Квантование отсчетов по уровню и их кодирование. Курсовая работа квантование сигнала

21.07.2019

ИНФОРМАЦИИ

ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ. ВИДЫ и свойства

Сообщения и сигналы. Кодирование и квантование сигналов.

Методы измерения количества и качества информации.

Понятие информации. Виды и свойства информации.

Лекция 3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

Ключевые слова : информация; виды информации; свойства информации; меры информации; количество информации; объем данных; энтропия; тезаурус пользователя; качество информации; показатели качества информации; сообщение; источник информации; получатель информации; канал связи; носитель информации; параметр сигнала; кодирование; декодирование; дискретизация; квантование.

Литература: 1. Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. –

СПб.: Издательство «Питер», 1999.

2. Могилев А.В. и др. Информатика: Учеб. пособие для

студ. пед. вузов / А.В.Могилев, Н.И.Пак, Е.К.Хеннер; Под

ред. Е.К.Хеннера. – 2-е изд., стер. – М.: Изд. центр «Ака-

демия», 2001.

Дисциплина «Информатика» неразрывно связана с понятием информация , которое является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для изучаемой нами информатики. Это понятие неоднократно звучало при изложении вводной лекции. С ним мы сталкиваемся ежедневно. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Тем не менее, общепризнанного и строгого определения понятия информациядо сих пор нет. В разных дисциплинах в понятие информация вкладывают разный смысл. При этом типична ситуация, когда понятие об информации, введенное в рамках одной научной дисциплины, может опровергаться конкретными примерами и фактами, полученными в рамках другой. Например, представление об информации как о совокупности данных, повышающих уровень знаний об объективной реальности окружающего мира, характерное для естественных наук, может быть опровергнуто в рамках социальных наук.

В простейшем бытовом понимании с термином «информация » обычно ассоциируются некоторые сведения , данные , знания и т. п.

Словоинформация (латинское informatio ) означает разъяснение, осведомление, изложение . В общем случае под информацией понимают все те сведения, которые уменьшают степень неопределенности нашего знания о конкретном объекте .

Сама по себе информация может быть отнесена к категории абстрактных понятий, но ряд ее особенностей приближает ее к материальным объектам . Так, информацию можнополучить, записать, удалить, передать ; информация не может возникнуть из ничего . С позиции материалистической философии информация есть отражение реального мира . Однако при распространении информации проявляется такое ее свойство, которое не присуще материальным объектам: при передаче информации из одной системы в другую количество информации в передающей системе не уменьшается, хотя в принимающей системе оно обычно увеличивается . Если бы информация не обладала этим свойством, то преподаватель, читая лекцию студентам, терял бы информацию и становился неучем.

Итак, информация не материальна, но она является свойством материи и не может существовать без своего материального носителя – средства переноса информации в пространстве и во времени. Носителем информации может быть как непосредственно наблюдаемый физический объект, так и некоторый энергетический субстрат. В последнем случае информация представлена в видесигналов : световых, звуковых, электрических и т. д. При отображении на носителе информация кодируется, то есть ей ставится в соответствие форма, цвет, структура и другие параметры элементов носителя.

Часто информацию отождествляют с данными . Однако это неправильно. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и качество бумаги, количество иероглифов и их начертание и т.п.). Все это информация, но не вся, заключенная в письме. Использование более адекватных методов (например, привлечение переводчика) даст иную информацию.

Обратим внимание на то, что данные являются объективными , поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными . В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Следовательно, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов .

Сформулируем и в дальнейшем будем использовать следующее определение информации:

информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов .

Информация не является статичным объектом – она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов их обработки. Все остальное время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса .

Высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский Государственный технологический институт

(Технический университет)

Кафедра экономики и менеджмента

Курсовая работа по информатике

Задание№20

Подготовила:

Жадан Анна Игоревна

Группа 783

Проверил:

Табурчак Алексей Петрович

Санкт-Петербург

2009

Содержание

Сигналы; кодирование и квантование сигналов. Системы счисления.

Центральный процессор, системные шины.

Понятие системного программного обеспечения: назначение, возможности, структура; операционные системы.

Электронные презентации

Классификация и формы представления моделей

Операторы циклов и ветвления.

Основные понятия языков программирования. Развитие языков программирования.

Назначение и основы использования систем искусственного интеллекта; базы знаний, экспертные системы, искусственный интеллект

Компьютерные коммуникации и коммуникационное оборудование.

Информационная безопасность и ее составляющие.

Сигналы; кодирование и квантование сигналов. Системы счисления.

Сигнал (от лат. signum - знак) - знак, физический процесс (или явление), несущий информацию о каком-либо событии, состоянии объекта наблюдения либо передающий команды управления, указания, оповещения.
Сигнал является материальным носителем информации, которая передается от источника к потребителю.
Сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс.
Такой процесс может содержать различные характеристики.
При взаимодействии сигнала с физическими телами возникают определенные изменения свойств этих тел, которые можно зарегистрировать.
Таким образом, будем считать, что данные – это зарегистрированные сигналы.
Характеристика, которая используется для представления данных, называется параметром сигнала.
Если параметр сигнала принимает ряд последовательных значений и их конечное число, сигнал называется дискретным.
Если параметр сигнала непрерывная функция, то сигнал называется непрерывным .
Квантование сигнала - преобразование сигнала в последовательность импульсов (квантование сигнала по времени) или в сигнал со ступенчатым изменением амплитуды (квантование сигнала по уровню), а также одновременно и по времени, и по уровню. Применяется при преобразовании непрерывной величины в код в вычислительных устройствах, цифровых измерительных приборах и др.
Данные, безусловно, несут в себе информацию, но они ей не тождественны. Для того чтобы данные стали информацией необходимо наличие методов пересчета одной величины в другую. Данные – диалектическая составная часть информации. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.
Самым распространенным носителем данных в настоящее время является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. В то же время изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн используется в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD ROM). Магнитные ленты и магнитные диски, служащие в современных компьютерах главными носителями информации, используют изменение магнитных свойств тела. Свойства информации получаемой пользователем, тесно связаны со свойствами носителей данных, с которых эта информация будет получена. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности , т.е. количеством данных записанных в принятой на носителе единице измерения, и динамическим диапазоном – логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигнала. От этих свойств носителя зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют не меньше половины стоимости аппаратных средств.
Обуславливая диалектическое единство данных и методов в информационном процессе, определяют следующие понятия.
Динамический характер информации . Данные имеют статичный характер. Информация динамически меняется и существует только в момент времени взаимодействия данных и методов. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.
Требования адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию, в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Использование более адекватных методов даст более полную информацию.
Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Данные являются объективными, это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных полях или телах. В тоже время методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежит алгоритм, т.е. упорядоченная последовательность команд, составленная и подготовленная человеком (субъектом). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса.
Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.
Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам и несущим в себе различную информацию очень важно унифицировать форму их представления. Для этого обычно используется прием кодирования.
Кодирование – это выражение данных одного типа через данные другого типа.
Естественные человеческие языки – это ничто иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.
В вычислительной технике работа ведется с числовой информацией. Остальная информация тексты, звуки, изображения и т.д. для обработки в вычислительной среде должна быть преобразована в числовую форму. При этом все числа в память компьютера записываются с использованием так называемого двоичного кодирования . Двоичное кодирование основано на представлении данных последовательностью всего двух знаков 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски binary digit или сокращенно (bit) бит.
Двоичная система кодирования выбрана совсем не случайно. Она легко реализуется технически. Электронные схемы для обработки двоичных кодов должны находиться в одном из двух состояний «есть сигнал/ нет сигнала» или «высокое/ низкое» напряжение и т.д. Схему легко переключать из одного состояния в другое.
Бит – минимальная единица информации в вычислительной технике. Один двоичный разряд.
Группа из восьми бит называется байт и обеспечивает основу записи информации в память компьютера.
1024 байта = 1 килобайту (Кб)
1024 килобайта = 1мегабайту (Мб)
1024 мегабайта = 1 гигабайту (Гб)
Для правильного понимания, как представляется информации в памяти компьютера, рассмотрим различные системы счисления, используемые современными вычислительными средствами.
Система счисления - это совокупность правил наименования и изображения чисел с помощью набора знаков.
Системы счисления бывают позиционные и непозиционные .
Непозиционная система счисления – это система, где порядок цифры в числе определяется по установленному правилу. Например, непозиционной системой счисления является «римская» система.
Позиционной системой счисления , называется система - где порядок цифры в числе определяется рядом степени числа, которое является основанием данной системы счисления.
В общем виде целое число в позиционной системе счисления можно представить выражением:
N (m) = k 0 * m 0 + k 1 * m 1 +...k n-1 * m n-1 ,
где

N(m)- число в m-ой системе счисления;

m - разрядность системы (двоичная, восьмеричная, десятичная, шестнадцатеричная системы m = 2; m = 8; m = 10, m = 16);

n – количество разрядов в числе;

k – цифра в числе.

Рассмотрим, как записываются числа в позиционных системах счисления, используемых современной вычислительной техникой.
Десятичная система счисления. Основанием десятичной системы является ряд степени числа 10. Разрядность системы m = 10. В десятичной системе счисления 10 цифр (от 0 до 9). Возьмем, к примеру, десятичное число 1957. Число, состоит из четырех цифр - четырехзначное, т.е. n =4. Используя выше приведенную формулу, получим число в десятичной системе счисления.
N(10) = 7*10 0 + 5*10 1 + 9*10 2 + 1*10 3 = 1957
Двоичная система счисления. Основанием двоичной системы является ряд степени числа 2. Разрядность системы m = 2. В двоичной системе счисления 2 цифры (0 и 1). Возьмем, к примеру, двоичное число 100011В (В–идентификатор двоичной системы счисления). Число, состоит из шести цифр - шестизначное, т.е. n = 6. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.
N(2) = 1*2 0 + 1*2 1 + 0*2 2 + 0*2 3 + 0*2 4 + 1*2 5 = 35,
т.е. двоичное число 100011В = десятичному числу 35.
Обратим внимание, что для записи чисел в позиционных системах счисления могут быть использованы одинаковые цифры. Так цифры 0 и 1 используются как десятичной, так и двоичной системой. Поэтому в записи чисел недесятичной системы счисления принято использовать буквы являющиеся идентификаторами систем счисления и позволяющие отличить числа одной системы счисления от другой.
Восьмеричная система счисления. Основанием восьмеричной системы является ряд степени числа 8. Разрядность системы m = 8. В восьмеричной системе счисления 8 цифр (от 0 до 7). Возьмем, к примеру, восьмеричное число 573Q (Q–идентификатор восьмеричной системы счисления). Число, состоит из трех цифр - трехзначное, т.е. n = 3. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.
N(8) = 3*8 0 + 7*8 1 + 5*8 2 = 379,
т.е. восьмеричное число 573Q = десятичному числу 379.
Шестнадцатеричная система счисления. Основанием шестнадцатеричной системы является ряд степени числа 16. Разрядность системы m = 16. В шестнадцатеричной системе счисления 16 цифр (от 0 до F), первые десять цифр от 0 до 9 совпадают с цифрами десятичной системы, а затем идут цифры: A – цифра десять; B – цифра одиннадцать; C – цифра двенадцать; D – цифра тринадцать; E – цифра четырнадцать; F – цифра пятнадцать. Возьмем, к примеру, шестнадцатеричное число 1A7H (H–идентификатор шестнадцатеричной системы счисления). Число, состоит из трех цифр - трехзначное, т.е. n = 3. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.
N(16) = 7*16 0 + 10*16 1 + 1*16 2 = 423,
т.е. шестнадцатеричное число 1A7H = десятичному числу 423.
Каждый раз, вычисляя число N(m) по приведенной выше формуле мы получаем число в десятичной системе. Таким образом, числа из 2-ой, 8-ой и 16-ой системы мы переводили в десятичную систему счисления.

Центральный процессор, системные шины.

Процессор , иначе, центральный процессор – Central Processing Unit (CPU) – это основной элемент компьютера, в современных компьютерах представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную на одном полупроводниковом кристалле. Процессор это программно управляемое устройство обработки информации, в котором производятся все вычисления.
Для современных процессоров характерно:

простота производства, что обеспечивается единой технологией производства;

низкая стоимость, так производство современных процессоров является массовым;

малые габариты, современный микропроцессор имеет площадь несколько квадратных сантиметров, размер одной стороны всего несколько миллиметров

высокая надежность;

малое потребление энергии.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки процессора называют регистрами . Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.
С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами . Основных шин три.
Адресная шина. Комбинация из нолей и единиц в этой шине образует адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. В процессоре эта шина связана с регистром, который называют «программный счетчик». Регистр «программный счетчик» всегда содержит адрес оперативной памяти, из которого считывается текущая, то есть выполняемая в данный момент процессором, команда.
Шина данных . По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора для обработки, и после выполнения над ними необходимых действий, запись их обратно из процессора в оперативную память.
Шина команд . Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует делать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, в регистр процессора, который называют «регистр команд». Команды тоже представлены в виде байтов.
В процессе работы процессор обслуживает данные. Находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд процессора, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют близкие системы команд.
Таким образом, в процессе работы процессор выполняет следующие функции:

чтение и дешифрация команд из основной памяти;

чтение данных из оперативной памяти и регистров на адаптерах внешних устройств;

прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

обработку данных и их запись в оперативную память и регистры адаптеров внешних устройств;

выработку управляющих сигналов для всех узлов и блоков персонального компьютера.

Часто различают процессоры CISC (Common Instruction Computer процессоры с полным набором команд) и RISC (Reduced Instruction Set Computer - процессоры с сокращенным набором команд).
Основные характеристики процессора.
Разрядность процессора. Это число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. В настоящее время в основном работают 64-разрядные процессоры. Очевидно, что чем больше разрядность, тем выше производительность процессора.
Производительность процессора определяется также скоростью выполнения команд программы. Поскольку время исполнения разных команд существенно варьируется, то для характеристики производительности процессора используют тактовую частоту.
Тактовая частота. В основе работы процессора лежит тактовый принцип, что и в обычных часах. Тактовый период – это время, за которое в процессоре, в одной ячейке памяти (бите) может произойти смена данных (т.е. ноль обратится в единицу или единица в ноль). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем выше его производительность, но строгой зависимости нет.
Система команд. В составе команд современного процессора, как правило, присутствуют арифметические и логические команды над числами с фиксированной и плавающей запятой, а также дополнительные команды, реализующие обработку графических, видео- и аудиоданных. В предшествующих моделях для реализации таких команд нужно было создавать программу, включающую несколько десятков или сотен машинных команд. За счет этого соответствующие действия выполняются намного быстрее. Общее количество команд, реализуемых современным процессором, достигает нескольких сотен.
Наличие и характеристики кэш-памяти.
Кэш-память в процессорах используется для ускорения доступа к данным, размещенным в ОЗУ. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. В общем случае кэш-память – это определенным способом организованная память - место, куда помещается информация, подготовленная для использования каким - либо устройством. (В данной ситуации это сверхоперативная память, но кэш может быть создан и другими микросхемами памяти, например кэш-память между оперативной памятью и жестким диском ускоряет обмен информацией между этими устройствами).
Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память.
Обычно используется кэш-память первого и второго уровня. Кэш-память первого уровня имеет меньший объем, чем кэш-память второго уровня, но она размещается непосредственно в процессоре и потому намного быстрее. Различия между процессорами Pentium и Celeron состоят главным образом в том, что у первых размеры кэш-памяти существенно больше. У процессоров серии Хеоп, предназначенных для серверов, кэш-память еще больше. С каждым новым поколением процессоров кэш-память увеличивается, и таким образом увеличивается производительность компьютера.
Параллельное исполнение команд.
Оно основано на том, что каждая команда исполняется процессором за несколько внутренних циклов работы. Поэтому, когда исполнение одной команды переходит к следующему циклу, процессор одновременно может начать обрабатывать другую команду. За счет организации конвейера команд скорость работы процессора намного возрастает. Но конвейер не всегда возможен. Поэтому активно развиваются научные исследования, связанные с оптимизацией построения конвейеров обработки команд.

Понятие системного программного обеспечения: назначение, возможности, структура; операционные системы.

Программное обеспечение ЭВМ - это совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной с этими компонентами документацией, которая позволяет использовать ЭВМ для решения различных задач.
Необходимость в разработке программного обеспечения обуславливается следующими обстоятельствами:

обеспечить работоспособность ЭВМ, так как без программного обеспечения ЭВМ не может работать;

облегчить взаимодействие компьютера с пользователем;

сократить цикл от постановки задачи до получения результата ее решения на ЭВМ;

повысить эффективность использования ресурсов ЭВМ.

Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней.
Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию, показанную на рисунке. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такая классификация удобна для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации технического обслуживания. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы в целом. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.
Базовый уровень программного обеспечения
Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования, и хранится в специальных микросхемах, называемых постоянным запоминающим устройством (ПЗУ – Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства или, в случае необходимости в перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах специальным способом, и не могут быть изменены в процессе работы вычислительной системы.
Системный уровень программного обеспечения
Этот уровень переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.
От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав программного обеспечения системного уровня.
Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.
Совокупность программ системного уровня образует операционную систему компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.
Операционные системы
Операционная система - это комплекс специальных программ и правил, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления ресурсами вычислительной системы и процессами, использующими эти ресурсы при вычислениях.
Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в систему BIOS (базовую систему ввода-вывода), с другой стороны она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.
Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.
Основная функция всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (пользовательский интерфейс);

интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Для одной аппаратной платформы, например, такой как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние.
Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций.
Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.
Важно подчеркнуть, что операционная система – это именно комплекс программ, неоднородный по характеру и многоплановый по уровню. Этот комплекс программ динамичен по своему составу: из него можно удалять, а в него добавлять различные части. Та часть программ, которая взаимодействует с аппаратными средствами непосредственно и поэтому должна постоянно храниться в компьютере, составляет ядро операционной системы. В частности, программное обеспечение, входящее в состав ядра, отвечает за проверку работоспособности компьютера и выполнение элементарных (базовых) операций, связанных с работой монитора, клавиатуры, магнитных накопителей и т.п.
Операционная система образует автономную среду, не связанную ни с одним из языков программирования. Любая прикладная программа связана с операционной системой и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда (или должна быть обеспечена возможность конвертации – преобразования программ).
Базовая часть операционной системы хранится в микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Остальные программы хранятся на внешнем запоминающем устройстве, к которому может быть обеспечен относительно быстрый доступ. Например, на жестком диске. Но программы операционной системы могут храниться и на (floppy) гибком диске или CD-диске, которые в этом случае называются системными. При включении компьютера эта часть операционной системы автоматически загружается с диска в оперативную память.
Использование компьютера на уровне машинного языка затруднительно. Программы операционной системы скрывают от программиста и пользователя все реалии аппаратуры и предоставляют возможность простого, удобного просмотра указанных им файлов, чтения или записи их. Операционная система предоставляет пользователю и программисту простой файловый интерфейс и, кроме того, выполняет всю работу, связанную с обработкой прерываний, управлением таймером и оперативной памятью, а также решает другие низкоуровневые проблемы. Таким образом, благодаря операционной системе, пользователь имеет дело с абстрактной, воображаемой машиной, которая гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе вычислительной системы. С этой точки зрения операционная система предоставляет пользователю и программисту некую виртуальную машину, которую легче запрограммировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину. Для реализации этой функции операционная система поддерживает два интерфейса по уровню выше аппаратного.

Пользовательский интерфейс - командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций.

Программный интерфейс - набор услуг, освобождающих программиста от выполнения рутинных операций.

Электронные презентации

Ещё несколько лет назад презентации, как правило, представляли собой доклад с иллюстрациями, выполненными на бумаге или плёнках, изображения на которых демонстрировались с помощью проекторов. При этом создание ярких и убедительных иллюстраций было весьма сложным занятием, и поэтому успех или неудача презентации напрямую зависели от художественных и артистических способностей докладчика.
С помощью программы Power Point создание презентации становится простым и увлекательным делом. Если презентация проводится для небольшой аудитории в 4 – 8 человек, то в этом случае достаточно иметь компьютер с обычным монитором.
Среди возможностей Power point по созданию презентации, представляет собой набор слайдов, можно отметить следующее:

Управление процессом проведения презентации, т.е. отображение слайдов, которые в нем имеются;

Управление переходами между слайдами, т.е определение порядка отображения слайдов презентации во время её показа;

Установка параметров внешнего вида, отображения и появления слайдов;

Работа с текстом, таблицами, графикой, звуком, видео, а также объектами Word, Excel, Internet.

Любая презентация имеет следующие основные свойства и характеристики:

Набор слайдов и их параметры;

Содержание слайдов, которое, помимо пользователя, может также создаваться с помощью имеющихся мастеров автосодержания;

Параметры рабочей области, т.е. ее размер, ориентация и т.д.;

Каждый слайд презентации имеет собственные свойства, которые влияют на его отображение во время показа презентации:

Шаблон оформления, т.е. параметры цветовой схемы, фона, шрифтов и т.д.;

Разметка слайда, которая включает большой размер стандартных примеров размещения информации на слайде: расположение заголовка, рисунков, таблиц, надписей и т.д.;

Эффект перехода, представляющий собой тот или иной режим появления и «исчезания» слайда – по нажатию кнопки мыши или автоматически через заданное время, с анимационными или звуковыми эффектами и т.д.

Разработчики исходили из предположения, что программа подготовки презентаций достаточно редко «снимается с полки» и должна быть поэтому предельно понятной для пользователя и простой в эксплуатации.
Для создания высокопрофессиональных видеоматериалов с помощью Power Point не обязательно быть художником. Поставляемые в комплекте с программой шаблоны дизайна обеспечивают высокое качество результата, а для полноценного пользования всех возможностей Power Point не требуется глубокие знания принципов работы компьютера. Подсказки программы обеспечивают выполнение всех необходимых шагов в нужной последовательности. Во многих случаях, когда перед пользователем возникает необходимость выбора некоторого варианта, на экране появляется мастер комплекса Power Point, который помогает принять верное решение. Образно говоря, единственное, на что неспособен Power Point, - так это вместо самого докладчика четко произнести слова доклада. Но и здесь программа окажет существенную помощь, ведь благодаря высокому качеству видеоматериала презентации можно обрести дополнительную уверенность в себе при выступлении перед аудиторией.
Специальные средства программы Power Point существенно упрощают создание презентации вне зависимости от потребностей пользователя, ради которых эта презентация создается.
Мастер автосодержания и шаблоны Power Point позволяют не только в минимальные сроки разработать конкретную презентацию, но и создать на будущее файл структуры стандартной презентации. Нужно просто выбрать тему и дизайн, а затем останется только наблюдать за тем, как Power Pint самостоятельно генерирует упорядоченную последовательность привлекательных, выполненных на высоком уровне слайдов.
Встроенные в Power Point связи с такими приложениями Office, как Graph или Organization Chart, а также собственный модуль построения таблиц помогают создать тщательно оформленные видеоматериалы, доступно представляющие числовую информацию, изобразить структуру некоторой организации или выполнить сравнительный анализ имеющихся предложений.
Демонстрационный модуль комплекса Power Point поддерживает множество достаточно сложных эффектов, таких как «ожившие» диаграммы, звук, музыкальное сопровождение, встроенные видеофрагменты и широко распространенные плавные переходы между слайдами. Кроме того, возможно интерактивное управление демонстрацией слайдов, когда оператор по ходу презентации получает возможность продемонстрировать дополнительные слайды, представляющие собой ответвления от основного сюжета, или вывести на экран скрытую до тех пор информацию, отвечая этим на вопросы аудитории.
Наборы легко модифицируемых фоновых рисунков и цветовых схем слайдов являются частью богатого арсенала выразительных средств Power Point. имеется возможность размещения фирменной эмблемы на заднем плане каждого слайда и выбора цветовой схемы, соответствующей цветам фирмы.
Power Point позволяет объединить внутри одной презентации текст, графики, числовые данные и диаграммы, сформированные другими приложениями Office (например, Word или Excel). Можно редактировать любой объект, не выходя из Power Point, при этом будут доступны все инструментальные средства породившего этот объект приложения – источника.
Мастер упаковки комплекса Power Point позволяет упаковать презентацию для записи на дискеты. С помощью инструмента Конференция можно продемонстрировать презентацию в локальной сети или в сети Internet. Инструменты Навигатор слайдов, Записная книжка, Хронометр позволяют осуществлять предварительный просмотр слайдов, делать заметки, читать свои записи и осуществлять контроль временных интервалов непосредственно в процессе проведения презентации.

Классификация и формы представления моделей

Модель – это новый объект (реальный, знаковый или воображаемый), который отражает некоторые стороны изучаемого объекта, процесса или явления, существенные с точки зрения цели моделирования.
Модель – это физический или информационный заменитель объекта, функционирование которого по определенным параметрам подобно функционированию реального объекта.
Модель представляет собой способ существования знаний. Любой учебный текст – это некоторая модель знаний об изучаемом объекте, сложившаяся в науке в настоящее время.
Сообщить знания, передать накопленный опыт можно, только «построив» информационную модель.
Классификаций моделей :
1) по области использования:
Учебные модели – используются при обучении;
Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик
Научно - технические - создаются для исследования процессов и явлений
Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях
Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это метод проб и ошибок)
2) по фактору времени:
Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры моделей: классификация животных…., строение молекул, список посаженных деревьев, отчет об обследовании состояния зубов в школе и тд.
Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.

3) по отрасли знаний - это классификация по отрасли деятельности человека : Математические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и тд

Формы представления моделей.

Материальные – это предметные (физические) модели. Они всегда имеют реальное воплощение. Отражают внешнее свойство и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры : детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты
Абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. это теоретический метод познания окружающей среды. По признаку реализации они бывают: мысленные и вербальные; информационные
Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека.
Вербальные – мысленные модели выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей
Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта.

Типы информационных моделей:
Табличные – объекты и их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках)
Иерархические – объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня
Сетевые – применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру
По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые. Например:
Образно-знаковые модели:
Геометрические (рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение)
Структурные (таблица, граф, схема, диаграмма)
Словесные (описание естественными языками)
Алгоритмические (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема)
Знаковые модели:
Математические – представлены матем.формулами, отображающими связь параметров
Специальные – представлены на спец. языках (ноты, хим.формулы)
и т.д.................

При использовании ЭВМ для обработки информации от различных устройств (объектов, процессов), в которых информация представлена непрерывными (аналоговыми) сигналами, требуется преобразовать аналоговый сигнал в цифровой - в число, пропорциональное амплитуде этого сигнала, и наоборот. В общем случае процедура аналого-цифрового преобразования состоит из трех этапов:

дискретизации;

квантования по уровню;

кодирования.

Под дискретизацией понимают преобразование функции непрерывного времени в функцию дискретного времени, а сам процесс дискретизации состоит в замене непрерывной функции её отдельными значениями в фиксированные моменты времени.

Дискретизация может быть равномерной и неравномерной. При неравномерной дискретизации длительность интервалов между отсчетами различна. Наиболее часто применяется равномерная дискретизации, при которой длительность интервала между отсчетами Т Д , постоянна. Период дискретизации Т Д непрерывного сигнала и(t) (рис. 1 а) выбирается в соответствии с теоремой Котельникова:

где F в - высшая частота в спектре частот сигнала и(t) (рис. 1 б)

Рис. 1.Процесс аналого-цифрового преобразования

Под квантованием понимают преобразование некоторой величины с непрерывной шкалой значений в величину, имеющую дискретную шкалу значений.

Для этого весь диапазон значений сигнала и(t), называемый шкалой делится на равные части – кванты, h – шаг квантования. Процесс квантования сводится к замене любого мгновенного значения одним из конечного множества разрешенных значений, называемых уровнями квантования.

Вид сигнала и(t) в результате совместного проведения операций дискретизации и квантования представлен на рис. 1 в). Дискретизированное значение сигнала и(t), находящееся между двумя уровнями квантования, отождествляется с ближайшим уровнем квантования. Это приводит к ошибкам квантования, которые всегда меньше шага квантования (кванта), т. е. чем меньше шаг квантования, тем меньше погрешность квантования, но больше уровней квантования.

Число уровней квантования на рис. 1 в) равно восьми. Обычно их значительно больше. Можно провести нумерацию уровней и выразить их в двоичной системе счисления. Для восьми уровней достаточно трех двоичных разрядов. Каждое дискретное значение сигнала представляется в этом случае двоичным кодом (табл. 1) в виде последовательности сигналов двух уровней.

Таблица 6.1

Наличие или отсутствие импульса на определенном месте интерпретируется единицей или нолем в соответствующем разряде двоичного числа. Цифровая форма представления сигнала и(t) показана на рис. 1 г). Импульсы старших разрядов расположены крайними справа.

Таким образом, в результате дискретизации, квантования и кодирования аналогового сигнала получаем последовательность n -разрядных кодовых комбинаций, которые следуют с периодом дискретизации Т л. При этом рациональное выполнение операций дискретизации и квантования приводит к значительному экономическому эффекту как за счет снижения затрат на хранение и обработку получаемой информации, так и вследствие сокращения времени обработки информации.

2.2. Дискретизация, квантование и кодирование сигналов

Современные цифровые технологии, обладая неограниченными возможностями по обработке, передаче и хранению больших объемов информации, всё активнее внедряются в самые разные сферы человеческой деятельности, даже в те из них, где прежде традиционно господствовали аналоговые. Однако все известные физические явления и процессы, которые служат источниками исходных данных для решения вычислительных задач, являются непрерывными аналоговыми величинами. Поэтому, прежде чем произвести какое-либо вычисление, надо получить численные значения величин, над которыми производятся вычислительные операции, т. е. осуществить преобразование аналоговой величины в соответствующий ей цифровой эквивалент. И точность такого преобразования должна быть не хуже желаемой точности результата. Кроме того, нередко результат вычисления также должен быть представлен в виде аналоговой величины с высокой степенью точности.

Еще одним аргументом в пользу цифрового представления аналоговой информации является возможность сохранения последней в неизменном виде в течение практически неограниченного времени. Многие из аналоговых процессов быстротечны и не повторяются вновь, фиксация их аналоговыми методами - записью на какой-нибудь носитель - фотопленку или магнитную ленту, недостаточно надежна и имеет свойство со временем ухудшаться - вплоть до полного разрушения. Цифровые же методы подобными недостатками не страдают, поскольку запись производится всего двумя символами - «единицей» (есть сигнал) и «нулем» (сигнала нет). В таком виде информация неизмеримо более устойчива к воздействию разного рода искажающих факторов. Нет необходимости заботиться о точной форме импульса - достаточно, чтобы он был вообще. К тому же разработанные на сегодняшний день алгоритмы защиты цифровой информации от ошибок позволяют практически свести к нулю результат любого искажающего воздействия, такого, которое для аналоговой информации было бы равносильно ее безвозвратной утрате.

По указанным выше причинам роль приборов, преобразующих аналоговые величины в цифровые и обратно - аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП) становится чрезвычайно значимой, поскольку им отводится роль своего рода «посредников», между аналоговой природой окружающего нас мира и вычислительной мощью «цифрового мира». Роль эта весьма ответственна. Какова точность преобразования, такова будет и точность результата.

Прежде чем приступать к анализу процедур аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, следует ознакомиться с основными видами электрических сигналов, которые в дальнейшем будут служить объектами упомянутых преобразований. В самом общем случае такие сигналы можно разделить на четыре класса:

1. произвольные по величине и непрерывные по времени (рис. 1.1 а);

2. произвольные по величине и дискретные во времени (рис. 1.1 б);

3. квантованные по величине и непрерывные по времени (рис. 1.1 в);

квантованные по величине и дискретные по времени (рис. 1.1 д).

Сигнал s ( t ), показанный на рис. 1 а называется аналоговым, поскольку его можно толковать как электрическое отображение реальных физических процессов. Аналоговые сигналы задаются по оси времени на несчетном множестве точек и являются непрерывными. По оси ординат такие сигналы также могут принимать любые значения в определенном интервале.

Сигнал S ( nT ), показанный на рис. 1.1 б, также, как и аналоговый, может принимать любые значения по оси ординат, но по оси времени он определен только для некоторых фиксированных точек, т. е. является функцией дискретной переменной ( n Т), где n = 0, 1, 2 ..., а Т - интервал дискретизации. Такой сигнал называется дискретным, причем в данном случае термин «дискретный» характеризует не сам сигнал, а способ его задания на временной оси.

Сигнал, показанный на рис. 1.1 в, задан на всей временной оси, однако величина его может принимать только дискретные значения. В подобном случае говорят о сигнале, квантованном по уровню. Чтобы отличить дискретность сигнала по уровню от дискретности по времени, термин «дискретный» будет применяться только к дискретизации по времени, дискретность же по уровню будет характеризоваться термином «квантование».

Квантование используют в том случае, когда необходимо преобразовать сигнал в цифровую форму. Для этого весь диапазон изменения величины сигнала разбивают на счетное число уровней и каждому уровню присваивают определенный номер, который затем кодируют двоичным кодом с конечным числом разрядов. Величина сигнала измеряется в заданных точках на оси времени. Такой сигнал - дискретный по времени и квантованный по уровню, называется цифровым. Он показан на рис. 1.1 г .

Введение

Глава 1. Равномерное квантование мгновенных значений сигнала

Глава 2. Неравномерное квантование мгновенных значений

Глава 3. Оптимальное квантование

Глава 4. Адаптивное квантование

4.1 Вводные замечания

4.2 Адаптация по входному сигналу

4.3 Адаптация по выходному сигналу

Глава 5. Теория разностного кодирования

Заключение

Список литературы

Введение

Методы рационального кодирования предназначены для сокращения избыточности сообщений в условиях априорной неопределенности относительно статистических характеристик сигналов . Т.е. в условиях, когда сигнал является нестационарным, что часто встречается на практике, или когда неизвестны статистические характеристики этого сигнала. Под рациональным кодированием понимают такое кодирование, при котором измерительная информация представленная в дискретной форме требует минимальное количество символов при заданной верности, т.е. отношении сигнал – шум квантования. Требование рационального кодирования сообщений обусловлены тем, обстоятельством, что в случае нерационального кодирования на первом этапе избыточность сохраняется и на последнем. В случае применения корректирующих (помехоустойчивых) кодов избыточность сообщений еще более возрастает. Процедуры рационального кодирования источника сообщений классифицируются по их возможности менять параметры или структуру кодирующего устройства для обеспечения сжатия данных. Классификация имеет вид (рисунок 1).

Рисунок 1

Фиксированная процедура имеет заданную структуру, которая остается неизменной при любых входных воздействиях. Это не позволяет оптимизировать процесс обработки данных при разных сообщениях на входах квантователя (можно оптимизировать для класса разных сообщений), но допускает простую аппаратную реализацию алгоритма. Пример фиксированной процедуры -

-квантователь.

Параметрическая адаптивная процедура чувствительна к статистике сообщений и изменяется в соответствии с выбранным критерием свои параметры. Примерами такой процедуры являются адаптивная и разностная ИКМ.

Непараметрическая адаптивная процедура сжатия данных с изменением структуры алгоритмов сообщений является наиболее перспективной с точки зрения эффективности кодирования источника нестационарных сообщений с изменяющимися статистическими характеристиками. В этом случае меняются не только параметры, но и структура алгоритма кодирования. К таким процедурам относят алгоритм адаптивно - разностной ИКМ с перестройкой структуры фильтра – предсказателя.

Глава 1. Равномерное квантование мгновенных значений сигнала

Предположим, что в результате дискретизации сигнала получается последовательность непрерывных величин

для передачи по цифровым каналам связи. Каждый отсчет необходимо проквантовать до конечного множества значений. Целесообразно разделять процесс представления последовательности множеством двоичных символов на два этапа: квантование, результатом которого является последовательность величин = и кодирование, когда последовательности величин ставится в соответствие кодовое слово , т.е. этот процесс можно представить в виде (рисунок 2).

Рисунок 2

Обычно для кодирования квантованных отсчетов используют двоичную последовательность. С помощью B-разрядного кодового слова можно представить

уровней квантования. Скорость передачи информации в этом случае:

, (1)
- частота дискретизации, которая выбирается исходя из способа восстановления сигнала в приемнике, - число бит на отсчет сигнала. - const, то единственный путь уменьшения скорости передачи состоит в сокращении числа двоичных единиц на отсчет сигнала. Определим как зависит отношение сигнал – шум квантования от разрядности кодового слова .

Рассмотрим различные способы квантования сигнала. Пусть

(2)

и функция плотности вероятности сигнала симметрична. Тогда