Каким образом представлена графическая информация в компьютере и цифровых устройствах

Обновлено: 02.07.2024

Вы уже владеете одним языком, а быть может и несколькими. Знаете некоторые понятия из химии, физики, математики и других наук. А для того, чтобы понимать и использовать компьютерный язык нужно иметь знания о представлении информации в памяти компьютера. В этой статье поговорим о представлении текста, графики, звука в ПК и рассмотрим основные положения, касающиеся этой темы.

Введение

Для того чтобы было намного проще понять, как представляются файлы в компьютере приведем несколько примеров из жизни с которыми сталкивался каждый:

Вы хотите перейти дорогу, но дойдя до перекрестка, вы останавливаетесь, потому что загорелся красный свет. После небольшого ожидания цвет светофора меняется на зеленый. Машины тормозят, а вы продолжайте свой путь.
Вы сильно торопитесь, когда едете на работу или учебу. Участник дорожного движения, который едет спереди двигается на низкой скорости. Вы моргаете ему фарами, он уступает вам дорогу, и вы едете дальше.

А теперь переведем эти ситуации на язык информатики – в данных ситуациях светофор и фары передают код. Красный сигнал говорит нам о том, что нужно остановиться, а моргание фарами это “код” с помощью которого мы просим уступить дорогу. Быть может вы удивитесь, но в основу любого человеческого языка тоже положен код, только символы в нем называются алфавитом. Теперь рассмотрим это определение более подробно. Итак:

Код – набор обозначений, с помощью которого можно представить информацию.

Кодирование – процесс, при котором данные переводятся в код.

По мере развития информационной сферы учеными и разработчиками предлагались многие способы кодирования информации. Некоторые из них остались незамеченными, другими же мы пользуемся до сих пор. В качестве примера приведем азбуку Морзе, разработанную Самюэлем Морзе в 1849 году. Буквы и цифры определяются в ней тремя символами:

Тире (длинный сигнал);
Точка (короткий сигнал);
Пауза или отсутствие сигнала.

Однако наибольшую популярность завоевал “двоичный код”, который предложил использовать Вильгельм Лейбниц в семнадцатом веке. Информация в нем определяется двумя символами – 0 и 1. Разработчикам данный метод кодирования сильно понравился из-за простоты его реализации. 0- это пропуск сигнала, а число 1- его наличие. Именно двоичное представление используется сегодня в ПК и в другой цифровой технике.

Это интересно Что такое интерфейс простыми словами 💻

Представление и устройство памяти персонального компьютера

Скорее всего, вы знаете, что внутренняя память компьютера состоит из двух частей – оперативной и основной:

Чтобы иметь представление, как работает внутренняя память компьютера, и как её использовать, нужно заглянуть внутрь системного блока. Здесь можно провести аналогию с тетрадным листом “в клеточку”. Каждая клетка содержит в себе одно из двух состояний – 0 или 1. Если в ячейке стоит 1, то это говорит о том, что данная ячейка внутренней памяти включена, если 0, то выключена. Этот способ представления информации называется цифровым кодированием.

Каждая ячейка внутренней памяти ПК хранит в себе единицу информации, которая называется битом. Составляя различные последовательности из битов, мы можем определить различную информацию. У цифрового кодирования много преимуществ – легко копировать и переносить материалы с одного носителя на другой. При создании дубликата копия полностью идентична оригиналу, что невозможно осуществить с данными, которые представлены в аналоговой форме. Из-за большого количества преимуществ в 80-х годах 20 века люди начали использовать способы представления текста, звука и фото с помощью цифр.

Представление графических типов информации в ПК

Сейчас существует два способа представления графических данных в машинном коде.

Растровый

Суть этого способа заключается в том, что графическое изображение делится на маленькие фрагменты, которые называются пиксели. Каждый пиксель содержит в себе информацию о своем цвете. Данный способ называется растровым кодированием.

Векторный

В отличие от растрового кодирования, в данном способе представление графики описывается с помощью векторов. Каждому вектору задают координаты начала и конца, толщину и цвет. Например, для отрисовки окружности надо будет задать координаты её центра и радиус, цвет заполнения (если он есть), а также цвет и толщину контура.

Текст и числа

Представление текстовой информации во внутренней памяти персонального компьютера осуществляется с помощью специальных таблиц. На данный момент, распространение получили стандарты ASCII и UTF-8

ASCII

Таблица была разработана и стандартизирована в 1963 в США. Она предназначалась для обмена данными по телетайпу. Однако сейчас, с её помощью, можно определить различные буквы, знаки и числа. Один знак в этой таблице кодируется восемью битами.

Стандарт был предложен в 1992 году. Её разработали Кен Томпсон и Роб Пайк. С помощью этой кодировки можно представить все знаки в мире. Обладает большой популярностью в интернете – большинство сервисов и сайтов используют именно это таблицу.

Для записи голоса используется микрофон и звуковая плата компьютера. Чтобы компьютер смог определить звуковую информацию – её необходимо перевести в цифровую. Для этого аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь. Там он разбивается на маленькие временные кусочки, каждому из которых устанавливается величина интенсивности голоса.

В результате функция A(t) преобразуется в дискретную последовательность. Качество звуковой информации полученной на выходе определяется частотой дискретизации.

Частота дискретизации – количестве измерений уровней громкости за одну секунду. Чем больше это значение, тем лучше качество.

Видео

Заключение

Теперь вы знаете о представлении информации в памяти компьютера. Если разобраться в цифровом кодировании и устройстве внутренней памяти ПК, то вы сможете понять и другие, более серьезные разделы информатики, такие как программирование, IP-адресация и другие. Если у вас возникли вопросы по теме, то задавайте их в комментариях к статье.

Описание слайда:

Тема:
Основные сведения о цифровом представлении графической информации

Описание слайда:

Компьютерная графика - один из разделов информатики, изучающая способы формирования и обработки изображений с помощью компьютера.
Компьютерная графика является одним из наиболее «молодых» направлений информатики, она существует около 40 лет.

Описание слайда:

Растровый способ – изображение представляется в виде мозаики из небольших, одинаковых по размеру элементов. Каждый элемент мозаики окрашен в свой цвет. Если элементы сделать очень маленькими, то изображение будет восприниматься как единое. Это обусловлено особенностями человеческого зрения.

Описание слайда:

Единичный элемент мозаики называется пикселом (от PICture ELement – элемент картинки), а всю мозаику называют растром. Практически все современные мониторы и принтеры используют растровый способ создания изображений.
Количество отображаемых пикселов на единицу длины называется разрешающей способностью или разрешением устройства. Разрешение обычно измеряется в dpi – (Dots Per Inch – количество точек на дюйм; напомним, что один дюйм равен 25,4 мм). Вертикальное и горизонтальное разрешение могут различаться. Разрешение большинства мониторов – 70-100 dpi. Разрешение бытовых струйных принтеров – порядка 1500 dpi. Разрешение устройства зависит от размеров его пиксела. Одно и то же растровое изображение на устройствах с различным разрешением будет выглядеть по-разному.

Описание слайда:

Число битов, используемых компьютером для задания цвета одного пиксела, называется цветовым разрешением, или глубиной цвета. Цветовое разрешение определяет, в какое количество цветов (или оттенков серого) можно раскрасить каждый пиксел изображения. Цветовое разрешение 1 бит/пиксел позволяет использовать только два цвета, что соответствует черно-белому изображению, 8 бит/пиксел – 256 цветов (оттенков серого); 24 бит/пиксел – более 16 миллионов цветов – это более чем достаточно для представления всех цветов, различимых человеческим глазом.

Описание слайда:

Второй способ компьютерного представления изображений – векторная графика. Векторное изображение тоже состоит из отдельных элементов, но они имеют различную форму и размеры. Типичные элементы векторной графики — это геометрические линии и фигуры: отрезки, дуги, круги, прямоугольники и так далее. Буквы тоже относятся к элементам векторной графики.

Описание слайда:

Подавляющее большинство устройств вывода основаны на растровом принципе , но это не мешает использовать их для вывода векторной графики. Просто в процессе вывода на растровое устройство векторное изображение по специальным алгоритмам переводится в растровую форму.

Описание слайда:

Существуют специальные векторные устройства вывода графической информации, например перьевой графопостроитель , способный чертить линии на бумаге в любом направлении механической «рукой», «Рука» также способна выбирать перья нужных цветов из подготовленного заранее набора.

Описание слайда:

И растровый, и векторный способ компьютерного представления графики сводятся к разбиению изображения на атомарные, неделимые элементы. Такие элементы называются примитивами. В растровой графике существует только один вид примитивов – пикселы. Набор примитивов векторной графики более широк, его состав варьируется для различных графических систем и форматов.

Описание слайда:

Автор презентации:
студент 4 курса отделение: «Профессиональное обучение»
Болховского педагогического колледжа
Грибанов
Николай
Владимирович

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Тема 6: Представление графической информации в компьютере.

Существуют два принципа представления изображения на компьютере: растровый и векторный . В обоих случаях графическое изображение разбивается на части, которые легко описать с помощью кодов.

В процессе кодирования изображения производится его пространственное разбиение ( дискретизация ) на отдельные маленькие фрагменты - пиксели ( pixel ), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров.
Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.

Во-вторых, чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации). Совокупность используемых в наборе цветов образует палитру цветов, которая связана с количеством памяти, предназначенной для хранения одного пикселя – глубиной цвета .

КОЛ-ВО ЦВЕТОВ = 2 ГЛУБИНА ЦВЕТА

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.

Применяют несколько систем кодирования цветных графических изображений: HSB, RGB и CMYK и др. Использование этих цветовых моделей связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию " чистых" спектральных цветов: красного, зеленого, синего или их производных.

Различают аддитивное цветовоспроизведение (характерно для излучающих объектов) и субтрактивное цветовоспроизведение (характерно для отражающих объектов).

Модель HSB характеризуется тремя компонентами: оттенок цвета(Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Можно получить большое количество произвольных цветов, регулируя эти компоненты.

Принцип модели RGB заключается в следующем: известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red, R), зеленого (Green, G), синего (Blue, B). Другие цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия этих составляющих. По первым буквам основных цветов система и получила свое название - RGB. Данная цветовая модель является аддитивной, то есть любой цвет можно получить сочетание основных цветов в различных пропорциях. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Если совместить все три компоненты, то получим ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету.

При 256 градациях тона (каждая точка кодируется 3 байтами) минимальные значения RGB (0,0,0) соответствуют черному цвету, а белому - максимальные с координатами (255, 255, 255). Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем этот цвет ярче. Например, темно-синий кодируется тремя байтами (0, 0, 128), а ярко-синий (0, 0, 255).

Модель CMYK используется при подготовке публикаций к печати. Каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого). Получают дополнительный цвет за счет суммирования пары остальных основных цветов. Значит, дополнительными цветами для красного является голубой (Cyan,C) = зеленый + синий = белый - красный, для зеленого - пурпурный (Magenta, M) = красный + синий = белый - зеленый, для синего - желтый (Yellow, Y) = красный + зеленый = белый - синий. Причем принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие можно применять как для основных, так и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить или в виде суммы красной, зеленой, синей составляющей или же в виде суммы голубой, пурпурной, желтой составляющей. В основном такой метод принят в полиграфии. Но там еще используют черный цвет (BlacК, так как буква В уже занята синим цветом, то обозначают буквой K). Это связано с тем, что наложение друг на друга дополнительных цветов не дает чистого черного цвета.

Различают несколько режимов представления цветной графики :
а) полноцветный ( True Color );
б) High Color ;
в) индексный .

При полноцветном режиме для кодирования яркости каждой из составляющих используют по 256 значений (восемь двоичных разрядов), то есть на кодирование цвета одного пикселя (в системе RGB) надо затратить 8*3=24 разряда. Это позволяет однозначно определять 16,5 млн цветов. Это довольно близко к чувствительности человеческого глаза. При кодировании с помощью системы CMYK для представления цветной графики надо иметь 8*4=32 двоичных разряда.

Режим High Color - это кодирование при помощи 16-разрядных двоичных чисел, то есть уменьшается количество двоичных разрядов при кодировании каждой точки. Но при этом значительно уменьшается диапазон кодируемых цветов.

При индексном кодировании цвета можно передать всего лишь 256 цветовых оттенков. Каждый цвет кодируется при помощи восьми бит данных. Но так как 256 значений не передают весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, то подразумевается, что к графическим данным прилагается палитра (справочная таблица), без которой воспроизведение будет неадекватным: море может получиться красным, а листья - синими. Сам код точки растра в данном случае означает не сам по себе цвет, а только его номер (индекс) в палитре. Отсюда и название режима - индексный.

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. Базовым элементом изображения является линия. Как и любой объект, она обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной., цветом, начертанием (пунктирная, сплошная). Замкнутые линии имеют свойство заполнения (или другими объектами, или выбранным цветом). Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Так как линия описывается математически как единый объект, то и объем данных для отображения объекта средствами векторной графики значительно меньше, чем в растровой графике. Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Пример 1. Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре 256 цветов?

Если палитра состоит из 256 цветов, то 8 бит глубина цвета.

Количество пикселей экрана 640200=128000. Для сохранения картинки экрана необходимо 1280008=1024000бит=128000байт=125 Кбайт.

512/125=4,096. Следовательно, в видеопамяти разместиться 4,096 страниц экрана.

Пример 2 . Сколько битов видеопамяти занимает информация об одном пикселе на черно-белом экране (без полутонов)?

Для черно-белого изображения без полутонов К = 2. Следовательно 2 N = 2. Отсюда N = 1 бит на пиксель.

Пример 3. Современный монитор позволяет получать на экране 16 777 216 различных цветов. Сколько битов памяти занимает 1 пиксель?

Поскольку К = 16 777 216 = 2 24 , то N = 24 бита на пиксель.

Пример 3 На экране с разрешающей способностью 640 х 200 высвечиваются только двухцветные изображения. Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения?

Так как битовая глубина двухцветного изображения равна 1, а видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения, то объем видеопамяти равен 640 • 200 • 1 = 128 000 битов = 16 000 байт.

1. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640 х 350 пикселей, а количество используемых цветов — 16?

2. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четЫР 61 страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а Р^ решающая способность дисплея — 800 х 600 пикселей?

3. Объем видеопамяти равен 256 Кб, количество используемых цветов — 16. Вычислите варианты разрешающей способности дисплея при условии, что число страниц в видеопамяти может быть равно 1, 2 или 4.

4. Объем видеопамяти равен 1 Мб. Разрешающая способность дисплея 800 х 600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?

5. Объем видеопамяти равен 2 Мб, битовая глубина — 24, разрешающая способность дисплея — 640 х 480. Какое максимальное количество страниц можно использовать при этих условиях?

Введение

Вы хотите перейти дорогу, но дойдя до перекрестка, вы останавливаетесь, потому что загорелся красный свет. После небольшого ожидания цвет светофора меняется на зеленый. Машины тормозят, а вы продолжайте свой путь.
Вы сильно торопитесь, когда едете на работу или учебу. Участник дорожного движения, который едет спереди двигается на низкой скорости. Вы моргаете ему фарами, он уступает вам дорогу, и вы едете дальше.

Код – набор обозначений, с помощью которого можно представить информацию.

Кодирование – процесс, при котором данные переводятся в код.

Тире (длинный сигнал);
Точка (короткий сигнал);
Пауза или отсутствие сигнала.

Это интересно Что такое интерфейс простыми словами 💻

Представление и устройство памяти персонального компьютера

Скорее всего, вы знаете, что внутренняя память компьютера состоит из двух частей – оперативной и основной:

Представление графических типов информации в ПК

Сейчас существует два способа представления графических данных в машинном коде.