Презентация по дисциплине "Информатика и основы программирования". Тема: Информация (1 курс)

Слайд #1

Информация. Представление информации
Представление информации в памяти компьютера - это процесс, который обеспечивает хранение и обработку данных в цифровой форме. Это ключевой аспект работы современных вычислительных систем.
Ильичёвс Михаилс

Слайд #2

Представление информации в памяти компьютера
Битовая система
Информация в памяти компьютера представлена в виде битов - минимальных единиц данных, принимающих значения 0 или 1. Битовая система основана на двоичной системе счисления, где каждый бит имеет вес, удваивающийся с каждым следующим разрядом.
Байт
Байт - это группа из 8 бит. Каждый байт может представлять числа от 0 до 255 ( 2 8 возможных комбинаций). Это обеспечивает компактное представление чисел, символов и других данных.
0 в двоичной системе
Выключено (отсутствие сигнала).
Логическое «ложь».
1 в двоичной системе
Включено (присутствие сигнала).
Логическая истина.
0 и 1 в двоичной системе
Представляют состояния, используемые для кодирования информации в компьютерах, обеспечивая основу для всех вычислений и хранения данных.

Слайд #3

Представление информации в памяти компьютера. Ячейка памяти.
1
Битовая Адресация
Ячейка памяти обычно адресуется в битах. Количество бит в адресе определяет общее количество уникальных ячеек, которые можно адресовать.
2
Байтовая Организация
Ячейка памяти обычно содержит байты. Байт - это группа из 8 бит, и это основная единица хранения данных.
3
Регистры
Ячейка памяти, являются регистрами и используются для временного хранения данных, непосредственно связанных с процессором.

Слайд #4

Представление информации в памяти компьютера. Операции. Стек. Куча.
1
Чтение
Процесс считывания данных из ячейки памяти. Процессор или другие компоненты могут прочитать содержимое ячейки для дальнейшей обработки.
2
Запись
Процесс записи данных в ячейку памяти. Новые данные могут быть сохранены в ячейке для последующего доступа.
3
4
Стек (Stack)
Куча (Heap)
Cтек использует ячейки памяти для хранения временных данных, таких как значения переменных и адреса возврата из функций.
Куча предоставляет динамическую память для объектов, создаваемых и управляемых в процессе выполнения программы.

Слайд #5

Представление информации в памяти компьютера. Интерфейс.
Шина данных и адреса
Для обмена данными между ячейками памяти и другими компонентами компьютера используются шины данных и адреса. Шина адреса указывает на конкретную ячейку, а шина данных передает или принимает данные.
Чтение/запись
Ячейки памяти могут поддерживать операции чтения и записи, что позволяет эффективно взаимодействовать с данными в памяти.

Слайд #6

Представление информации в памяти компьютера. Типы памяти.
Оперативная память (RAM)
Тип памяти, используемый для временного хранения данных, с которыми в настоящий момент работает компьютер.
Быстрый доступ к данным.
Запись/чтение данных.
Данные теряются при выключении.
Постоянная память (ROM)
Хранит постоянную информацию, которая не теряется при выключении компьютера.
Данные сохраняются при отключении питания.
Только для чтения (есть модификации, позволяющие запись).
Внешняя память
Устройства хранения данных.
Хранение больших объемов данных.
Доступ медленнее по сравнению с оперативной памятью.
Кэш память
Используемая для временного хранения данных и инструкций, которые часто используются процессором
Обеспечивает быстрый доступ к данным.
Уровни L1, L2 и L3 в зависимости от близости к процессору.

Слайд #7

Представление информации в памяти компьютера. Типы памяти.
Виртуальная память
Расширяет оперативную память за счет временного использования части дискового пространства.
Позволяет запускать большие программы.
Часто используется в операционных системах.
Регистры
Это наименьший и самый быстрый тип памяти, находящийся непосредственно внутри процессора.
Используется для хранения промежуточных результатов и адресов.
Флеш-память
Используется в различных устройствах для хранения данных, таких как USB-накопители, карточки памяти, SSD.
Быстрый доступ к данным.
Непериодическое удаление/запись (ограниченное количество циклов).

Слайд #8

Представление информации в памяти компьютера. Таблицы и структуры данных.
Примеры
Массивы. Упорядоченные последовательности данных.
Списки. Динамические наборы элементов.
Деревья и графы. Иерархические структуры для представления отношений.
Роли
Оптимизация поиска и доступа.
Эффективная вставка и удаление данных.
Поддержка различных операций (сортировка, фильтрация и т.д.).
Элементы таблицы
Строки (записи). Представляют индивидуальные данные.
Столбцы (поля). Определяют типы данных, хранящиеся в таблице.

Слайд #9

Представление текстовой информации. Кодирование.
Представление текстовой информации в компьютерных системах представляет собой фундаментальный аспект обработки данных. Текст, как форма языка, является основным средством коммуникации и хранения знаний. Эффективное представление текста в компьютерах включает в себя различные методы, такие как кодирование символов, структурирование документов и алгоритмы обработки естественного языка (Natural Language Processing, NLP).
ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
Это стандартный набор кодовых точек, используемых для представления текстовой информации на английском языке и других языках, использующих латиницу.
Юникод.
Это стандарт кодирования, разработанный для представления текста на всех основных языках мира. Он включает в себя широкий диапазон символов и поддерживает более 1 миллиона кодовых точек.

Слайд #10

Представление текстовой информации. ASCII.
Диапазон кодовых точек
0-127
Кодирование
7 бит
Языковая поддержка
Английский и ограниченные языки.

Слайд #11

Представление текстовой информации. Юникод.
Диапазон кодовых точек
0-1, 114, 111(в зависимости от кодировки)
Кодирование
8, 16, или 32 (в зависимости от схемы)
Языковая поддержка
Все основные языки мира, технические символы, эмодзи и т.д.

Слайд #12

Представление текстовой информации. Структурирование документов.
Форматы документов
Текстовая информация часто организуется в структурированных документах. Форматы документов, такие как PDF (Portable Document Format) или DOCX (Microsoft Word), предоставляют возможность включения текста, изображений, таблиц и других элементов в единый файл. Эти форматы обеспечивают удобство чтения, печати и обмена текстовой информацией.
Разметка языка
Использование языков разметки, таких как HTML (Hypertext Markup Language) или Markdown, позволяет добавлять структуру и стиль к тексту. Это позволяет создавать форматированные документы, веб-страницы и блоги, где текст может быть организован с использованием заголовков, списков, ссылок и других элементов.

Слайд #13

Представление текстовой информации. Обработка текста.
Токенизация
Токенизация - это процесс разделения текста на отдельные единицы, называемые токенами. Токены могут быть словами, фразами, предложениями или даже символами. Этот процесс является основой для анализа текста в NLP и машинном обучении.
Морфологический Анализ
Морфологический анализ включает в себя анализ формы слова и его грамматических характеристик. Это важный этап обработки текста, который помогает понимать смысл слов и их взаимосвязи в предложениях.
Синтаксический Анализ
Синтаксический анализ позволяет определить структуру предложения, выявляя связи между словами и их ролями в предложении. Это необходимо для полного понимания смысла текста.

Слайд #14

Представление текстовой информации. Обработка текста.
Семантическая Обработка
Семантическая обработка текста направлена на понимание значения слов и фраз в контексте. Это включает в себя выделение ключевых слов, анализ тональности и определение смысла текста.
Представление текстовой информации в современных компьютерных системах требует комплексного подхода, включающего кодирование символов, структурирование документов и обширные методы обработки естественного языка.

Слайд #15

Представление графической информации. Виды графики.
Растровая графика
Растровая графика представляет изображения в виде сетки пикселей. Каждый пиксель хранит информацию о цвете и формирует детализированное изображение. Однако масштабирование может вызвать потерю качества.
JPEG, PNG и BMP - это форматы для хранения растровых изображений с различными уровнями сжатия и качества.
Векторная графика
Векторная графика описывает изображения с использованием математических объектов. Это обеспечивает масштабируемость без потери качества и удобство редактирования.
SVG, AI, EPS - форматы для векторной графики, сохраняющие информацию о геометрии объектов.

Слайд #16

Представление графической информации. Цветовые модели и пространства.
1
RGB и CMYK
Цвета представляются в RGB (Red, Green, Blue) для светового спектра и CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key/Black) для печати. RGB используется на экранах, а CMYK - в печати. (rgb(255, 255, 255))
2
HEX
HEX представляет цвета в шестнадцатеричной системе, где каждый цвет представлен комбинацией шестнадцатеричных чисел. (#FFFFFF)
3
Цветовые Пространства
Цветовые пространства, устанавливают стандарты отображения цветов для обеспечения визуализации на различных устройствах.

Слайд #17

Представление графической информации. Графические процессоры
Архитектура Графического Процессора
Потоковые Процессоры. Главная часть GPU, состоящая из множества потоковых процессоров, или шейдеров.
Текстурные и Унитарные Блоки. Отвечают за обработку текстур и выполнение унитарных вычислений.
Графическая Память. Быстрая память GPU.
Кэш. Используется для ускорения доступа к данным.
Функции Графического Процессора
Рендеринг Графики. GPU отвечает за отображение графики на экране, включая растеризацию трехмерных объектов, наложение текстур, освещение и другие аспекты.
Обработка Видео. GPU обрабатывает видеоданные, декодируя, кодируя и отображая видеопотоки.
Общепроцессорные Вычисления (GPGPU). GPU используется для общих вычислений, таких как научные расчеты, искусственный интеллект и другие приложения, не связанные с графикой.
Графический процессор (GPU) представляет собой высокопроизводительный процессор, специально разработанный для обработки графических и видеоданных.

Слайд #18

Представление графической информации. Графические библиотеки
OpenGL
OpenGL (Open Graphics Library) - это кросс-платформенная графическая библиотека с открытым исходным кодом. Она предоставляет набор функций для 2D и 3D графики, а также для взаимодействия с графическим оборудованием.
DirectX
DirectX - это набор API (Application Programming Interface) от Microsoft, предназначенных для разработки графических приложений. Включает в себя DirectX Graphics для 3D-графики, а также другие компоненты для аудио, ввода и сетевого взаимодействия.
Cairo
Cairo - это векторная графическая библиотека, ориентированная на портативность и обеспечивающая возможности рендеринга 2D-графики.
Vulcan
Vulkan - низкоуровневый API для 3D-графики и вычислений. Это открытый стандарт, который призван предоставить более непосредственный доступ к аппаратному обеспечению.

Слайд #19

Представление звуковой информации.
Аналоговые и цифровые представления.
Аналоговое Представление
Аналоговая звуковая информация представляет собой непрерывный сигнал, изменяющийся во времени. В аналоговых устройствах, таких как микрофоны, звук преобразуется в электрический сигнал, представляющий колебания звуковой волны.
Цифровое Представление
Цифровое представление звука представляет собой дискретизацию аналогового сигнала. Аналоговый сигнал разбивается на дискретные отсчеты, которые затем кодируются в цифровую форму. Этот процесс осуществляется аналого-цифровым преобразователем (ADC).

Слайд #20

Представление звуковой информации. Цифровые форматы аудиофайлов.
PCM (Pulse Code Modulation)
PCM - стандартный метод представления цифрового аудио, где амплитуды сигнала записываются в виде последовательности числовых значений. Этот формат обеспечивает точное представление звуковой волны, но может требовать значительного объема памяти.
MP3 (MPEG Audio Layer III)
Формат MP3 является методом сжатия аудиоданных, позволяющим значительно уменьшить размер файла без заметной потери качества звучания. Он использует алгоритмы сжатия, основанные на психоакустике, чтобы удалить части звуковой информации, которые человеческое ухо воспринимает менее чувствительно.
FLAC (Free Lossless Audio Codec)
FLAC представляет собой формат без потерь, который обеспечивает сжатие аудиоданных без утраты качества. Этот формат широко используется в аудиофильских приложениях, где важна максимальная сохранность звукового контента.

Слайд #21

Представление звуковой информации.
Область.
Частотная Область
Частотная область звуковой информации описывает, какие частоты присутствуют в аудиосигнале. Это важно для анализа тембра звука и идентификации различных звуковых источников.
Временная Область
Временная область описывает изменение звукового сигнала в течение времени. Это позволяет анализировать динамику звучания, выделение атак и затухания звуковых событий.

Слайд #22

Представление числовой информации.
Целочисленные Типы Данных
Целочисленные типы данных предназначены для представления целых чисел без дробной части. В памяти компьютера они обычно представлены битовыми последовательностями, размер которых зависит от используемого типа данных и архитектуры системы. Например, в 32-битных системах тип int может занимать 4 байта (32 бита).
Числа с плавающей запятой
Числа с плавающей запятой используются для представления дробных значений. Они включают мантиссу (значащая часть), экспоненту и бит знака. Стандарт IEEE 754 широко используется для представления чисел с плавающей запятой в памяти компьютера.
Форматы Чисел в Памяти
Размер и порядок байт в памяти компьютера зависит от архитектуры (little-endian или big-endian). Например, в 32-битной архитектуре число 0x12345678 может быть представлено как 78 56 34 12 (little-endian).