وحدات قياس كمية البيانات المخزنة في الذاكرة. التمثيل الرقمي للصور. التمثيل الصوتي الرقمي

27.01.2019

المحاضرة الثانية: ترميز وهيكلة ووحدات عرض وقياس وتخزين البيانات. مفهوم هيكل الملف

المحاضرة التالية 3. هندسة نظام الكمبيوتر. النظم الفرعية الوظيفية تصنيف أجهزة الكمبيوتر

عرض بيانات. لكي تتمكن من استخدام الكمبيوتر لمعالجة البيانات، يجب أن يكون لديك طريقة ما لتمثيل البيانات. تعتمد كيفية تقديم البيانات على الجهة التي تستهدفها البيانات:

للشخص (التمثيل الخارجي)؛
للكمبيوتر (التمثيل الداخلي)

في التمثيل الداخلييمكن وصف البيانات في أشكال تناظرية (مستمرة) أو رقمية (منفصلة). وفقا لهذا، يتم التمييز بين التناظرية و أجهزة الكمبيوتر الرقمية. تقريبا كلها مستخدمة أنظمة الحوسبةرقمية حاليًا. وبالتالي، يتم تمثيل أي بيانات في أجهزة الكمبيوتر الحديثة كأعداد صحيحة.

يمكن اختزال أي نوع من البيانات التي تتم معالجتها على الكمبيوتر إلى مجموعة من أبسط النماذج:

مجموعة الأحرف (النص)؛
الصوت (اللحن)؛
الصورة (الصور والرسومات والرسوم البيانية)؛
الأعداد الحقيقية والأعداد الصحيحة (معلومات رقمية).

يجب تمثيل كل نوع من البيانات بطريقة عالمية كمجموعة من الأعداد الصحيحة. يتم تطوير قواعد هذا التمثيل من قبل المعاهد العلمية ويتم إضفاء الطابع الرسمي عليها في شكل معايير. في العرض الخارجي، يتم تخزين كافة البيانات كملفات. وفي العديد من الحالات، يلزم مستوى أعلى من تنظيم البيانات المستوى الخارجي، ثم يتم تجميع البيانات في قواعد البيانات.

شكل ثنائي من الأعداد الصحيحة. كمية المعلومات. الكمبيوتر الأجهزة الكهربائية. يتم التحكم فيه باستخدام الإشارات الكهربائية. لذلك، يجب تقديم أي بيانات بطريقة عالمية بحيث يمكن ترجمتها بسهولة إلى لغة "كهربائية". الشكل الثنائي للأعداد الصحيحة لديه هذه الخاصية. لكتابة رقم في شكل ثنائي، يتم استخدام رمزين فقط 0 و 1 ويمكن بسهولة تعيين هذه الرموز لبعض قيمة الجهد الثابت المخططات الكهربائيةحاسوب.

يتم استدعاء كمية المعلومات المقابلة للرقم الثنائي قليل.

والقليل هو أصغر معلومة. الرقم الذي يتم تمثيله بواسطة N بت يسمى N-bit أو N-bit. في وقت لاحق أصبح من المناسب العمل مع تسلسلات من الأصفار والآحاد مجتمعة في مجموعات حجم ثابت. أعلى قيمةلديه تسلسل من ثمانية أرقام ثنائية - 8 بت

01 00 01 11 00 00 11 11

يتم استدعاء كمية المعلومات المقابلة لهذا الرقم بايت. البايت، يمثل حرفًا واحدًا (حرف، رقم، علامة، إلخ.)

وبالإضافة إلى ذلك، دعت المجموعات في كلمة واحدة. يعتمد حجم الكلمة على خصائص نظام كمبيوتر معين، ولكن كقاعدة عامة، في معظمها أجهزة الكمبيوتر الحديثةحجم الكلمة 2 بايت

01 00 01 11 00 00 11 11 01 00 01 11 00 00 11 11

التمثيل الرقمي للصور

في علوم الكمبيوتر، الصورة هي منطقة مستطيلة مملوءة بلون يتغير باستمرار. لذلك، لتمثيل الصور بأعداد صحيحة، من الضروري فصل المساحة المستطيلة عن اللون.

لوصف منطقة ما، يتم تقسيمها إلى العديد عناصر النقطة - بكسل. مجموعة النقاط نفسها تسمى النقطية، والصور التي يتم تشكيلها على أساس البيانات النقطية تسمى البيانات النقطية.

يسمى عدد البكسل لكل منطقة معينة دقة. غالبًا ما تكون هناك قيم 640x480، 800x600، 1024x768، 1280x1024 - والتي تشير إلى دقة الشاشة أو وضع تشغيلها. يتم ترقيم كل بكسل بدءًا من الصفر من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل.

تستخدم نماذج الألوان لتمثيل اللون. نموذج اللونهي القاعدة التي يمكن من خلالها حساب اللون.

أبسط نموذج الألوان هو قليلا. يستخدم بت واحد فقط لوصف لون كل بكسل (أسود أو أبيض).

لتقديم صور كاملة الألوان، عدة أكثر نماذج معقدة. من المعروف أنه يمكن تمثيل أي لون كمجموع ثلاثة ألوان أساسية: الأحمر والأخضر والأزرق. إذا تم تمثيل شدة كل لون برقم، فسيتم التعبير عن أي لون من خلال مجموعة من ثلاثة أرقام. هذه هي الطريقة التي يتم بها تحديد الأكثر شهرة نموذج الألوان RGB . بهذه الطريقة، يمكنك تمثيل 2 ^24 لونًا، أي ما يقرب من 16.7 مليون لون. تم توحيد نموذج الألوان RGB في عام 1931 وتم استخدامه لأول مرة في التلفزيون الملون. نموذج آر جي بييكون نموذج المضافةأي أنه يتم الحصول على اللون عن طريق إضافة الألوان الأساسية.

هناك نماذج ألوان أخرى مفضلة على نموذج RGB لعدد من المهام. على سبيل المثال، لتمثيل اللون في الطابعة، نستخدم نموذج CMY الطرحي، اللون الذي يتم الحصول عليه عن طريق طرح الألوان الأساسية منه أبيض. حديث محرر الرسوم البيانيةكقاعدة عامة، يمكن أن تعمل مع العديد من نماذج الألوان.

التمثيل الرقمي للصوت.

صوت- هذه هي الحركة التذبذبية لجزيئات وسط مرن تنتشر على شكل موجات في وسط غازي أو سائل أو صلب.

التذبذبات- هذه حركات (تغيرات في الحالة) لها درجات متفاوتة من التكرار.

الاهتزازات التوافقيةأنا الذبذبات التي فيها الكمية الماديةيتغير مع مرور الوقت وفقا لقانون الجيب أو جيب التمام. بيانيا الاهتزازات التوافقيةيتم تمثيلها بمنحنى - موجة جيبية أو موجة جيب التمام.

التمثيل الصوتي الرقميعلى أساس الأسلوب تعديل التردد، والذي يفترض أنه من الناحية النظرية يمكن تحليل أي صوت معقد إلى سلسلة من أبسط الأصوات الإشارات التوافقية ترددات مختلفة، أدناه يتم توضيح ذلك جيدًا من خلال رسم أطياف الصوت لاثنين الات موسيقية. الصوت في هذه الحالة هو شكل جيبي على شكل مجموعة من الترددات والسعات المحددة، وبالتالي يمكن وصفه بواسطة معلمات عددية، أي عن طريق الكود.

تتلخص مهمة التمثيل الرقمي للصوت في وصف المنحنى الجيبي. يظهر مبدأ هذا التمثيل في الشكل؛ لذلك من الضروري تحديد مجموعة مختارة من القيم (x). تردد الموجة(يحدد درجة نغمة الصوت) و السعة(يحدد مستوى الصوت). يتم قياس التردد بالهرتز (هرتز).

يتم تعيين عدد صحيح لكل عينة منفصلة - قيمة السعة. يتم استدعاء عدد العينات في الثانية معدل أخذ العينات[ أخذ العيناتمعدل] . يتم استدعاء عدد قيم السعة الممكنة دقة أخذ العينات[ أخذ العيناتمقاس] . هكذا، موجة صوتيةيتم تقديمه على شكل منحنى متدرج. يكون عرض الخطوة أصغر، وكلما زاد تردد أخذ العينات، وكان ارتفاع الخطوة أصغر، زادت دقة أخذ العينات.

من خلال تحليل الإشارات الصوتية التناظرية إلى سلسلة توافقية وتمثيلها على شكل إشارات رقمية منفصلة، أجهزة خاصةالتي تسمى المحولات التناظرية إلى الرقمية (أدك). يتم إجراء التحويل العكسي لإعادة إنتاج الصوت المشفر رقميًا المحولات الرقمية إلى التناظرية (لجنة المساعدة الإنمائية).

هياكل البيانات الأساسية

يعد العمل مع كميات كبيرة من البيانات أسهل في التشغيل الآلي عندما يتم تنظيم البيانات. أي أنهم يشكلون هيكلًا معينًا. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من هياكل البيانات: الخطية والهرمية والجدولية.

الهياكل الخطية(قوائم البيانات، ناقلات البيانات). هذه قوائم معروفة. قائمةهي أبسط بنية بيانات، وتتميز بأن كل عنصر من عناصر البيانات يتم تعريفه بشكل فريد من خلاله رقم مميزفي المصفوفة. يُسمى الرقم فريدًا لأنه لا يمكن أن تحتوي القائمة على إدخالين بنفس الرقم.

هياكل البيانات الخطية(القوائم) هي هياكل مرتبة يتم فيها تحديد عنوان العنصر بشكل فريد من خلال رقمه.

هياكل الجدول (جداول البيانات، مصفوفات البيانات)

تختلف الهياكل الجدولية عن الهياكل الخطية حيث يتم تحديد عناصر البيانات بواسطة عنوان الخلية، الذي لا يتكون من معلمة واحدة، كما هو الحال في القوائم، ولكن من عدة معلمات.

وبالتالي، يمكن إعطاء التعريف التالي. هياكل البيانات الجدولية أو المصفوفات- هذه هي الهياكل المرتبة التي يتم فيها تحديد عنوان العنصر من خلال رقم الصف ورقم العمود، وعند تقاطعها توجد خلية تحتوي على العنصر المطلوب.

جداول متعددة الأبعاد. تسمى الجداول التي تحتوي على أكثر من بعدين متعددة الأبعاد. فيما يلي مثال لجدول يمكن استخدامه لتنظيم سجلات الطلاب.

أبعاد الجدول المحدد هي ستة، وللعثور بشكل لا لبس فيه على بيانات حول الطالب في مثل هذا الهيكل، تحتاج إلى معرفة جميع المعلمات الستة (الإحداثيات).

هياكل البيانات الهرمية. غالبًا ما يتم تمثيل البيانات غير المنتظمة التي يصعب تمثيلها في شكل قائمة أو جدول في هياكل هرمية. وتستخدم هذه الهياكل على نطاق واسع في التنظيمات العلمية والتصنيفات المختلفة. في الهيكل الهرمييتم تحديد عنوان كل عنصر من خلال مسار الوصول (المسار) المؤدي من أعلى الهيكل إلى هذا العنصر.

ترتيب هياكل البيانات. هياكل القائمة والجدول بسيطة. وهي سهلة الاستخدام لأن عنوان كل عنصر يتم تحديده بواسطة رقم (لقائمة)، أو رقمين (لجدول ثنائي الأبعاد)، أو عدة أرقام لجدول متعدد الأبعاد. كما أنها سهلة التنظيم. الطريقة الرئيسية للطلب هي - فرز. يمكن فرز البيانات حسب أي معايير محددة، على سبيل المثال:

أبجديا؛
رقم الطلب التصاعدي؛
بترتيب تصاعدي لأي معلمة.

على الرغم من وسائل الراحة العديدة، هياكل بسيطةهناك أيضًا عيب في البيانات - حيث يصعب تحديثها. على سبيل المثال، إذا قمت بنقل طالب من مجموعة إلى أخرى، فيجب إجراء تغييرات على اثنين من سجلات الحضور في وقت واحد؛ وفي هذه الحالة، سيتم تعطيل بنية القائمة في كلا المجلات. في حالة إضافة طالب منقول إلى نهاية قائمة المجموعات، سيختلف الترتيب الأبجدي، وإذا تم إدخاله حسب الترتيب الأبجدي سيتغير الترتيب. الأرقام التسلسليةجميع الطلاب الذين يتبعونه.

وبالتالي، عند إضافة عنصر عشوائي إلى بنية القائمة المرتبة، قد تتغير بيانات عنوان العناصر الأخرى.

تعد هياكل البيانات الهرمية أكثر تعقيدًا من حيث الشكل من الهياكل الخطية والجدولية، ولكنها لا تسبب مشاكل في تحديث البيانات. من السهل تطويرها من خلال إنشاء مستويات جديدة. على سبيل المثال، إذا كان في مؤسسة تعليميةإنشاء كلية جديدة، ولن يؤثر ذلك بأي شكل من الأشكال على طريقة الوصول إلى المعلومات الخاصة بطلبة الكليات الأخرى.

عيب الهياكل الهرمية هو التعقيد النسبي لتسجيل عنوان عنصر البيانات وتعقيد الطلب. في كثير من الأحيان تعتمد أساليب الطلب في مثل هذه الهياكل على ما هو أولي الفهرسة، والذي يتكون من حقيقة أنه يتم تعيين فهرس (سمة) فريد خاص به لكل عنصر بيانات، والذي يمكن استخدامه عند البحث والفرز وما إلى ذلك. يعد مبدأ تقسيم البيانات، والذي سيتم مناقشته أدناه، أحد طرق فهرسة البيانات في الهياكل الهرمية. وبعد هذه الفهرسة، يتم البحث عن البيانات بسهولة عن طريق الكود الثنائي للمؤشر المرتبط بها.

بيانات العنوان. إذا تم تخزين البيانات في بنية منظمة (وأي)، فإن كل عنصر من عناصر البيانات يكتسب خاصية (معلمة) جديدة، والتي يمكن تسميتها عنوان. بالطبع، يعد العمل مع البيانات المطلوبة أكثر ملاءمة، ولكن عليك أن تدفع مقابل ذلك عن طريق ضربها، نظرًا لأن عنوان عناصر البيانات هو أيضًا بيانات ويجب أيضًا تخزينها ومعالجتها.

انقسام البيانات. العيب الرئيسي لهياكل البيانات الهرمية هو زيادة حجم مسار الوصول. غالبًا ما يحدث أن يكون طول المسار أكبر من طول البيانات نفسها التي يؤدي إليها. ولذلك، في علوم الكمبيوتر، يتم استخدام أساليب لتنظيم الهياكل الهرمية من أجل جعل مسار الوصول مضغوطًا. إحدى هذه الطرق هي طريقة الانقسام. جوهرها واضح من المثال الموضح في الشكل.

مبدأ الانقسام. في البنية الهرمية المبنية بطريقة الانقسام، يمكن تمثيل مسار الوصول إلى أي عنصر كمسار عبر متاهة مع المنعطفات إلى اليسار (0) أو إلى اليمين (1) وبالتالي التعبير عن مسار الوصول في شكل التدوين الثنائي.

وحدات البيانات

هناك العديد من أنظمة عرض البيانات. عن أحدهما المعتمد في علوم الحاسوب وتكنولوجيا الحاسوب، الكود الثنائي، سبق ذكره أعلاه. أصغر وحدةمثل هذا التمثيل هو بت (رقم ثنائي)، تشكل مجموعة من البتات الثنائية التي تعبر عن بيانات رقمية أو بيانات أخرى نمطًا معينًا من البتات. لقد أظهرت الممارسة أنه يكون أكثر ملاءمة للعمل مع تمثيل البت إذا كان لهذا النمط شكل منتظم. حاليا، يتم استخدام مجموعات من ثمانية بتات مثل هذه الأشكال، والتي تسمى بايت(يتوافق مع حرف واحد).

تسمى مجموعة مكونة من 16 بت مترابطة (بايتتين مترابطتين) في علوم الكمبيوتر في كلمة واحدة. وبناء على ذلك، يتم استدعاء مجموعة من أربع بايتات مترابطة (32 بت). كلمة مزدوجة، ومجموعة من ثمانية بايت (64 بت) - كلمة رباعية.

عدد عشري	الثنائية

وحدات البيانات

هناك العديد من أنظمة مختلفةووحدات تمثيل البيانات يمكن لكل تخصص علمي وكل مجال من مجالات النشاط البشري استخدام وحداته الخاصة الأكثر ملاءمة أو التقليدية. في علوم الكمبيوتر، يعتمد قياس البيانات على حقيقة أن أنواع مختلفةالبيانات لها فريدة من نوعها التمثيل الثنائيوبالتالي إدخال وحدات قياس البيانات الخاصة بهم بناءً عليها.

أصغر وحدة قياس هي بايت. نظرًا لأن البايت الواحد، كقاعدة عامة، يشفر حرفًا واحدًا معلومات نصية، ثم ل المستندات النصيةيتوافق الحجم بالبايت مع الحجم المعجمي بالأحرف (باستثناء ترميز Unicode).

وحدة قياس أكبر - كيلو بايت (كيلو بايت). تقليديًا، يمكننا أن نفترض أن 1 كيلو بايت يساوي تقريبًا 1000 بايت. الاتفاقية ترجع إلى حقيقة أن تكنولوجيا الكمبيوتر، أعمل مع أرقام ثنائية، إنه أكثر ملاءمة لتمثيل الأرقام كقوى من اثنين، وبالتالي، في الواقع، 1 كيلو بايت يساوي 210 بايت، وهو 1024 بايت. ومع ذلك، عندما لا يكون ذلك مهمًا، مع وجود خطأ هندسي يصل إلى 3%، يتم تقريب البايتات "الإضافية". تقيس الكيلوبايت كميات صغيرة نسبيًا من البيانات. تقليديا، يمكننا أن نفترض أن صفحة واحدة نسخة مطبوعةحوالي 2 كيلو بايت.

يتم تشكيل وحدات البيانات الأكبر حجمًا عن طريق إضافة البادئات ميجا، جيجا، تيرا; في المزيد وحدات كبيرةليست هناك حاجة عملية حتى الآن.

1 ميجا بايت = 1024 كيلو بايت = 10 20 بايت
1 جيجابايت = 1024 ميجابايت = 10 30 بايت
1 تيرابايت = 1024 جيجابايت = 1040 بايت

ومن الضروري الانتباه إلى أنه عند الانتقال إلى وحدات قياس أكبر، فإن الخطأ الهندسي المرتبط بالتقريب سوف يتراكم وبالتالي يصبح غير مقبول، وبالتالي يتم إجراء التقريب بشكل أقل تكرارًا في وحدات القياس الأعلى.

وحدات تخزين البيانات

عند تخزين البيانات، يتم حل مشكلتين:

كيفية حفظ البيانات في الشكل الأكثر إحكاما؛
كيفية توفير لهم مريحة و الوصول السريع(إذا لم يتم توفير الوصول، فهذا ليس تخزينًا).

نظرًا لأن بيانات العنوان لها أيضًا حجم ويجب تخزينها أيضًا، فإن تخزين البيانات في وحدات صغيرة مثل البايتات يعد أمرًا غير مناسب. كما أنها غير ملائمة للتخزين في وحدات أكبر (كيلوبايت، ميجابايت، إلخ.) نظرًا لأن الملء غير الكامل لوحدة واحدة يؤدي إلى عدم كفاءة التخزين.

يتم أخذ الكائن كوحدة تخزين البيانات طول متغيريسمى الملف.

ملف- هذا تسلسل أي رقمبايت، والتي لديها خاصة بها اسم فريد.

عادة في ملف منفصلتخزين البيانات التي تنتمي إلى نفس النوع. في هذه الحالة نوع البيانات يحدد نوع الملف.

أكثر إلى هذه النقطة اللغة التقنية، فيمكن تعريف الملف على أنه المنطقة المسماة على القرص. إذا كنت تستخدم مستوى الأسرة، فيمكن أن يكون تعريف الملف كما يلي، الملف عبارة عن معلومات مخزنة على القرص تحت اسم فريد.

نظرًا لعدم وجود حد للحجم في تعريف الملف، يمكنك تخيل وجود ملف بصيغة 0 بايت ( ملف فارغ) وملف يحتوي على أي عدد من البايتات (الحجم أو الحجم).

في تعريف الملف انتباه خاصنظرا للاسم. فهو في الواقع يحمل بيانات العنوان، والتي بدونها لن تصبح البيانات المخزنة في الملف معلومات بسبب عدم وجود طريقة للوصول إليه. بالإضافة إلى الوظائف المتعلقة بالعنونة، يمكن لاسم الملف أيضًا تخزين معلومات حول نوع البيانات الموجودة فيه. ل الوسائل التلقائيةمن خلال العمل مع البيانات، يعد هذا أمرًا مهمًا لأنه بناءً على اسم الملف، يمكنهم تلقائيًا تحديد الطريقة المناسبة لاستخراج المعلومات من الملف.

مفهوم هيكل الملف. إن الحاجة إلى اسم ملف فريد أمر واضح - وبدون ذلك يكون من المستحيل ضمان الوصول الواضح إلى البيانات. في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم ضمان شرط تفرد الاسم تلقائيًا - فلا يمكن للمستخدم ولا للأتمتة إنشاء ملف باسم مماثل لاسم موجود.

يتم تنظيم تخزين الملفات في هيكل هرمي، والذي في هذه الحالةمُسَمًّى - هيكل الملف. ل هيكل الملفالمفاهيم التالية نموذجية؛

الدليل (المجلد، الدليل)

الدليل (المجلد، الدليل)هي مجموعة من الملفات المخزنة على القرص تحت اسم فريد. يمكن تقسيم الدلائل إلى ثلاث فئات (انظر الشكل):

جذر- كتالوجات افضل مستوى، تحمل اسم حاملها؛
أولاًالنظام - يقع في الدلائل الجذرية؛
متداخلة- موجودة في أدلة الدرجة الأولى.

يتم ضمان تفرد اسم الملف من خلال حقيقة أن الاسم الكامل ملفيعتبر هيكل يتكون من العناصر التالية:

طريق؛
اسم الملف الفعلي؛
امتداد اسم الملف؛

أسئلة للتحكم في النفس

وحدات البيانات

هناك العديد من أنظمة عرض البيانات. التقينا بأحدهم المعتمد في علوم الحاسوب وتكنولوجيا الحاسوب، الرمز الثنائي، أعلاه. أصغر وحدة في هذا التمثيل هي البت (رقم ثنائي). تشكل مجموعة من البتات الثنائية التي تعبر عن بيانات رقمية أو بيانات أخرى نمطًا معينًا من البتات. توضح الممارسة أنه من الملائم أكثر العمل بتمثيل صغير إذا كان لهذا النمط شكل منتظم. حاليا، يتم استخدام مجموعات من ثمانية بتات مثل هذه الأشكال، والتي تسمى بايت.

ظهر مفهوم البايت كمجموعة من البتات المترابطة مع الأمثلة الأولى لتكنولوجيا الكمبيوتر الإلكترونية. لفترة طويلة كان مفهوم البايت تعتمد على الآلة،وهذا هو، في مختلف أجهزة الكمبيوتركان طول البايت مختلفًا. فقط في أواخر الستينيات أصبح مفهوم البايت عالميًا و مستقلة عن الآلة.

لقد رأينا أعلاه أنه في كثير من الحالات يُنصح باستخدام ترميز غير 8 بت، 16 بت، 24 بت، 32 بت أو أكثر. تسمى مجموعة مكونة من 16 بت مترابطة (بايتتين مترابطتين) في علوم الكمبيوتر في كلمة واحدة. وبناء على ذلك، يتم استدعاء مجموعة من أربع بايتات مترابطة (32 بت). كلمة مزدوجة، ومجموعة من ثمانية بايت (64 بت). كلمة رباعية.

هناك العديد من أنظمة ووحدات قياس البيانات. يمكن لكل تخصص علمي وكل مجال من مجالات النشاط البشري استخدام وحداته الخاصة والأكثر ملاءمة والتقليدية. في علوم الكمبيوتر، يستخدم قياس البيانات حقيقة أن الأنواع المختلفة من البيانات لها تمثيل ثنائي عالمي، وبالتالي تقدم وحدات البيانات الخاصة بها بناءً على ذلك.

أصغر وحدة قياس هي البايت. نظرًا لأن البايت الواحد، كقاعدة عامة، يقوم بتشفير حرف واحد من المعلومات النصية، فإن حجم المستندات النصية بالبايت يتوافق مع الحجم المعجمي بالأحرف (في الوقت الحالي، الاستثناء هو التشفير العالمي يونيكود).

الوحدة الأكبر هي كيلو بايت (KB). تقليديًا، يمكن اعتبار 1 كيلو بايت مساوية تقريبًا لـ 1000 بايت. ترجع الاتفاقية إلى حقيقة أنه بالنسبة لتكنولوجيا الحوسبة التي تعمل مع الأرقام الثنائية، فمن الملائم أكثر تمثيل الأرقام كقوى اثنين، وبالتالي، في الواقع، 1 كيلو بايت يساوي 2 10 بايت (1024 بايت).

يتم قياس الكيلوبايت بشكل نسبي كميات صغيرةبيانات. تقليديًا، يمكننا أن نفترض أن صفحة واحدة من نص الجهاز غير المنسق يبلغ حجمها حوالي 2 كيلو بايت.

يتم تشكيل وحدات البيانات الأكبر حجمًا عن طريق إضافة البادئات ميجا، جيجا، تيرا، بنتا، إكسا، زيتا، يوتا.

الوحدات	قيم	المعادل المتري
1 كيلو بايت	1024 بايت (2 10)	1000 (10 2)
1 ميجا بايت	1024 كيلو بايت (2 20)	1000000 (10 6)
1 جيجابايت	1024 ميجابايت (2 30)	10 9
1 تيرابايت	1024 جيجابايت (2 40)	10 12
1 بي بي	1024 تيرابايت (2 50)	10 15
1 إيبيت	1024 بيتابايت (2 60)	10 18
1 زبايت	1024 بايت (2 70)	10 21
1 بايت	1024 زي بايت (2 8 0)	10 24

دعونا ننتبه بشكل خاص إلى حقيقة أنه عند الانتقال إلى وحدات أكبر، يتراكم الخطأ "الهندسي" المرتبط بالتقريب ويصبح غير مقبول، لذلك، في وحدات القياس الأعلى، يتم إجراء التقريب بشكل أقل تكرارًا.

وحدات البيانات

هناك العديد من أنظمة عرض البيانات. التقينا بأحدهم المعتمد في علوم الحاسوب وتكنولوجيا الحاسوب، الرمز الثنائي، أعلاه. أصغر وحدة في هذا التمثيل هي البت (رقم ثنائي).

تشكل مجموعة من البتات الثنائية التي تعبر عن بيانات رقمية أو بيانات أخرى نمطًا معينًا من البتات. تدل الممارسة على أنه يكون أكثر ملاءمة للعمل مع تمثيل البت إذا كان لهذا النمط شكل منتظم. حاليا، يتم استخدام مجموعات من ثمانية بتات مثل هذه الأشكال، والتي تسمى بايت.

ظهر مفهوم البايت كمجموعة من البتات المترابطة مع الأمثلة الأولى لتكنولوجيا الكمبيوتر الإلكترونية. لفترة طويلة كان تعتمد على الآلة،أي أنه بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر المختلفة، كان طول البايت مختلفًا. فقط في أواخر الستينيات أصبح مفهوم البايت عالميًا و آلة مستقلة.

لقد رأينا أعلاه أنه في كثير من الحالات، يُنصح باستخدام ترميز 16 بت و24 بت و32 بت وليس تشفير 8 بت والمزيد. تسمى مجموعة مكونة من 16 بت مترابطة (بايتتين مترابطتين) في علوم الكمبيوتر في كلمة واحدة.وفقا لذلك، يتم استدعاء مجموعات من أربع بايتات مترابطة (32 بت). كلمة مزدوجةومجموعات من ثمانية بايت (64 بت) - كلمة رباعية.في الوقت الحالي، نظام التصنيف هذا كافٍ.

^ وحدات البيانات

هناك العديد من الأنظمة والوحدات المختلفة لقياس البيانات. يمكن لكل تخصص علمي وكل مجال من مجالات النشاط البشري استخدام وحداته الخاصة الأكثر ملاءمة أو التقليدية. في علوم الكمبيوتر، يستفيد قياس البيانات من حقيقة أن الأنواع المختلفة من البيانات لها تمثيل ثنائي عالمي، وبالتالي تقدم وحدات البيانات الخاصة بها بناءً على ذلك.

وحدة القياس الأكبر هي كيلو بايت (KB). تقليديًا، يمكننا أن نفترض أن 1 كيلو بايت يساوي تقريبًا 1000 بايت. ترجع الاتفاقية إلى حقيقة أنه بالنسبة لتكنولوجيا الحوسبة التي تعمل مع الأرقام الثنائية، فمن الملائم أكثر تمثيل الأرقام كقوى اثنين، وبالتالي، في الواقع، 1 كيلو بايت يساوي 2 10 بايت (1024 بايت). ومع ذلك، عندما لا يكون هذا مهمًا، مع وجود خطأ يصل إلى 3٪، فإنهم "ينسون" البايتات "الإضافية".

تقيس الكيلوبايت كميات صغيرة نسبيًا من البيانات. تقليديًا، يمكننا أن نفترض أن صفحة واحدة من النص المكتوب غير المنسق يبلغ حجمها حوالي 2 كيلوبايت.

يتم تشكيل وحدات البيانات الأكبر حجمًا عن طريق إضافة البادئات ميجا، جيجا تيرا-؛ليست هناك حاجة عملية لوحدات أكبر حتى الآن.

1 ميجا بايت = 1024 كيلو بايت = 220 بايت

1 جيجابايت = 1024 ميجابايت = 230 بايت

1 تيرابايت = 1024 جيجابايت = 240 بايت

دعونا ننتبه بشكل خاص إلى حقيقة أنه عند الانتقال إلى وحدات أكبر، يتراكم الخطأ المرتبط بالتقريب ويصبح غير مقبول، لذلك، في وحدات القياس الأعلى، يتم إجراء التقريب بشكل أقل تكرارًا.

^ وحدات تخزين البيانات

نظرًا لأن بيانات العنوان لها أيضًا حجم ويجب تخزينها أيضًا، فإن تخزين البيانات في وحدات صغيرة مثل البايتات يعد أمرًا غير مناسب. كما أنها غير ملائمة للتخزين في وحدات أكبر (كيلوبايت، ميجابايت، وما إلى ذلك)، لأن الملء غير الكامل لوحدة تخزين واحدة يؤدي إلى عدم كفاءة التخزين.

كائن ذو طول متغير يسمى ملف. الملف عبارة عن تسلسل لعدد عشوائي من البايتات باسم فريد خاص به.عادة، يتم تخزين البيانات التي تنتمي إلى نوع واحد في ملف منفصل. في هذه الحالة، يتم تحديد نوع البيانات نوع الملف.

أسهل طريقة للتفكير في الملف هي أنه ملف مكتبي بلا أبعاد يمكن إضافة المحتوى إليه أو إزالته حسب الرغبة. نظرًا لعدم وجود حد للحجم في تعريف الملف، يمكن للمرء أن يتخيل ملفًا يحتوي على 0 بايت (ملف فارغ)،وملف يحتوي على أي عدد من البايتات.

عند تحديد ملف، يتم إيلاء اهتمام خاص للاسم. فهو في الواقع يحمل بيانات العنوان، والتي بدونها لن تصبح البيانات المخزنة في الملف معلومات بسبب عدم وجود طريقة للوصول إليه. بالإضافة إلى الوظائف المتعلقة بالعنونة، يمكن لاسم الملف أيضًا تخزين معلومات حول نوع البيانات الموجودة فيه. يعد هذا أمرًا مهمًا لأدوات معالجة البيانات الآلية، لأنه بناءً على اسم الملف، يمكنها تلقائيًا تحديد الطريقة الأكثر ملاءمة لاستخراج المعلومات منه.

^ مفهوم هيكل الملف

إن الحاجة إلى اسم ملف فريد أمر واضح - وبدون ذلك يكون من المستحيل ضمان الوصول الواضح إلى البيانات. في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم ضمان شرط تفرد الاسم تلقائيًا - فلا يمكن للمستخدم ولا للأتمتة إنشاء ملف باسم مماثل لاسم موجود.

يتم تنظيم تخزين الملفات في بنية هرمية، والتي تسمى في هذه الحالة هيكل الملف.الجزء العلوي من البنية هو اسم الوسيط الذي يتم تخزين الملفات عليه. بعد ذلك، يتم تجميع الملفات في الدلائل (المجلدات) ،التي يمكن إنشاءها الدلائل الفرعية (المجلدات). مسار الملفيبدأ باسم الجهاز ويتضمن جميع أسماء الدليل (المجلد) الذي يمر عبره. يتم استخدام الحرف "\" (الخط المائل العكسي) كفاصل.

يتم ضمان تفرد اسم الملف من خلال حقيقة أن اسم الملف الكامل هو اسم الملف مع المسار للوصول إليه.من الواضح أنه في هذه الحالة لا يمكن أن يكون هناك ملفان بأسماء كاملة متطابقة على وسيط واحد.

مثال لكتابة اسم الملف كاملا:

فيما يلي مثال لتسجيل ملفين لهما نفس الاسم الصحيح ويوجدان على نفس الوسائط، لكنهما يختلفان في مسار الوصول، أي الاسم الكامل. للتوضيح، تتم طباعة أسماء الدليل (المجلد) بأحرف كبيرة.

ج:\التجارة الإلكترونية\التقارير\السلامة\ توقيع إلكتروني

C:\LAW\القانون المدني\المشاريع\التوقيع الرقمي

في هذه الأمثلة لدينا ملفين بنفس الشيء الاسم الخاصتوقيع إلكتروني. ومع ذلك، هذا ملفات مختلفة. وهي تختلف الأسماء الكاملة،والتي، بالإضافة إلى الاسم الخاصيتم تضمين مسار الوصول أيضًا. وبالنظر إلى المستقبل، لنفترض أنه ليس فقط على وسائط واحدة، ولكن أيضًا على جهاز كمبيوتر واحد، لا يمكن أن يكون هناك ملفان لهما نفس الأسماء الكاملة، نظرًا لأن جميع الوسائط تحتوي على أسماء مختلفة. وإذا نظرت إلى أبعد من ذلك في الإنترنت، فيمكنك القول أنه في العالم كله لا يمكن أن يكون هناك ملفين لهما نفس الأسماء الكاملة، لأنه على نطاق واسع شبكة الانترنتكل كمبيوتر لديه عنوان فريد.

سنتعرف على كيفية تنفيذ هياكل الملفات عمليًا بعد قليل، عندما نتعرف على تكنولوجيا الكمبيوتر والمفهوم نظام الملفات.

مقياس لكمية المعلومات

10. في نظرية المعلومات هناك ثلاثة اتجاهات رئيسية: البنيوية، والإحصائية، والدلالية.

11. الهيكلي- يأخذ في الاعتبار البنية المنفصلة لمصفوفات المعلومات وقياسها عن طريق العد البسيط عناصر المعلومات. (أبسط ترميز للمصفوفة هو الطريقة التوافقية.)

12. إحصائيةويعمل الاتجاه بمفهوم الإنتروبيا كمقياس لعدم اليقين، أي أنه يؤخذ في الاعتبار هنا احتمال ظهور رسائل معينة.

13. متعلق بدلالات الألفاظيأخذ الاتجاه في الاعتبار مدى ملاءمة المعلومات أو قيمتها أو أهميتها.

14- ولهذه المجالات الثلاثة مجالات تطبيق محددة خاصة بها. الهيكليتستخدم لتقييم القدرات الوسائل التقنيةأنظمة معالجة المعلومات المختلفة، بغض النظر عن الشروط المحددة لتطبيقها. إحصائيةيتم استخدام التقييمات عند النظر في قضايا نقل البيانات، وتحديد عرض النطاققنوات الاتصال. متعلق بدلالات الألفاظتُستخدم في حل مشكلات إنشاء أنظمة نقل المعلومات، وتطوير أجهزة التشفير، وفي تقييم فعالية الأجهزة المختلفة.

4 نظام الأرقام هو رمز يستخدم أحرفًا خاصة للإشارة إلى عدد الكائنات.

يحتوي النظام العشري على رموز 0,1,2,3……….9 وهناك 10 في المجموع، ولهذا يطلق عليه أحيانًا نظام الأعداد ذو الأساس 10

يحتوي نظام الأرقام الثنائية على رمزين فقط 0 و 1، ولهذا السبب تم تسميته نظام الأعداد ذو الأساس 2حرف او رمز النظام العشرييمكن كتابة الأرقام بالنظام الثنائي بالطريقة الآتية:

الجدول 1

في نظام الأرقام السداسي العشري، حسب التعريف، يجب أن يكون هناك 16 حرفًا مختلفًا، دعنا ندرجها 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A, B, C, D, E, F.

الحرف A يرمز للرقم 10

B يعني الرقم 11

تتمثل ميزة النظام السداسي العشري في أنه يسمح لك بتنفيذ الانتقال من نظام الأرقام السداسية العشرية إلى نظام الأرقام الثنائية بكل بساطة، وذلك باستخدام رباعيات (tetra في اليونانية تعني أربعة) من الأحرف الثنائية.

وحدات البيانات

هناك العديد من أنظمة عرض البيانات. أحدها المعتمد في علوم الكمبيوتر وتكنولوجيا الكمبيوتر، وهو الكود الثنائي، قد سبق ذكره أعلاه. أصغر وحدة لمثل هذا التمثيل هي بت (رقم ثنائي)، تشكل مجموعة من البتات الثنائية التي تعبر عن بيانات رقمية أو بيانات أخرى نمطًا معينًا من البتات. لقد أظهرت الممارسة أنه يكون أكثر ملاءمة للعمل مع تمثيل البت إذا كان لهذا النمط شكل منتظم. حاليا، يتم استخدام مجموعات من ثمانية بتات مثل هذه الأشكال، والتي تسمى بايت(يتوافق مع حرف واحد).

وحدات البيانات

هناك العديد من الأنظمة والوحدات المختلفة لتقديم البيانات. يمكن لكل تخصص علمي وكل مجال من مجالات النشاط البشري استخدام وحداته الخاصة الأكثر ملاءمة أو التقليدية. في علوم الكمبيوتر، يستخدم قياس البيانات حقيقة أن الأنواع المختلفة من البيانات لها تمثيل ثنائي فريد وبالتالي تقدم وحدات البيانات الخاصة بها بناءً على ذلك.

أصغر وحدة قياس هي بايت. نظرًا لأن البايت الواحد، كقاعدة عامة، يقوم بتشفير حرف واحد من المعلومات النصية، فإن الحجم بالبايت يتوافق مع الحجم المعجمي بالأحرف (باستثناء ترميز Unicode).

وحدة قياس أكبر - كيلو بايت (كيلو بايت). تقليديًا، يمكننا أن نفترض أن 1 كيلو بايت يساوي تقريبًا 1000 بايت. ترجع الاتفاقية إلى حقيقة أنه بالنسبة لتكنولوجيا الحوسبة التي تعمل مع الأرقام الثنائية، فمن الملائم أكثر تمثيل الأرقام في شكل قوة اثنين، وبالتالي، في الواقع، 1 كيلو بايت يساوي 2 10 بايت، وهو 1024 بايت. ومع ذلك، عندما لا يكون ذلك مهمًا، مع وجود خطأ هندسي يصل إلى 3%، يتم تقريب البايتات "الإضافية". تقيس الكيلوبايت كميات صغيرة نسبيًا من البيانات. تقليديًا، يمكننا أن نفترض أن صفحة واحدة من النص المكتوب تبلغ حوالي 2 كيلو بايت.

يتم تشكيل وحدات البيانات الأكبر حجمًا عن طريق إضافة البادئات ميجا، جيجا، تيرا; ليست هناك حاجة عملية لوحدات أكبر حتى الآن.

· 1 ميجابايت = 1024 كيلو بايت = 1020 بايت

· 1 جيجابايت = 1024 ميجابايت = 10 30 بايت

· 1 تيرابايت = 1024 جيجابايت = 1040 بايت

وحدات تخزين البيانات

عند تخزين البيانات، يتم حل مشكلتين:

· كيفية توفير وصول مريح وسريع إليهم (إذا لم يتم توفير الوصول، فهذا ليس تخزينًا).

وحدة تخزين البيانات عبارة عن كائن متغير الطول يسمى ملف.

ملفعبارة عن تسلسل لعدد عشوائي من البايتات يحمل اسمًا فريدًا خاصًا به.

عادة، يتم تخزين البيانات التي تنتمي إلى نفس النوع في ملف منفصل. في هذه الحالة نوع البيانات يحدد نوع الملف.

وبمصطلحات أكثر تقنية، يمكن تعريف الملف على أنه المنطقة المسماة على القرص. إذا كنت تستخدم مستوى الأسرة، فيمكن أن يكون تعريف الملف كما يلي، الملف عبارة عن معلومات مخزنة على القرص تحت اسم فريد.

نظرًا لعدم وجود حد للحجم في تعريف الملف، يمكنك تخيل وجود ملف بصيغة 0 بايت (ملف فارغ)وملف يحتوي على أي عدد من البايتات (الحجم أو الحجم).

عند تحديد ملف، يتم إيلاء اهتمام خاص للاسم. فهو في الواقع يحمل بيانات العنوان، والتي بدونها لن تصبح البيانات المخزنة في الملف معلومات بسبب عدم وجود طريقة للوصول إليه. بالإضافة إلى الوظائف المتعلقة بالعنونة، يمكن لاسم الملف أيضًا تخزين معلومات حول نوع البيانات الموجودة فيه. يعد هذا أمرًا مهمًا لأدوات معالجة البيانات تلقائيًا، لأنه بناءً على اسم الملف، يمكنها تلقائيًا تحديد الطريقة المناسبة لاستخراج المعلومات من الملف.

مفهوم هيكل الملف. إن الحاجة إلى اسم ملف فريد أمر واضح - وبدون ذلك يكون من المستحيل ضمان الوصول الواضح إلى البيانات. في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم ضمان شرط تفرد الاسم تلقائيًا - فلا يمكن للمستخدم ولا للأتمتة إنشاء ملف باسم مماثل لاسم موجود.

يتم تنظيم تخزين الملفات في هيكل هرمي، والذي يسمى في هذه الحالة - هيكل الملف. تعتبر المفاهيم التالية نموذجية بالنسبة لبنية الملف؛

الدليل (المجلد، الدليل)

· جذر- أدلة المستوى الأعلى تحمل اسم الناقل؛

· أولاًالنظام - يقع في الدلائل الجذرية؛

· متداخلة- موجودة في أدلة الدرجة الأولى.

يتم ضمان تفرد اسم الملف من خلال حقيقة أن الاسم الكامل ملفيعتبر هيكل يتكون من العناصر التالية:

· اسم الملف الفعلي.

· ملحق اسم الملف ;

· الفواصل (\)

مسار الملف- هو في الأساس عنوان موقع الملف ويتكون من سلسلة متسلسلة من الدلائل المنفصلة حرف خاص\ (شرطة مائلة عكسية أو شرطة مائلة).

اسم الملف- يتكون من جزأين. اسم الملف الفعلي وامتداده. يشير الامتداد إلى نوع الملف أو نوع البيانات التي يحتوي عليها. ويجب فصل الاسم عن الامتداد بنقطة.

صيغة كتابة اسم الملف الكامل هي كما يلي:

<имя носителя>\<имя каталога-1 >\...\<имя каталога-n>\<имя файла>

6 عند ترميز النص، عادةً ما يتم تخصيص بايت واحد لكل حرف. وهذا يسمح باستخدام 2 8 = 256 حرفًا مختلفًا. بشكل عام، يمكن اختيار المراسلات بين الرمز ورمزه بشكل تعسفي تمامًا. تشفيرالنص يعني مقارنة نص آخر به. الترميزتستخدم في نقل البيانات - من أجل تشفير النص من الغرباء، ولجعل نقل البيانات أكثر موثوقية، لأن قناة نقل البيانات يمكنها فقط الإرسال مجموعة محدودةالأحرف (على سبيل المثال - حرفين فقط، 0 و1) ولأسباب أخرى.

عند الترميز، يتم تحديد الأبجدية التي يتم كتابة الكلمات بها مسبقًا. النصوص المصدرية (إبداعيالأبجدية) والأبجدية التي تكتب بها النصوص المشفرة ( رموز)، وتسمى هذه الأبجدية شفرةالأبجدية. كثيرا ما تستخدم كأبجدية رمز الثنائيةابجدية مكونة من حرفين ( أجزاء) 0 و 1. تسمى أحيانًا الكلمات الموجودة في الأبجدية الثنائية بتسلسلات البت.

8 هناك طريقتان لتمثيل الصور الرسومية - النقطية والمتجهة. وفقا لذلك، يتم التمييز بين التنسيقات النقطية والمتجهة الملفات الرسوميةتحتوي على معلومات صورة بيانية. التنسيقات النقطيةمناسب تمامًا للصور ذات النطاقات المعقدة من الألوان والظلال والأشكال (الصور والرسومات والبيانات الممسوحة ضوئيًا). تنسيقات المتجهاتينطبق بشكل جيد على الرسومات والصور مع أشكال بسيطةوالظلال والتلوين. الرسومات النقطية تمثل البيانات النقطية، أو المصفوفة النقطية (الصورة النقطية)، مجموعة من البتات الموجودة في حقل قماش الشبكة. يمكن أن يكون البت في وضع التشغيل (حالة واحدة) أو إيقاف تشغيله (حالة الصفر). تشبه الصورة النقطية ورقة من الورق المربعات، حيث يتم تلوين كل خلية باللون الأسود أو الأبيض، وتشكل معًا نمطًا. العنصر الرئيسي للصورة النقطية هو البكسل: – البكسل – عنصر منفصلصورة نقطية؛ - بكسل الفيديو - عنصر الصورة على شاشة العرض؛ – نقطة – نقطة واحدة تم إنشاؤها بواسطة الطابعة. يتم تخزين لون كل بكسل في الصورة النقطية - أسود، أو أبيض، أو رمادي، أو في أي مكان في الطيف - باستخدام مجموعة من البتات. كلما زاد عدد البتات المستخدمة لهذا الغرض، أمكن الحصول على المزيد من ظلال الألوان لكل بكسل. يُطلق على عدد البتات التي يستخدمها الكمبيوتر لتخزين المعلومات حول كل بكسل اسم عمق البت أو عمق الألوان. يتكون أبسط نوع من الصور النقطية من وحدات بكسل لها لونان محتملان - الأسود والأبيض. يتطلب تخزين هذا النوع من البكسل بتًا واحدًا في ذاكرة الكمبيوتر (صور 1 بت). لعرضهم أكثرتستخدم الألوان المزيد من أجزاء المعلومات. توفر 24 بت أكثر من 16 مليون لون. 16 بت – لون عالي، 32 – لون حقيقي. العيب الرئيسي الرسومات النقطية- كل صورة تتطلب التخزين عدد كبير منذاكرة. لحل مشكلة معالجة الصور الكبيرة (المستهلكة للذاكرة)، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين: زيادة ذاكرة الكمبيوتر وضغط الصور. عيب آخر هو انخفاض جودة الصورة عند القياس. الرسومات المتجهة تحدد الرسومات المتجهة الصور كخطوط وأشكال، ربما مع مناطق مظللة. تستخدم المجموعات لوصف الأشياء أوامر الكمبيوترو الصيغ الرياضية. هذا يسمح أجهزة مختلفةعند الرسم، يقوم الكمبيوتر (الشاشة أو الطابعة) بحساب المكان الذي يجب وضع النقاط الحقيقية فيه. غالبًا ما تسمى الرسومات المتجهة بالرسومات الموجهة للكائنات أو الرسومات الرسومية. هناك عدد من الكائنات البسيطة (الأوليات): القطع الناقص، المستطيل، الخط. تُستخدم هذه البدائيات ومجموعاتها لإنشاء صور أكثر تعقيدًا. إذا نظرت إلى محتويات الملف رسومات فيكتور، هناك تشابه مع البرنامج. يمكن أن تحتوي على أوامر تشبه الكلمات وبيانات ASCII ملف المتجهاتيمكن تحريرها باستخدام محرر النص. وصف الدائرة (بشكل مبسط): كائن – دائرة؛ المركز – 50، 70؛ نصف القطر – 40; الخط: اللون - أسود، السمك - 0.50؛ ملء - لا. هذا المثاليُظهر الميزة الرئيسية للرسومات المتجهة - وصف الكائن بسيط ويستهلك القليل من الذاكرة. لوصف نفس الدائرة باستخدام الرسومات النقطية، سيكون من الضروري أن نتذكر كل منها نقطة منفصلةالصور، والتي سوف تشغل مساحة أكبر من الذاكرة. المزايا مقارنة بالنقطية: سهولة قياس الصورة دون المساس بجودتها؛ استقلال مقدار الذاكرة المطلوبة لتخزين الصورة عن الصورة المحددة نموذج اللون. العيب: بعض التصنع - يجب تقسيم أي صورة إلى مجموعة محدودة من العناصر الأولية المكونة لها. رسومات المتجهاتقد يتضمن الصور النقطية. يمكن تحويل الصور المتجهة والصور النقطية إلى بعضها البعض (تحويل ملفات الرسوم إلى تنسيقات أخرى). Vector -> النقطية - بسيطة، على العكس من ذلك - أكثر تعقيدا وليس دائما ( الصورة النقطيةيجب أن تحتوي على خطوط يمكن تعريفها بواسطة برنامج التحويل على أنها أوليات متجهة).

9 الإشارة الصوتية عبارة عن موجة مستمرة ذات سعة وتردد متفاوتين. كلما زادت سعة الإشارة، كلما ارتفع صوتها بالنسبة للشخص؛ وكلما زاد تردد الإشارة، ارتفعت النغمة. لكي يقوم الكمبيوتر بالمعالجة بشكل مستمر إشارة صوتية، يجب توزيعه، أي. تحويلها إلى سلسلة من النبضات الكهربائية (الثنائية والأصفار).
في الترميز الثنائيللإشارة الصوتية المستمرة، يتم استبدالها بسلسلة من عيناتها الفردية - العينات.
يمكن أن توفر بطاقات الصوت الحديثة تشفيرًا لـ 65,536 مستوى أو حالة مختلفة للإشارة. لتحديد عدد البتات المطلوبة للتشفير، نحل المعادلة الأسية:

وبالتالي، توفر بطاقات الصوت الحديثة ترميزًا صوتيًا بمعدل 16 بت. مع كل عينة، يتم تعيين قيمة اتساع الإشارة الصوتية رمزًا مكونًا من 16 بت.
يمكن أن يتراوح عدد العينات في الثانية من 8000 إلى 48000، أي. يمكن أن يأخذ تردد أخذ العينات للإشارة الصوتية التناظرية قيمًا من 8 إلى 48 كيلو هرتز. على تردد 8 كيلو هرتز، تتوافق جودة الإشارة الصوتية التي تم أخذ عينات منها مع جودة البث الإذاعي، وعلى تردد 48 كيلو هرتز، تتوافق جودة صوت القرص المضغوط الصوتي. يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن كلا الوضعين الأحادي والاستريو ممكنان.
يمكنك تقدير حجم المعلومات لملف صوتي أحادي بمدة صوت تبلغ ثانية واحدة وبجودة صوت متوسطة (16 بت، 24 كيلو هرتز). وللقيام بذلك، يجب ضرب عدد البتات لكل عينة بعدد العينات في الثانية:
16 بت * 24000 = 384000 بت = 48000 بايت أو 47 كيلو بايت

10 يتم بناء أي جهاز كمبيوتر على مبادئ عامة تسمح لنا بالتمييز بين الأجهزة الرئيسية التالية:

· - ذاكرة(جهاز تخزين، ذاكرة)، يتكون من خلايا مُعاد ترقيمها؛

· - وحدة المعالجة المركزيةوالذي يتضمن جهاز تحكم (U U) ووحدة حسابية منطقية (ALU)؛

· - أجهزة إدخال;

· - جهاز إخراج.

وترتبط هذه الأجهزة بقنوات اتصال يتم من خلالها نقل المعلومات.

تعتمد الغالبية العظمى من أجهزة الكمبيوتر على ما يلي: المبادئ العامةوالتي صاغها جون فون نيومان في عام 1945.

1. مبدأ التحكم في البرنامج. ويترتب على ذلك أن البرنامج يتكون من مجموعة من الأوامر التي ينفذها المعالج تلقائيا واحدة تلو الأخرى بتسلسل معين. يقوم المعالج بتنفيذ البرنامج تلقائيا دون تدخل بشري.

2. مبدأ تجانس الذاكرة. يتم تخزين البرامج والبيانات في نفس الذاكرة. لا يميز الكمبيوتر بين ما تم تخزينه في خلية ذاكرة معينة - رقم أو نص أو أمر. يمكنك تنفيذ نفس الإجراءات على الأوامر الموجودة في الذاكرة كما يمكنك تنفيذها على البيانات. وبالتالي، يمكن الحصول على الأوامر من أحد البرامج كنتائج من تنفيذ برنامج آخر. تعتمد طرق الترجمة – ترجمة نص البرنامج من إحدى لغات البرمجة – على هذا المبدأ. مستوى عالإلى لغة جهاز معين.

3. مبدأ الاستهداف. من الناحية الهيكلية، تتكون الذاكرة الرئيسية من خلايا مرقمة؛ أي خلية متاحة للمعالج في أي وقت.

أجهزة الكمبيوتر المبنية على هذه المبادئ هي من نوع فون نيومان.

تشتمل بنية الكمبيوتر على هيكل يعكس تكوين الكمبيوتر والبرمجيات - برمجة. هيكل الكمبيوتر عبارة عن مجموعة من العناصر والاتصالات فيما بينها. المبدأ الأساسي لبناء كل شيء أجهزة الكمبيوتر الحديثةيكون التحكم في البرمجيات

11 بنية كمبيوتر آي بي إم- وضع وتنفيذ المعايير لأحد الخيارات الكمبيوتر الالكترونييستخدم هندسة فون نيومان. الأكثر شيوعا اليوم بين أجهزة الكمبيوتر بشكل عام.

أساس ل التطورات الأصلية آي بي إمكانت هناك وحدات المعالجة المركزية من إنتل- إنتل 8088 وإنتل 8086.

كان الانفتاح أحد الأفكار الأصلية الرئيسية للهندسة المعمارية.

سمح توفر مواصفات ناقل النظام القياسي ISA للشركات الثالثة بإنتاج المكونات - بطاقات التوسعة. وفي النهاية، ارتفعت هذه الفرصة بنية آي بي إمجهاز الكمبيوتر إلى أعلى شعبية.

إطار العجلة- هذا قناة المعلوماتالذي يجمع جميع الكتل الوظيفية لـ MPS ويضمن التبادل بيانات .
من الناحية الهيكلية، الإطار هو نالموصلات وواحد موصل مشترك(أرض). يتم نقل البيانات الموجودة على الحافلة في النموذج كلمات ، وهي مجموعات من البتات.
في الحافلة الموازية يتم نقل أجزاء من المعلومات عبر خطوط منفصلة في وقت واحد، في ارتفاع تسلسلي - على طول سطر واحد بالتتابع الزمني.
ترتبط جميع الكتل الرئيسية لـ MPS بحافلة متوازية واحدة تسمى حافلة النظام SB (نظام الحافلات). نظام الحافلاتيحتوي على ثلاث حافلات: العنوان والبيانات والتحكم.

12 الكمبيوتر الشخصي - عالمي النظام الفني. يمكن تغيير تكوينه (تكوين المعدات) بمرونة حسب الحاجة. ومع ذلك، هناك مفهوم التكوين الأساسي الذي يعتبر نموذجيًا. عادة ما يأتي الكمبيوتر مع هذه المجموعة. قد يختلف مفهوم التكوين الأساسي. حاليًا، يتم اعتبار أربعة أجهزة في التكوين الأساسي:

س وحدة النظام.

يا مراقب؛

يا لوحة المفاتيح.

وحدة النظام

وحدة النظام هي الوحدة الرئيسية، التي بداخلها أكثر من غيرها مكونات مهمة. الأجهزة داخل وحدة النظام، تسمى داخلية، والأجهزة المتصلة بها خارجيًا تسمى خارجية.

أجهزة إضافية خارجية مصممة للإدخال والإخراج و تخزين طويل المدىالبيانات، وتسمى أيضًا الطرفية.

بواسطة مظهرتختلف وحدات النظام في شكل العلبة. يتم إنتاج علب الكمبيوتر الشخصي في الإصدارات الأفقية (سطح المكتب) والرأسية (البرجية). تتميز العلب العمودية بالأبعاد:

الحجم الكامل (برج كبير)،

متوسطة الحجم( برج ميدي),

صغيرة الحجم (برج صغير).

من بين الحالات ذات التصميم الأفقي، هناك حالات مسطحة وخاصة مسطحة (رفيعة).

مراقب - جهاز التمثيل البصريبيانات. وهذا ليس هو الجهاز الوحيد الممكن، ولكنه جهاز الإخراج الرئيسي. معلمات المستهلك الرئيسية الخاصة به هي: نوع قناع الشاشة وحجمه ودرجة درجته، الحد الأقصى للترددتجديد الصورة وفئة الحماية (سننظر في تشغيل الشاشة ونظام الفيديو بأكمله بمزيد من التفاصيل لاحقًا).

لوحة المفاتيح

لوحة المفاتيح هي جهاز تحكم بلوحة المفاتيح للكمبيوتر الشخصي.

يعمل على إدخال البيانات الأبجدية الرقمية (الأحرف)، وكذلك أوامر التحكم.

توفر مجموعة الشاشة ولوحة المفاتيح أبسط واجهةمستخدم. استخدم لوحة المفاتيح للتحكم نظام الكمبيوتروبمساعدة الشاشة يتلقون الرد منها.

مبدأ التشغيل. لوحة المفاتيح تنتمي إلى الوسائل القياسيةكمبيوتر شخصي. وظائفها الرئيسية لا تتطلب دعما خاصا برامج النظام(السائقين). ضروري برمجةلبدء العمل مع الكمبيوتر متوفر بالفعل في شريحة ROM كجزء من نظام أساسيالإدخال/الإخراج (BIOS)، وبالتالي يستجيب الكمبيوتر لضغطات المفاتيح فورًا بعد تشغيله.

الفأر هو جهاز تحكم من نوع المناول. إنه صندوق مسطح به زرين أو ثلاثة أزرار. تتم مزامنة تحريك الماوس على سطح مستو مع حركة الكائن الرسومي (مؤشر الماوس) على شاشة العرض.

مبدأ التشغيل. على عكس لوحة المفاتيح التي تمت مناقشتها سابقًا، فإن الماوس ليس أداة تحكم قياسية، ولا يحتوي الكمبيوتر الشخصي على منفذ مخصص له. لا توجد مقاطعة مخصصة دائمة للماوس، و المرافق الأساسيةلا تحتوي على مدخلات ومخرجات الكمبيوتر (BIOS) الموجودة في ذاكرة القراءة فقط (ROM). برمجةللتعامل مع مقاطعة الماوس.

اللوحة الأم

اللوحة الأم هي اللوحة الرئيسية للكمبيوتر الشخصي. أنه يحتوي على:

المعالج - الشريحة الرئيسية التي تؤدي معظم العمليات الحسابية و العمليات المنطقية;

o مجموعة المعالجات الدقيقة (الشرائح) - مجموعة من الرقائق التي تتحكم في عمل الأجهزة الداخلية للكمبيوتر وتحدد أهمها وظائفاللوحة الأم؛

o الحافلات - مجموعات من الموصلات يتم من خلالها تبادل الإشارات فيما بينها الأجهزة الداخليةحاسوب؛

o ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي، ذاكرة الوصول العشوائي) - مجموعة من الرقائق المصممة للتخزين المؤقت للبيانات عند تشغيل الكمبيوتر؛

o ROM (ذاكرة القراءة فقط) - شريحة مصممة لتخزين البيانات على المدى الطويل، بما في ذلك عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر؛

o موصلات للاتصال أجهزة إضافية(فتحات). (سننظر في كل جهاز على حدة).

بالإضافة إلى هذا، على لوحة النظامكما هي القواعد: وحدات تحكم الواجهة (الصلبة و الأقراص المرنة، لوحات المفاتيح، الخ.)

وحدة التحكم هي وسيلة لربط الجهاز بحافلة الكمبيوتر القادرة على ذلك إجراءات مستقلةبعد تلقي الأوامر من البرنامج الذي يخدمه. قد تتضمن وحدات التحكم المعقدة معالجًا.

يعد المحول أيضًا وسيلة لتوصيل الجهاز بحافلة الكمبيوتر، ولكن عمل مستقلغير قادر (على سبيل المثال، محولات منفذ COM وLPT، وأجهزة الماوس).

تعتمد اللوحات الأم الحديثة، كقاعدة عامة، على الشرائح. مجموعة الشرائح عبارة عن مجموعة من عدة LSIs (كبيرة دوائر متكاملة) ، تنفيذ وظائف الاتصال لجميع المكونات الرئيسية. تحدد الشرائح سهولة الاستخدام أنواع مختلفةالمعالجات، الذاكرة، نوعها يؤثر بشكل كبير على الأداء.

وبناء على ذلك، تم تطوير اللوحات الأم الخاصة بكل جيل من المعالجات لتعظيم قدراتها.

كقاعدة عامة، تتمتع اللوحات الأم بأبعاد قياسية لجيل معين من المعالجات. ومع ذلك، هناك ما يسمى باللوحات ذات العلامات التجارية، والتي لها أبعاد محددة، ولا يمكن تركيبها إلا في الحالات الأصلية.

كارت الصوت

كانت بطاقة الصوت واحدة من أحدث التحسينات في الكمبيوتر الشخصي. يتم تثبيته في أحد موصلات اللوحة الأم على شكل بطاقة ابنة ويقوم بعمليات حسابية تتعلق بمعالجة الصوت والكلام والموسيقى. يتم تشغيل الصوت من خلال الخارج مكبرات الصوت,

متصلة بمخرج بطاقة الصوت. يسمح لك موصل خاص بإرسال إشارة صوتية إلى مكبر صوت خارجي. يوجد أيضًا موصل ميكروفون، والذي يسمح لك بتسجيل الكلام أو الموسيقى وحفظها على القرص الصلب الخاص بك لمعالجتها واستخدامها لاحقًا.

المعلمة الرئيسية لبطاقة الصوت هي عمق البت، الذي يحدد عدد البتات المستخدمة عند تحويل الإشارات من الشكل التناظري إلى الشكل الرقمي والعكس. كلما زاد عمق البت، قل الخطأ المرتبط بالرقمنة، وارتفعت جودة الصوت. الحد الأدنى من المتطلبات اليومهي 16 بت، والأكثر شيوعًا هي الأجهزة 32 بت و64 بت.

13 اللوحة الأم عبارة عن لوحة دوائر مطبوعة معقدة متعددة الطبقات يتم تثبيت المكونات الرئيسية لجهاز الكمبيوتر الشخصي عليها (المعالج المركزي ووحدة التحكم في ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة الوصول العشوائي نفسها وذاكرة القراءة فقط للتمهيد ووحدات التحكم واجهات أساسيةالإدخال/الإخراج). كقاعدة عامة، تحتوي اللوحة الأم على موصلات للاتصال وحدات تحكم إضافية، لتوصيل حافلات USB وPCI وPCI-Express التي تُستخدم عادةً. من الإنجليزية. اللوحة الأم، وأحيانًا يتم استخدام الاختصار MB أو كلمة اللوحة الرئيسية - اللوحة الرئيسية.

شرائح(شرائح إنجليزية) - مجموعة من الرقائق المصممة لـ تعاونمن أجل أداء مجموعة من الوظائف. لذلك، في أجهزة الكمبيوتر شرائح وضعت على اللوحة الأم، بمثابة توفير مكون الاتصال الأداء المشتركأنظمة الذاكرة الفرعية ووحدة المعالجة المركزية (CPU) والمدخلات والمخرجات وغيرها.

اللوحة الأم

جميع مكونات الكمبيوتر مترابطة بواسطة قطعة واحدة كبيرة لوحة الدوائر المطبوعة(والتي يمكن التعرف عليها على الفور في الصورة بحجمها)، يطلق عليها لوحة النظامأو اللوحة الأم.

وحدة الطاقة

لكي تتمكن جميع المكونات من أداء مهمتها، يجب أن يتم تزويدها بالطاقة طاقة كهربائية. لتزويد هذه الطاقة يتم استخدامها وحدة الكمبيوترتَغذِيَة، والتي تمتد منها الأسلاك في جميع أنحاء وحدة النظام.

وحدة المعالجة المركزية

لقد تعرفنا بالفعل على المعالج في الدرس الثالث لتكنولوجيا المعلومات؛ دعني أذكرك أن مهمة المعالج هي معالجة المعلومات.

وحدة المعالجة المركزيةمثبتة في موصل خاص على لوحة النظام ( الاسم الانجليزيموصل - " قابس كهرباء"). يوجد مقبس المعالج عادة في الجزء العلوي من اللوحة الأم.

بعد تركيب المعالج في المقبس يتم تركيب نظام تبريد في الأعلى - أكثر برودة (المبرد الألومنيوممع المروحة).

مع كبشوالتقينا أيضًا في الدرس الثالث.

كبش(كبش)، مثل المعالج، يتم تثبيته في مآخذ خاصة على اللوحة الأم.

بطاقة فيديو

بطاقة فيديو(محول الفيديو، محول الرسومات , بطاقة مصورات, بطاقة مصوراتالخ) مخصص للمعالجة الكائنات الرسوميةوالتي يتم عرضها على شكل صورة على شاشة العرض.

بطاقة الشبكة المحلية

بطاقة الشبكة المحلية (محول الشبكة) مصمم لتوصيل جهاز كمبيوتر بشبكة كمبيوتر.

كارت الصوت

كارت الصوت(محول الصوت) يعالج الصوت ويخرجه إليه الأنظمة الصوتية(مكبرات الصوت) أو سماعات الرأس.

الأقراص الصلبة

على قرص صلبيتم تخزين كافة برامج الكمبيوتر والبيانات (المزيد حول هذا الأمر في الدرس الثالث لتكنولوجيا المعلومات).

القرص الصلب، على عكس المكونات السابقة، غير مثبت على اللوحة الأم، ولكنه متصل في حجرة خاصة من القضيةوحدة النظام (انظر الصورة).

محرك الأقراص الضوئية

محرك الأقراص الضوئية(محرك أقراص DVD) ضروري للقراءة و تسجيل دي في ديوالأقراص المدمجة. يحب الأقراص الصلبة, محرك الأقراص الضوئيةتم تنصيبه في حجرة خاصةوحدة النظام.

وحدات تحكم الجهاز

تتكون أجهزة الإدخال/الإخراج عادةً من مكونات ميكانيكية وإلكترونية. في كثير من الأحيان يمكن فصل هذين المكونين لتحقيق تصميم معياري وإعطاء الجهاز المزيد الشكل العام. مكون إلكترونييسمى وحدة تحكم الجهاز، أو محول. على أجهزة الكمبيوتر الشخصية غالبًا ما يكون موجودًا كشريحة على لوحة النظام أو لوحة الدوائر المطبوعةتم إدخالها في الفتحة ملحقات PCI. يتم تمثيل المكون الميكانيكي بالجهاز نفسه.

تحتوي لوحة التحكم عادةً على موصل يمكن توصيل كبل به والذي يؤدي مباشرةً إلى الجهاز نفسه. العديد من وحدات التحكم قادرة على التحكم في جهازين أو أربعة أو حتى ثمانية أجهزة متطابقة. إذا كانت الواجهة بين وحدة التحكم والجهاز متوافقة مع أحد المعايير، سواء كانت أحد معايير ANSI أو IEEE أو ISO الرسمية، أو أحد المعايير الفعلية، فيمكن للشركات إنتاج وحدات تحكم أو أجهزة تتوافق مع تلك الواجهة. على سبيل المثال، تنتج العديد من الشركات محركات الأقراص، مُتَجَانِس واجهة إيدأو SATA أو SCSI أو USB أو Fire Wire (IEEE 1394).

غالبًا ما يُشار إلى الواجهة بين وحدة التحكم والجهاز على أنها واجهة للغاية مستوى منخفض. على سبيل المثال، قد تتم تهيئة محرك الأقراص الثابتة بمعدل 10000 قطاع لكل مسار، بحجم قطاع يبلغ 512 بايت. لكن ما يأتي فعليًا من محرك الأقراص هو تدفق متسلسل من البتات، بدءًا من رأس القطاع (التمهيد)، متبوعًا بالـ 4096 بت المتوفرة في القطاع، وأخيرًا متبوعًا بالمجموع الاختباري، والذي يسمى أيضًا رمز تصحيح الخطأ (ECC، Error تصحيح الكود). تتم كتابة رأس القطاع على القرص أثناء التنسيق ويحتوي على أرقام الأسطوانات والقطاعات وحجم القطاع والبيانات المشابهة، بالإضافة إلى معلومات التوقيت.

تتمثل مهمة وحدة التحكم في تحويل دفق البت التسلسلي إلى كتلة من البايتات وإجراء تصحيح الخطأ إذا لزم الأمر. عادةً ما تخضع كتلة البايتات لتجميع أولي للبت في المخزن المؤقت الموجود في وحدة التحكم. بعد الفحص المجموع الاختباريحظره وإعلانه خاليًا من الأخطاء، ويمكن نسخه إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).

تعمل وحدة التحكم في الشاشة أيضًا كجهاز تسلسلي صغير على نفس المستوى المنخفض. يقرأ البايتات التي تحتوي على الأحرف المراد تعيينها من الذاكرة ويولد الإشارات المستخدمة لتعديل الحزمة أنبوب أشعة الكاثودمما أجبرها على التسجيل على الشاشة. تقوم وحدة التحكم أيضًا بتوليد إشارات لجعل شعاع أنبوب أشعة الكاثود يعكس الشعاع بعد مسح الخط، بالإضافة إلى إشارات لعكس الشعاع عموديًا بعد مسح الشاشة بأكملها. إذا لم تقم وحدة التحكم CRT بذلك، فسيتعين على مبرمج نظام التشغيل برمجة الفحص التناظري للأنبوب بشكل صريح. إذا كان هناك وحدة تحكم نظام التشغيليقوم بتهيئته باستخدام عدة معلمات، بما في ذلك عدد الأحرف أو البكسلات لكل سطر وعدد الخطوط على الشاشة، ويفوض مسؤولية التحكم في الشعاع إلى وحدة التحكم. تتميز شاشات الكريستال السائل المسطحة بتصميم مختلف وأكثر تعقيدًا.

تحكم المقاطعة وحدة تحكم المقاطعة القابلة للبرمجة (PIC).) - دائرة كهربائية دقيقة أو وحدة معالج مدمجة مسؤولة عن القدرة معالجة تسلسليةمقاطعة الطلبات من أجهزة مختلفة.

مقالات مماثلة