Δηζαγσγή ζηελ επηζηήκε ησλ ππνινγηζηώλ. Υπνινγηζηέο θαη Γεδνκέλα Κεθάιαην 2ν Αλαπαξάζηαζε Γεδνκέλσλ

Transcript

1 Δηζαγσγή ζηελ επηζηήκε ησλ ππνινγηζηώλ Υπνινγηζηέο θαη Γεδνκέλα Κεθάιαην 2ν Αλαπαξάζηαζε Γεδνκέλσλ 1

2 Τύπνη Γεδνκέλσλ Τα δεδνκέλα ζήκεξα ζπλαληώληαη ζε δηάθνξεο κνξθέο, ζηηο νπνίεο πεξηιακβάλνληαη αξηζκνί, θείκελν, εηθόλεο, ήρνο, θαη βίληεν. 2

3 Τύπνη Γεδνκέλσλ Έλα πξόγξακκα κεραλνινγίαο ρξεζηκνπνηεί ηνλ ππνινγηζηή θπξίσο γηα επεμεξγαζία αξηζκώλ Έλα πξόγξακκα επεμεξγαζίαο θεηκέλνπ ρξεζηκνπνηεί ηνλ ππνινγηζηή θπξίσο γηα εξγαζίεο κε θείκελν Έλα πξόγξακκα επεμεξγαζίαο εηθόλσλ ρξεζηκνπνηεί ηνλ ππνινγηζηή γηα ρεηξηζκό εηθόλσλ Έλαο ππνινγηζηήο ρεηξίδεηαη επίζεο δεδνκέλα ήρνπ Oη ππνινγηζηέο ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηε δεκηνπξγία ησλ εηδηθώλ εθέ πνπ βιέπνπκε ζηηο ηαηλίεο 3

4 Τα Γεδνκέλα ζην Δζσηεξηθό ηνπ Υπνινγηζηή Όινη νη ηύπνη δεδνκέλσλ ηνπ πξαγκαηηθνύ θόζκνπ κεηαηξέπνληαη ζε κία εληαία αλαπαξάζηαζε όηαλ απνζεθεύνληαη ζηνλ ππνινγηζηή, θαη μαλαπαίξλνπλ ηελ αξρηθή ηνπο κνξθή όηαλ βγαίλνπλ από ηνλ ππνινγηζηή. Απηή ε θαζνιηθή κνξθή νλνκάδεηαη ζρήκα κπηη (bit pattern). 4

5 Μπηη Μπιη (bit, από ηε θξάζε binary digit, πνπ ζεκαίλεη δςαδικό τηθίο) είλαη ε κηθξόηεξε κνλάδα δεδνκέλσλ πνπ κπνξεί λα απνζεθεπηεί ζε έλαλ ππνινγηζηή θαη κπνξεί λα πάξεη είηε ηελ ηηκή 0 είηε ηελ ηηκή 1 Έλα κπηη αληηπξνζσπεύεη ηελ θαηάζηαζε κηαο ζπζθεπήο ε νπνία κπνξεί λα πάξεη κία από δύν δπλαηέο ηηκέο. 5

6 Μπηη Έλαο ειεθηξνληθόο δηαθόπηεο αληηπξνζσπεύεη έλα κπηη. Με άιια ιόγηα, ζε έλα δηαθόπηε κπνξεί λα απνζεθεπηεί έλα κπηη πιεξνθνξίαο Έλαο δηαθόπηεο κπνξεί λα είλαη είηε αλακκέλνο θιεηζηόο (on), είηε ζβεζηόο αλνηθηόο (off). Η ζύκβαζε είλαη λα αλαπαξηζηάηαη ε θαηάζηαζε "on" κε 1 θαη ε θαηάζηαζε "off" κε 0 6

7 Σρήκαηα Μπηη Γηα ηελ αλαπαξάζηαζε ησλ δηαθόξσλ ηύπσλ δεδνκέλσλ ρξεζηκνπνηνύκε ζρήκαηα κπηη (bit patterns), δειαδή αθνινπζίεο ή όπσο κεξηθέο θνξέο ιέγνληαη ζπκβνινζεηξέο κπηη 7

8 Μλήκε θαη ζρήκαηα Μπηη Τα δεδνκέλα θσδηθνπνηνύληαη όηαλ εηζέξρνληαη ζηνλ ππνινγηζηή θαη απνθσδηθνπνηνύληαη όηαλ παξνπζηάδνληαη ζην ρξήζηε 8

9 Μπάηη Έλα ζρήκα κπηη κε κήθνο 8 κπηη νλνκάδεηαη μπάιη (byte). Ο όξνο απηόο ρξεζηκνπνηείηαη επίζεο γηα ηε κέηξεζε ηνπ κεγέζνπο ηεο κλήκεο ή άιισλ ζπζθεπώλ απνζήθεπζεο. 9

10 Αλαπαξάζηαζε Γεδνκέλσλ Κείκελν, Αξηζκνί, Δηθόλεο, Ήρνο, Βίληεν 10

11 Κείκελν Σε νπνηαδήπνηε γιώζζα, έλα ηκήκα θεηκέλνπ (text) δελ είλαη παξά κηα αθνινπζία ζπκβόισλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα αλαπαξαζηήζνπλ κηα ηδέα ζηε ζπγθεθξηκέλε γιώζζα Κάζε ζύκβνιν κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί από έλα ζρήκα κπηη 11

12 Κείκελν Ο αξηζκόο ησλ κπηη πνπ ρξεηάδεηαη έλα ζρήκα κπηη γηα λα αλαπαξαζηήζεη έλα ζύκβνιν ζε θάπνηα γιώζζα εμαξηάηαη από ην πιήζνο ησλ ζπκβόισλ πνπ δηαζέηεη ε γιώζζα. Η ζσέζη αςηή είναι λογαπιθμική (log 2 Αξηζκόο_Σπκβόισλ = Μήθνο_Σρήκαηνο_Μπηη) 12

13 Κείκελν Έλα ζρήκα κπηη κε κήθνο 2 κπηη κπνξεί λα πάξεη ηέζζεξηο δηαθνξεηηθέο κνξθέο (log 2 4=2): 00, 01, 10, θαη 11. Κάζε κία από απηέο ηηο κνξθέο αλαπαξηζηά έλα ζύκβνιν. Με ηνλ ίδην ηξόπν, έλα ζρήκα κπηη κε κήθνο 3 κπηη κπνξεί λα πάξεη νθηώ δηαθνξεηηθέο κνξθέο: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, θαη 111 Γηα ηελ αλαπαξάζηαζε ησλ ζπκβόισλ θεηκέλνπ έρνπλ ζρεδηαζηεί δηάθνξα ζύλνια ζρεκάησλ κπηη. Κάζε ζύλνιν νλνκάδεηαη κώδικαρ, θαη ε δηαδηθαζία ηεο αλαπαξάζηαζεο ζπκβόισλ νλνκάδεηαη κυδικοποίηζη 13

14 Κείκελν Πλήθορ ζςμβόλυν Μήκορ ζσήμαηορ μπιη

15 Κείκελν ASCII To Ακεξηθαληθό Ιλζηηηνύην Δζληθώλ Πξνηύπσλ (American National Standard Institute, ANSI) αλέπηπμε έλαλ θώδηθα ηνλ νπνίν νλόκαζε Ακεξηθαληθό Πξόηππν Κώδηθα γηα ηελ Αληαιιαγή Πιεξνθνξηώλ (American Standard Code for Information Interchange, ASCII). Ο θώδηθαο απηόο ρξεζηκνπνηεί 7 κπηη γηα θάζε ζύκβνιν, δειαδή κε ηνλ θώδηθα ASCII κπνξνύλ λα νξηζηνύλ 128 (27) δηαθνξεηηθά ζύκβνια 15

16 Κείκελν Ο θώδηθαο ASCII ρξεζηκνπνηεί έλα ζρήκα 7 κπηη κε εύξνο από κέρξη Τν πξώην ζρήκα ( ) αλαπαξηζηά ηνλ θελό ραξαθηήξα (ηελ απνπζία ραξαθηήξα). Τν ηειεπηαίν ζρήκα ( ) αλαπαξηζηά ην ραξαθηήξα δηαγξαθήο. Υπάξρνπλ 31 ραξαθηήξεο ειέγρνπ (κε εθηππώζηκνη). Οη αξηζκεηηθνί ραξαθηήξεο (0 έσο 9) είλαη ηνπνζεηεκέλνη πξηλ από ηα γξάκκαηα. Υπάξρνπλ πνιινί εηδηθνί εθηππώζηκνη ραξαθηήξεο. Τα θεθαιαία γξάκκαηα (Α Z, ζηελ αγγιηθή γιώζζα) είλαη πξηλ από ηα πεδά γξάκκαηα (a z). Οη θεθαιαίνη θαη νη πεδνί ραξαθηήξεο μερσξίδνπλ κεηαμύ ηνπο από έλα κόλν κπηη. Γηα παξάδεηγκα, ην ζρήκα ηνπ A είλαη ην ελώ ην ζρήκα ηνπ a είλαη ην Η κόλε δηαθνξά βξίζθεηαη ζην έθην κπηη από ηα δεμηά. Μεηαμύ ησλ θεθαιαίσλ θαη ησλ πεδώλ γξακκάησλ ππάξρνπλ έμη εηδηθνί ραξαθηήξεο. 16

17 Κείκελν EBCDIC Σηηο αξρέο ηεο επνρήο ησλ ππνινγηζηώλ, ε IBM αλέπηπμε έλαλ θώδηθα ηνλ νπνίν νλόκαζε Δπεθηεηακέλν Κώδηθα Αληαιιαγήο Γπαδηθά Κσδηθνπνηεκέλσλ Γεθαδηθώλ (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code, EBCDIC). Ο θώδηθαο απηόο ρξεζηκνπνηνύζε ζρήκαηα 8 κπηη, δειαδή κπνξνύζε λα αλαπαξαζηήζεη κέρξη 256 ζύκβνια. Φξεζηκνπνηείηαη απνθιεηζηηθά ζε κεγάια ζπζηήκαηα (mainframes) ηεο IBM. 17

18 Κείκελν Unicode Έλαο ζπλαζπηζκόο από θαηαζθεπαζηέο πιηθνύ θαη ινγηζκηθνύ ζρεδίαζε έλαλ θώδηθα κε όλνκα Unicode, ν νπνίνο ρξεζηκνπνηεί ζρήκαηα 16 κπηη θαη κπνξεί λα αλαπαξαζηήζεη κέρξη (2 16 ) ζύκβνια. Ο θώδηθαο απηόο είλαη ρσξηζκέλνο ζε δηάθνξεο ελόηεηεο, θάζε κία από ηηο νπνίεο αληηζηνηρεί ζηα ζύκβνια κηαο δηαθνξεηηθήο γιώζζαο. Έηζη αλαπαξηζηά ζύκβνια πνπ αλήθνπλ ζε άιιεο γιώζζεο εθηόο ησλ Αγγιηθώλ 18

19 Κείκελν ISO Ο Διεθνήρ Οπγανιζμόρ Πποηςποποίηζηρ (International Organization for Standardization), γλσζηόο σο ISO, έρεη ζρεδηάζεη έλαλ θώδηθα πνπ ρξεζηκνπνηεί ζρήκαηα 32 κπηη. Ο θώδηθαο απηόο κπνξεί λα αλαπαξαζηήζεη κέρξη (2 32 ) ζύκβνια, αξηζκόο πνπ είλαη ζαθώο επαξθήο γηα ηελ αλαπαξάζηαζε νπνηνπδήπνηε γλσζηνύ ζπκβόινπ ζηνλ θόζκν ζήκεξα. 19

20 Αξηζκνί Σε έλαλ ππνινγηζηή νη αξηζκνί αλαπαξίζηαληαη κε ηε ρξήζε ηνπ δςαδικού ζςζηήμαηορ (binary system). Σην ζύζηεκα απηό θάζε αξηζκόο αλαπαξίζηαηαη κε έλα ζρήκα κπηη (κηα ζεηξά από κεδεληθά θαη άζζνπο), ρσξίο όκσο λα ρξεζηκνπνηείηαη θάπνηνο θώδηθαο όπσο ν ASCII 20

21 Δηθόλεο 21

22 Δηθόλεο Οη ςεθηνγξαθηθέο εηθόλεο δηαηξνύληαη ζε κηα δηάηαμε πίξελ (pixel, από ηε θξάζε picture element, δειαδή πνπ ζεκαίλεη ζηοισείο εικόναρ ή εικονοζηοισείο), δειαδή ζε κηθξέο θνπθθίδεο. Τν κέγεζνο ελόο πίμει εμαξηάηαη από ηνλ παξάγνληα πνπ νλνκάδνπκε αλάιπζε (resolution). 22

23 Δηθόλεο Χεθηνγξαθηθή κέζνδνο αλαπαξάζηαζεο εηθόλσλ ζε κηα αζπξόκαπξε εηθόλα 23

24 Δηθόλεο Αλαπαξάζηαζε έγρξσκσλ εηθόλσλ Κάζε πίμει δηαζέηεη ηξία ζρήκαηα κπηη: έλα γηα ηελ αλαπαξάζηαζε ηεο έληαζεο ηνπ θόθθηλνπ ρξώκαηνο, έλα ηνπ πξάζηλνπ θαη έλα ηνπ κπιε 24

25 Δηθόλεο Καηά ηε κέζνδν ησλ δηαλπζκαηηθώλ γξαθηθώλ δελ απνζεθεύνληαη ηα ζρήκαηα κπηη αιιά ε εηθόλα αλαιύεηαη ζε έλα ζπλδπαζκό από θακπύιεο θαη επζύγξακκα ηκήκαηα πνπ αλαπαξίζηαληαη από έλα καζεκαηηθό ηύπν. Έηζη κπνξεί λα αιιάδεη ην κέγεζνο ηεο εηθόλαο ρσξίο θακία ρξσκαηηθή απώιεηα αθνύ ε εηθόλα θάζε θνξά επαλαζρεδηάδεηαη. 25

26 Ήρνο (Audio) Ο ήρνο είλαη εθ θύζεσο αναλογική πιεξνθνξία. Δίλαη ζπλερήο (αλαινγηθόο), όρη δηαθξηηόο (ςεθηαθόο) Η βαζηθή ηδέα είλαη ε κεηαηξνπή ηνπ ήρνπ ζε τηθιακά δεδνκέλα ηα νπνία απνζεθεύνληαη κε ηε κνξθή ζρεκάησλ κπηη 26

27 Ήρνο (Audio) 27

28 Βίληεν Ο όξνο βίνηεο αλαθέξεηαη ζηελ αλαπαξάζηαζε εηθόλσλ (νλνκάδνληαη θαξέ) κε ην πέξαζκα ηνπ ρξόλνπ Μηα ηαηλία είλαη κηα αθνινπζία θαξέ ηα νπνία πξνβάιινληαη ην έλα κεηά ην άιιν ώζηε λα δεκηνπξγήζνπλ ηελ εληύπσζε ηεο θίλεζεο. Έηζη, αλ γλσξίδνπκε πώο λα απνζεθεύζνπκε κηα εηθόλα ζηνλ ππνινγηζηή, γλσξίδνπκε επίζεο θαη πώο λα απνζεθεύζνπκε βίληεν 28

29 Γεθαεμαδηθόο Σπκβνιηζκόο Ο δεθαεμαδηθόο ζπκβνιηζκόο βαζίδεηαη ζηνλ αξηζκό 16. Απηό ζεκαίλεη όηη ππάξρνπλ 16 ζύκβνια (δεθαεμαδηθά ςεθία): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, θαη F Έλα ζρήκα ηεζζάξσλ κπηη κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί από έλα δεθαεμαδηθό ςεθίν, θαη ην αληίζηξνθν 29

30 Γεθαεμαδηθόο Σπκβνιηζκόο Σρήκα Μπηη Γεθαεμαδηθό ςεθίν Σρήκα Μπηη Γεθαεμαδηθό ςεθίν A B C D E F 30

31 Γεθαεμαδηθόο Σπκβνιηζκόο Ο δεθαεμαδηθόο ζπκβνιηζκόο ρξεζηκνπνηεί δύν κνξθέο. Σηελ πξώηε κνξθή πξνζηίζεηαη πξηλ από ηα ςεθία έλα πεδό (ή θεθαιαίν) x, σο έλδεημε όηη ε αλαπαξάζηαζε είλαη ζε δεθαεμαδηθή κνξθή (xa34) Σηελ άιιε κνξθή, ε βάζε ηνπ αξηζκνύ (16) ππνδεηθλύεηαη ππνδειώλεηαη κε ηε κνξθή δείθηε κεηά ηνλ αξηζκό( A34 16 ) 31

32 Γεθαεμαδηθόο Σπκβνιηζκόο Βξείηε ην δεθαεμαδηθό ηζνδύλακν ηνπ ζρήκαηνο κπηη Λύζε Κάζε νκάδα ησλ ηεζζάξσλ κπηη κεηαθξάδεηαη ζε έλα δεθαεμαδηθό ςεθίν 1100 C 1110 E Άξα ην δεθαεμαδηθό ηζνδύλακν είλαη xce2 32

33 Γεθαεμαδηθόο Σπκβνιηζκόο Βξείηε ην δεθαεμαδηθό ηζνδύλακν ηνπ ζρήκαηνο κπηη Λύζε Κάζε νκάδα ησλ ηεζζάξσλ κπηη κεηαθξάδεηαη ζε έλα δεθαεμαδηθό ςεθίν E Άξα ην δεθαεμαδηθό ηζνδύλακν είλαη x0e2 33

34 Γεθαεμαδηθόο Σπκβνιηζκόο Πνην είλαη ην ζρήκα κπηη ηνπ x24c; Λύζε Γξάθνπκε ζηε ζέζε ηνπ θάζε δεθαεμαδηθνύ ςεθίνπ ην ηζνδύλακν ζρήκα κπηη C 1100 Άξα ην ηζνδύλακν ζρήκα κπηη είλαη

35 Οθηαδηθόο Σπκβνιηζκόο Ο οκηαδικόρ ζςμβολιζμόρ βαζίδεηαη ζηνλ αξηζκό 8. Απηό ζεκαίλεη όηη ππάξρνπλ νθηώ ζύκβνια (νθηαδηθά ςεθία): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, θαη 7 Κάζε νθηαδηθό ςεθίν κπνξεί λα αλαπαξαζηήζεη 3 κπηη, θαη 3 κπηη κπνξνύλ λα αλαπαξαζηαζνύλ από έλα νθηαδηθό ςεθίν 35

36 Οθηαδηθόο Σπκβνιηζκόο Σσήμα Μπιη Οκηαδικό τηθίο Σσήμα Μπιη Οκηαδικό τηθίο

37 Οθηαδηθόο Σπκβνιηζκόο Ο νθηαδηθόο ζπκβνιηζκόο ρξεζηκνπνηεί δύν κνξθέο. Σηελ πξώηε κνξθή πξνζηίζεηαη πξηλ από ηα ςεθία ην 0 (κεδέλ) ή ην πεδό o, σο έλδεημε όηη ε αλαπαξάζηαζε είλαη νθηαδηθή (ν634). Με ηελ άιιε κνξθή ππνδεηθλύεηαη ππνδειώλεηαη ε βάζε ηνπ αξηζκνύ (8) κε ηε κνξθή δείθηε (634 8) 37

38 Οθηαδηθόο Σπκβνιηζκόο Βξείηε ην νθηαδηθό ηζνδύλακν ηνπ ζρήκαηνο Λύζε Κάζε νκάδα ησλ ηξηώλ κπηη κεηαθξάδεηαη ζε έλα νθηαδηθό ςεθίν Άξα ην νρηαδηθό ηζνδύλακν είλαη ν562 ή 0562 ή

39 Οθηαδηθόο Σπκβνιηζκόο Βξείηε ην νθηαδηθό ηζνδύλακν ηνπ ζρήκαηνο Λύζε Κάζε νκάδα ησλ ηξηώλ κπηη κεηαθξάδεηαη ζε έλα νθηαδηθό ςεθίν Πξέπεη όκσο λα πξνζζέζνπκε δύν επηπιένλ κεδεληθά ζηα αξηζηεξά ώζηε ν ζπλνιηθόο αξηζκόο ησλ κπηη λα δηαηξείηαη αθξηβώο κε ην 3. Έηζη παίξλνπκε ην ζρήκα Άξα ην νρηαδηθό ηζνδύλακν είλαη ν142 ή 0142 ή

40 Οθηαδηθόο Σπκβνιηζκόο Πνην είλαη ην ζρήκα κπηη ηνπ 24 8 ; Λύζε Γξάθνπκε ζηε ζέζε ηνπ θάζε νθηαδηθνύ ςεθίνπ ην ηζνδύλακν ζρήκα κπηη Άξα ην ηζνδύλακν ζρήκα κπηη είλαη