).
Для упрощения доступа к регистрам их нумеруют. Номер называется адресом регистра. Например, если
необходимо сложить 2 числа — достаточно указать номера ячеек (регистров), в которых они находятся, а не сами
числа. Адреса записываются в 16-ричной системе.
Почему на экране мы видим десятичные числа и буквы? При нажатии на клавишу в компьютер передаётся
определённая последовательность электрических импульсов, причём каждому символу соответствует своя
последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Программа драйвер клавиатуры и экрана
обращается к кодовой таблице символов (например, ASCII), определяет, какому символу соответствует полученный
код и отображает его на экране.
Таким образом, тексты и числа хранятся в памяти компьютера в двоичном коде, а программным способом
преобразуются в изображения на экране.
37

35.

Основные данные по системам счисления
Таблица 1. Характеристика систем счисления
Система счисления
Основание
Используемые символы (коэффициенты)
десятичная
10
0-9
двоичная
2
0-1
восьмеричная
8
0-7
шестнадцатиричная
16
0-9, A (10), B (11), C (12), D (13), E (14), F (15)
Таблица 2. Соответствие между двоичными, 8-ричными, 16-ричными и десятичными числами
Основание системы счисления
Вид числа
10
0
1
2
3
4
5
6
7
2
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
8
00
01
02
03
04
05
06
07
16
0
1
2
3
4
5
6
7
10
8
9
10
11
12
13
14
15
2
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
8
10
11
12
13
14
15
16
17
16
8
9
A
B
C
D
E
F
Пример:
378 = 3 * 81 + 7 * 80 = 3110
1F3D16 = 1 * 163 + 15 * 162+ 3 * 161 + 13 * 160 = 799710
1102 = 1 * 22 + 1 * 21 + 0 * 20 = 610
2
1
0
–1
38

36.

Перевод целых чисел из десятичной системы счисления в двоичную
39

37.

Кодирование текстовой информации в компьютере
Вся информация в ЭВМ представлена в виде двоичных кодов. При кодировании текстовой
информации в память последовательно заносятся коды символов, составляющих текст, и
команд, управляющих внешним видом и размещением этих символов. Например, если
представить числа 71 и 17 как текст, то информация будет отличаться только порядком
следования кодов цифр 1 и 7. Коды же чисел 71 и 17 будут совершенно различны.
Символы и соответствующие им коды стандартизованы и оформлены в кодовые
таблицы. Кодовая таблица – это внутреннее представление символов в ЭВМ
Популярные 8-битные кодовые таблицы:
• ASCII – American Standart Code for Information Interchange – нажатие клавиши посылает в компьютер
двоичное число – комбинацию нулей и единиц (1 байт). Любую комбинацию можно интерпретировать
как десятичное число от 0 до 256;
• КОИ8-Р – Код Обмена Информацией 8-битный с кириллицей для Unix;
• CP1251 – (Code Page) – кодировка с кириллицей в Microsoft Windows;
• CP866 – кодировка MSDOS;
При разработке всех кодовых таблиц использовано следующее соглашение: первая половина таблицы –
это коды с 0 по 127 – одинакова во всех вариантах кодировок. Первые 33 состояния (0-32) – это коды
операций с текстом (перевод на новую строку, пробел, удаление последнего символа и т. п.). Состояния с
33 по 127 – это коды знаков препинания, арифметических действий, цифр, строчных и прописных букв
латинского алфавита.
Вторая половина кодовых таблиц отводится под знаки национальных алфавитов и ввода в текст
графических элементов для оформления таблиц.

38.

Кодирование текстовой информации в компьютере (продолжение)
Unicode - двухбайтная кодировка
международный стандарт Unicode отводит под символ 2 байта (для многих языков: арабского, японского, китайского, 256
символов недостаточно. Кодировки представлены семействами: UTF-8, UTF-16 (Unicode Transformation Format, Универсальный набор символов)
Каждый блок из 2-х байт может находиться в 216 =65536 состояниях.
Этого достаточно, чтобы в одной таблице собрать символы большинства существующих алфавитов
Начиная с версии Юникода 15.0 для кириллицы выделено несколько областей:
U+0400 — U+045F — буквы славянских алфавитов из кодировки ISO 8859-5, но перемещённые вверх на 864 позиции (36016).
U+0460 — U+0489 — исторические буквы и символы из старославянского (церковнославянского) алфавита.
U+048A — U+052F — дополнительные буквы для разных языков, использующих кириллицу.
U+1C80 — U+1C8F — старые формы представления кириллических букв.
U+2DE0 — U+2DFF — церковнославянские буквотитлы.
U+A640 — U+A67F — дополнительные буквы и символы для церковнославянского языка.
U+A680 — U+A69F — дополнительные буквы для старой абхазской орфографии.
U+1E030 — U+1E08F — над- и подстрочные буквы-модификаторы.

39.

American Standart Code for
Information Interchange
42

40. Кодирование текстовой информации в компьютере

Кодирование графической информации в компьютере.
Растровая графика
В докомпьютерную эпоху графическая информация регистрировалась и воспроизводилась в аналоговой
форме. Чертежи, рисунки создавались с помощью сплошных линий и мазков разной величины и цвета.
Дискретное представление графики получается за счет того, что экран монитора разбивается на строки и
колонки. Каждая точка (клетка) - пиксель; их совокупность – растр.
1. Если для изображения используют 2 цвета (B/W), достаточно 1 бита на каждый пиксел
2. Если каждый пиксел описывается 4 битами, то изображение может иметь 16 оттенков серого. При использовании 16 бит на пиксел
изображение будет иметь 216 оттенков серого,
3. В современных компьютерах описание цвета занимает 32 бит на пиксел => возможно использовать миллионы цветов
4. НО! Количество строк и колонок в растре – это разрешающая способность экрана. Типовое разрешение : 1024х768 пикселей в растре.
Для хранения цветного изображения нужно 32x1024x768 ~ 3 Mb памяти -> «проклятие размерности»
5. Что делать?
Искать способы передачи цвета

41. Кодирование текстовой информации в компьютере (продолжение)

Кодирование графической информации в компьютере (продолжение)
1.
Метод (система) RGB (True color) – (Red, Green, Blue) удобен для изображений на экране. Оттенки цвета создаются смешением
лучей трех базовых цветов разной интенсивности. Под значение интенсивности каждого луча отводится 1 байт, т. е. различают
28=256 уровней интенсивности. Для совокупности трех лучей получается 2563 >16 млн. разных вариантов, каждый из которых
создает свой оттенок цвета.
2.
Метод (система) CMYK – («Си-Эм-Уай-Кей», Cyan, Magenta, Yellow, black-ГолПурЖелЧер) удобен для изображений, которые
предполагается печатать на бумаге. Он учитывает особенности полиграфии. Для кодирования одного пикселя требуется 4 байта и
можно передать 25 млрд. оттенков.
3.
Для WEB-документов используются индексированные цвета: для запоминания цвета каждого пикселя использовать только 1 байт.
Каждому состоянию байта сопоставляется определенная комбинация интенсивностей базовых цветов. *.JPG, *.GIF, *.PNGкодировки объединяют области рисунка, закрашенные близкими оттенками, и сохраняют для них усредненный цвет. За счет этого
размеры графических файлов существенно уменьшаются.
4.
В компьютерной документации коды RGB- и CMYK-цвета представляются так
1) Интенсивности каждого базового цвета перечисляются в том порядке, который использован в аббревиатуре используемой системы.
Эти интенсивности представляются в 16-ричной позиционной системе.
2). Перед полученным кодом оттенка размещают символ #.
Примеры составления кодов для некоторых цветов:
#000000 – черный цвет – нулевая интенсивность каждого луча, т.е. цвета отсутствуют;
#B5B5B5 – какой-то оттенок серого, т. к. интенсивности всех лучей одинаковы;
#FFFFFF – белый цвет – все цвета в максимальной интенсивности
#CF35D1 – номера интенсивностей базовых лучей в 10 с/с:
красного CF = 12 *16 + 15 = 207; зеленого 35 = 3 * 16 + 5 = 53; синего D1 = 13 *16 + 1 = 209.

42.

Растровое изображение – массив пикселей (одинаковых по размеру и форме точек, расположенных в узлах
регулярной сетки).
Представление растрового изображения в памяти компьютера – это массив упорядоченных сведений о цвете всех
пикселей.
Форматы растровых изображений:
• BMP
• GIF
• PNG
• JPEG
45

43. Кодирование графической информации в компьютере. Растровая графика

Растровая графика
Растровая графика
+ позволяет создать практически любой рисунок; повышение яркости и контрастности старых
изображений; удаление мелких деталей изображения; преобразование ч/б изображения в цветное; возможность
применения эффектов преобразования.
Растровое представ. изображения естественно для большинства устройств ввода/вывода граф. информации
(мониторы, струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры).
- большой размер файлов; невозможность идеального масштабирования: при увеличении изображения пикселы
перестают восприниматься глазом зрителя как однородное изображение; при уменьшении изображения
выбрасываются некоторые пикселы - потеря части информации
Редакторы: Adobe Photoshop, PaintBrush, Canva
Популярные растровые форматы: gif, jpeg, png
gif позволяет создавать анимированные изображения,
jpeg и png — только статичные

44. Кодирование графической информации в компьютере (продолжение)

Векторная графика
Векторная графика - способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на
использовании геометрических примитивов: точки, линии, сплайны и многоугольники.
Из нескольких примитивов можно построить объект, а из нескольких объектов — изображение.
Все примитивы описываются своими математическими формулами и характеристиками линий (векторное описание).
Для каждого графического объекта задаются
координаты опорных точек, формулы
рисования объекта, а также цвет, толщина и
стиль линии его контура
Векторное представление
окружности
+ возможно описать большой объект файлом мин. размера;
способ позволяет очень точно описывать положение объектов, их взаимное расположение в изображении
перемещение, масштабирование, вращение, заполнение не ухудшая качество рисунка.
- невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла
Для создания векторного изображения, отображаемого на растровом устройстве, используются программные
или аппаратные преобразователи.
Графические редакторы для векторного представления : AutoCAD, Adobe Illustrator, MS Visio, CorelDraw
Форматы векторных графических редакторов WMF, ODG, CDR, AI, SVG

45.

Характеристики представления графической информации
Векторное представление
Растровое представление
Изображение хранится в виде набора графических
объектов
Изображение хранится в виде описания отдельных
пикселов
Размер файла не зависит от размеров изображения;
Файла занимают мало места
Размер файла зависит от размеров изображения;
Файла занимают много места
Легко масштабируются и трансформируются без потери
качества
Масштабирование приводит к потере качества
Использует математические описания объектов
Задается цвет только всего объекта
Может быть сохранено в различных растровых
форматах
Используется в инженерной графике,
автоматизированном проектировании,
конструировании, создании TRUE TYPE-шрифтов,
электронной картографии. Всюду, где нужна высокая
четкость, масштабируемость
Использует поточечное описание изображения
Точная полутоновая цветопередача
Перевод в векторный формат очень сложен и требует
большой ручной работы
Используется в обработке изображений высокого
фотографического качества, где важна цветопередача.
Используется при передаче изображений в Интернете,
выводе на печать и полиграфии
48

46. Растровая графика

49