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Capítulo 2 Almacenamiento y procesamiento de información empresarial

El núcleo de la era de la información es, sin duda, la tecnología de la información, y el núcleo de la tecnología de la información radica en el procesamiento y almacenamiento de la información.

2.1 Representación de datos

2.1.1 Representación de información, números y caracteres

1. Representación de información

Las unidades lógicas para almacenar Los datos son Los dos estados, alto potencial y bajo potencial, corresponden a "1" y "0" respectivamente. En las computadoras, si un estado potencial representa una unidad de información, entonces un número binario puede representar dos unidades de información. Si se utiliza un número binario de 2 dígitos, se pueden representar 4 unidades de información; si se utiliza un número binario de 3 dígitos, se pueden representar 8 unidades de información. Existe una relación de poder entre el número de dígitos de un número binario y las unidades de información que se pueden representar. Es decir, cuando se utilizan números binarios de n bits, el número de unidades de información diferentes que se pueden representar es dos.

Por otro lado, si se quieren representar 18 unidades de información, ¿cuántos números binarios se deben utilizar? Si se utiliza un número binario de 4 dígitos, el número de unidades de información que se pueden representar es 16; si se utiliza un número binario de 5 dígitos, el número de unidades de información que se pueden representar es 32 unidades. Por lo tanto, para representar 18 unidades de información de datos, se requieren al menos 5 dígitos binarios.

Cuando las computadoras almacenan datos, a menudo consideran un número binario de 8 bits como una unidad de almacenamiento o un byte. 2 se utiliza para calcular la capacidad de almacenamiento, (es decir, 1024) las unidades de almacenamiento se denominan 1 K bytes; las unidades de almacenamiento K (es decir, 1024 K) se denominan unidades de memoria de 1 M (es decir, 1024 M) bytes;

2. Representación numérica

Los números decimales se almacenan en formato binario, es decir, se almacenan datos numéricos. Para representar datos numéricos es necesario resolver tres problemas.

Primero, determina la longitud del número. En matemáticas, la longitud de un número generalmente se refiere a la cantidad de dígitos expresados ​​en notación decimal, por ejemplo, 258 es un número de 3 dígitos, 124578 es un número de 6 dígitos, etc. En las computadoras, la longitud de un número se calcula mediante la cantidad de dígitos binarios. Sin embargo, dado que la capacidad de almacenamiento de una computadora suele medirse en bytes, la longitud de los datos suele calcularse en bytes. Cabe señalar que en matemáticas la longitud de los números varía. Escribe tantos números como sea posible. En las computadoras, si la longitud de los datos varía con la cantidad, no es conveniente almacenarlos ni procesarlos. Por lo tanto, en la misma computadora, la longitud de los datos suele ser uniforme y la parte insuficiente se completa con "0".

En segundo lugar, existen números positivos y números negativos. En las computadoras, el símbolo de un número siempre está representado por el número binario más significativo. Se acepta que "0" representa un número positivo y "1" representa un número negativo, lo que se denomina símbolo numérico, el resto sigue representando números; valores. En términos generales, el número cuyo signo está digitalizado dentro de la máquina se denomina número de máquina y el número representado por el signo fuera de la máquina se denomina número real. Si un número tiene 8 dígitos, el número real es (-0101100)B y el número de máquina es 10105438+065438, que se almacena en la máquina, como se muestra en la Figura 2.6438+0.000.10000808086

Figura 2.1.1 se almacena en la máquina El número en

El rango representado por el número de máquina está limitado por la longitud de la palabra y el tipo de datos. Se determinan la longitud de la palabra y el tipo de datos, y también se determina el rango que puede representar el número de máquinas. Por ejemplo, si se utiliza una longitud de palabra de 8 bits para representar un número entero, el valor máximo es 011111 y el bit más alto es el bit de signo, por lo que el valor máximo de este número es 127. Si el valor excede 127, se "desbordará".

Luego está la representación del punto decimal. Al representar datos numéricos en computadoras, la posición del punto decimal siempre está implícita para ahorrar espacio de almacenamiento. La posición del punto decimal implícita puede ser fija o variable. El primero se llama número de punto fijo y el segundo se llama número de punto flotante.

1) Representación de punto fijo:

Entero de punto fijo, es decir, la posición del punto decimal se acuerda después del dígito más bajo, que se utiliza para representar un número entero.

Los números enteros se dividen en tipos con y sin signo. Para enteros con signo, el bit de signo se coloca en el bit más significativo. Los números enteros representan números con precisión, pero el rango de números es limitado. Según la longitud de la palabra almacenada, se puede representar con 8, 16, 32 bits, etc. Sus respectivos rangos de representación se muestran en la Tabla 2.1.1.

Tabla 2.1.1 Diferentes números y el rango de representación de números

Utilice números binarios para representar el rango de enteros sin signo;

Ocho

16

32

Si la longitud de un entero con signo se extiende a 4 bytes, el rango representado por el número entero Se puede ampliar de 32767 a 2147483647≈0,21 × 1010, que es más de 2,1 mil millones. Pero cada número también ocupa el doble de espacio de almacenamiento.

Decimal de coma fija, es decir, la posición del punto decimal se acuerda antes del dígito más alto, y se utiliza para representar decimales puros menores que 1.

Si la parte decimal es -0.6876, entonces es -0.1011000000011... El número binario de -0.6876 es un decimal infinito, por lo que solo se pueden interceptar los primeros 15 dígitos al almacenar, y los 16 dígitos se omiten.

Si se utiliza una longitud de 2 bytes para representar un decimal de coma fija, el peso del bit más bajo es 2-15 (entre 10-4 y 10-5), es decir, es exacto hasta el cuarto decimal como máximo hasta el dígito 5 (en notación decimal). Tal alcance y precisión son difíciles de alcanzar incluso en aplicaciones generales. Para representar números mayores o menores, se utilizan flotadores.

2) Método de representación de números en coma flotante:

En los cálculos científicos, para representar números muy grandes o muy pequeños, se utilizan "números en coma flotante" o "notación científica". Representa números reales. El "número de punto flotante" consta de dos partes: mantisa y código de secuencia. Por ejemplo, 0,23456 es la mantisa y 5 es el código de clasificación.

En la representación de punto flotante, la posición del punto decimal es flotante y el código de secuencia puede tomar diferentes valores. Para facilitar que la computadora represente el punto decimal, se estipula que los números de punto flotante deben escribirse en forma estandarizada, es decir, el valor absoluto de la mantisa es mayor o igual a 0,1 y menor que 1, por lo que de forma única especificando la posición del punto decimal. La longitud de la mantisa afecta la precisión del número y su signo determina el signo del número. El código de rango de los números de coma flotante es equivalente al exponente en matemáticas, y su tamaño determinará el rango de representación del número.

De manera similar, cualquier número de coma flotante normalizado binario se expresa como:

Donde está la mantisa, el "" anterior representa el símbolo numérico es el código de rango militar, el "" anterior; Representa el símbolo del rango militar. Su forma de almacenamiento en la computadora se muestra en la Figura 2.1.2.

Mantisa de codificación de orden

Figura 2.1.2 Formato de almacenamiento de números de punto flotante

Por ejemplo, supongamos que la mantisa es de 8 bits y el código de rango es 6 bits; la suma de números binarios. La forma de almacenamiento de números de punto flotante se muestra en la Figura 2.1.3.

Figura 2.1.3 Almacenamiento

3) Representación del código original, complemento y complemento

Método de codificación "Código original"

El Las representaciones de punto fijo y punto flotante presentadas anteriormente utilizan el primer bit de los datos para representar el símbolo del número, y el valor absoluto del número (incluidas la mantisa y el código de secuencia) está representado por los siguientes bits. Este método es simple y fácil de entender, pero los operadores deben poder sumar y restar, y tienen operandos tanto positivos como negativos, por lo que las operaciones del código original suelen ir acompañadas de muchos juicios. Por ejemplo, si se suman dos números, si tienen signos diferentes, en realidad se deben restar, si se restan dos números, si tienen signos diferentes, en realidad se deben sumar, y así sucesivamente. Como resultado, aumenta la complejidad de la unidad aritmética y aumenta el tiempo de operación.

Métodos de codificación "complementarios" y "complementarios"

¿Cómo lidiar con números negativos? Por lo tanto, se proponen métodos de codificación como "código complementario" y "código complementario". La principal ventaja de la aritmética en complemento a dos es que convierte la resta en suma mediante el manejo adecuado de los números negativos. Independientemente de las sumas y diferencias, independientemente de si los operandos son positivos o negativos, todas las operaciones son solo sumas, lo que simplifica enormemente las operaciones de suma y resta. La aritmética en complemento a dos generalmente se implementa utilizando la aritmética en complemento a dos. Por lo tanto, una discusión completa de las operaciones aritméticas no solo debe incluir valores numéricos, sino también sistemas de código (original, inverso, complemento, etc.).

Representación de caracteres:

Representación de caracteres. La codificación se refiere al método de representar datos no numéricos (como caracteres, signos de puntuación, etc.). ) más una serie de números binarios, denominada codificación. Representando las 26 letras inglesas, 5 dígitos binarios son suficientes para representar 26 caracteres. Sin embargo, cada letra en inglés distingue entre mayúsculas y minúsculas y hay una gran cantidad de signos de puntuación y otros símbolos especiales (como $, #, @, &, +, etc. Cuando todos los símbolos se cuentan juntos, el total está ahí). Son 95 personajes diferentes para representar. Los tres métodos de codificación más utilizados son ASCII, ANSI y EBCDIC, y se está desarrollando un cuarto método de codificación, Unicode.

1) ASCII (Código Estándar Americano para el Intercambio de Información) es el más utilizado. Los archivos codificados con códigos ASCII se denominan archivos ASCII.

La codificación ASCII estándar utiliza 7 números binarios para representar 128 símbolos, incluidas letras mayúsculas y minúsculas en inglés, signos de puntuación, números y símbolos de control especiales.

2) La codificación ANSI (Instituto Nacional Americano) utiliza números binarios de 8 bits para representar cada carácter. Ocho números binarios pueden representar 256 unidades de información, por lo que este código puede codificar 256 caracteres, símbolos, etc. La codificación de 128 caracteres a partir de ANSI es la misma que la definida por ASCII, excepto que se agrega un 0 al bit más alto. Por ejemplo, en la codificación ASCII, el carácter "a" se representa como 100001, mientras que en la codificación ANSI se representa como 0100001. Además de los 128 caracteres representados en ASCII, hay 128 símbolos en ANSI, como símbolos de copyright, símbolos de libra, caracteres extranjeros, etc.

3) EBCDIC (Código de intercambio decimal codificado en binario extendido) es un código de caracteres de 8 bits desarrollado por IBM para su mainframe. Vale la pena señalar que en los primeros 128 caracteres de la codificación EBCDIC, la codificación EBCDIC es diferente de la codificación ASCII o ANSI.

En términos generales, el código ASCII estándar define 128 caracteres, lo que es suficiente para representar números, caracteres, signos de puntuación y caracteres especiales. Los códigos ANSI representan los 128 caracteres representados por todos los códigos ASCII y también representan caracteres en idiomas europeos. La codificación EBCDIC significa códigos de control y caracteres estándar. Sin embargo, ninguno de los esquemas de codificación admite conjuntos de caracteres alternativos, ni admite idiomas que no estén compuestos por letras, como el chino y el japonés.

4) La codificación Unicode es un conjunto de codificaciones de 16 bits que pueden representar más de 65.000 unidades de información diferentes. En principio, Unicode puede representar caracteres en cualquier idioma actualmente en uso o en desuso. Este método de codificación es muy útil para los negocios y las comunicaciones internacionales, porque es posible que un archivo deba contener diferentes idiomas, como chino, japonés e inglés. Además, la codificación Unicode también es adecuada para la localización de software, es decir, el software se puede modificar para países específicos. Además, al utilizar la codificación Unicode, los desarrolladores de software pueden modificar indicaciones en pantalla, menús, mensajes de error, etc. para adaptarse a los idiomas y escrituras de diferentes países.

2.1.2 Representación de datos de imagen y datos de video

Dos métodos de codificación de gráficos completamente diferentes, a saber, codificación de mapa de bits y codificación vectorial. La diferencia entre los dos métodos de codificación afecta la calidad de la imagen, el espacio para almacenar la imagen, el tiempo de transmisión de la imagen y la dificultad de modificar la imagen. El vídeo es un tipo de datos de imagen, que se forma mediante la reproducción continua de múltiples datos de imágenes relacionados. La señal de vídeo de la que generalmente se habla es una señal de televisión, que es analógica, mientras que la señal de vídeo de una computadora es una cantidad digital.

1. Imagen de mapa de bits:

Una imagen de mapa de bits almacena una imagen con ubicaciones de píxeles en la pantalla. La imagen de mapa de bits más simple es una imagen monocromática. Las imágenes monocromáticas tienen sólo dos colores: blanco y negro. Si la unidad de imagen correspondiente en un píxel es negra, se representará por 0 en la computadora. Si es blanco, está representado por 1 en la computadora.

Para imágenes monocromáticas, el número de celdas de imagen utilizadas para representar una imagen en pantalla completa es exactamente igual al número de píxeles de la pantalla. Si la resolución horizontal es 640 y la resolución vertical es 480, multiplique la resolución horizontal y la resolución vertical de la pantalla: 640×480=307200, entonces el número de píxeles de la pantalla es 307200. Debido a que una imagen monocromática representa un píxel como un número binario, se puede calcular la cantidad de bytes necesarios para almacenar una imagen de mapa de bits en pantalla completa: 307200 ÷ 8 = 384000. Pero las imágenes monocromáticas parecen poco realistas y rara vez se utilizan.

Las imágenes en escala de grises parecen más realistas que las imágenes monocromáticas. Las imágenes en escala de grises muestran imágenes en escala de grises. Mientras más escala de grises uses, más realista se verá tu imagen. Normalmente, las computadoras utilizan 256 niveles de gris para mostrar imágenes. En una imagen en escala de grises de 256 niveles, cada píxel puede ser blanco, negro o cualquiera de los 256 niveles de escala de grises, es decir, cada píxel tiene 256 posibilidades de representación de información. Por lo tanto, en una imagen en escala de grises, almacenar una imagen de píxeles requiere 256 unidades de información, es decir, se requiere un byte de espacio de almacenamiento. Por lo tanto, una imagen en escala de grises a pantalla completa con una resolución de 640×480 requiere 307200 bytes de espacio de almacenamiento.

Las computadoras pueden usar 16, 256 o 16,7 millones de colores para mostrar imágenes en color, y los usuarios obtendrán imágenes más realistas.

En una imagen con 16 colores, cada píxel puede tener 16 colores. Entonces, para representar 16 unidades diferentes de información, cada píxel requiere un número binario de 4 bits para almacenar la información. Por lo tanto, una imagen de mapa de bits de pantalla completa de 16 colores requiere 153.600 bytes de capacidad de almacenamiento.

Imagen de mapa de bits de 256 colores, cada píxel puede tener 256 colores. Para representar 256 unidades diferentes de información, cada píxel requiere 8 bits binarios para almacenar la información, que es un byte. Por lo tanto, una imagen de mapa de bits de 256 colores en pantalla completa requiere 307.200 bytes de capacidad de almacenamiento, que es el doble que 65.438+06 colores y lo mismo que una imagen en escala de grises de 256 niveles.

Una imagen de mapa de bits con 65.438+0.670.000 colores se denomina imagen de 24 bits o imagen en color verdadero. Cada píxel puede tener 65438+6700 colores. Para representar estos 65438+67 millones de unidades de información diferentes, cada píxel requiere un número binario de 24 bits para almacenar la información, es decir, 3 bytes. Obviamente, las imágenes en color verdadero en pantalla completa requieren una mayor capacidad de almacenamiento.

Los archivos que contienen imágenes son muy grandes, requieren mucha memoria para almacenarse y tardan mucho en transferirse y descargarse. Por ejemplo, se tarda al menos 1 minuto en descargar de Internet una imagen de 256 colores con una resolución de 640×480. Una imagen de 16 colores requiere la mitad de tiempo, pero una imagen en color verdadero requiere mucho más tiempo.

Existen dos tecnologías que se pueden utilizar para reducir el espacio de almacenamiento y el tiempo de transmisión de imágenes: la tecnología de compresión de datos y la tecnología de tramado de imágenes. La tecnología de compresión de datos se introduce más adelante. La tecnología de tramado de imágenes reduce principalmente la capacidad de almacenamiento de archivos al reducir la cantidad de colores de la imagen. La tecnología de tramado se logra produciendo colores y sombras adicionales a través de un patrón de dos o más colores basado en la resolución de colores y sombras del ojo humano. Por ejemplo, un área ámbar en una imagen de 256 colores se puede convertir en un patrón de puntos amarillos y rojos en una imagen de 16 colores utilizando técnicas de tramado. En las páginas web de Internet, el tramado es una técnica común que se utiliza para reducir la capacidad de almacenamiento de imágenes.

Las imágenes de mapa de bits se utilizan a menudo para representar imágenes reales y son adecuadas para imágenes ricas en detalles, niveles y colores y que contienen una gran cantidad de detalles. Los ejemplos incluyen imágenes escaneadas, imágenes capturadas con videocámaras y cámaras digitales, e imágenes de fotogramas digitalizadas obtenidas mediante dispositivos de captura de fotogramas. Las extensiones de archivos de imágenes de mapa de bits más utilizadas son:. bmp,. pcx,. tif,. jpg y . gif.

Una imagen de mapa de bits compuesta por una matriz de píxeles puede modificar y editar píxeles individuales, es decir, los archivos de mapa de bits se pueden modificar utilizando software de mapas de bits (también conocido como software de edición de fotografías y software de pintura). Software que se puede utilizar para modificar y editar imágenes de mapa de bits, como Microsoft Paint, PC Paintbrush, Adobe Photoshop, Micrografx Picture Publisher, etc. , puede ampliar un área local de la imagen y modificarla.

2. Imágenes vectoriales

Las imágenes vectoriales se componen de un conjunto de instrucciones almacenadas en el ordenador. Estas instrucciones describen el tamaño y la forma de puntos, líneas y superficies, así como. sus posiciones y dimensiones, no la imagen real. Muestra imágenes leyendo estas instrucciones y convirtiéndolas en formas y colores que aparecen en la pantalla. Las imágenes vectoriales no parecen tan realistas como las imágenes de mapa de bits. El software utilizado para generar imágenes vectoriales a menudo se denomina software de dibujo, como Micrographx Designer y CorelDRAW.

Pros y contras de las imágenes vectoriales

Ventajas:

El espacio de almacenamiento es menor que el de las imágenes de mapa de bits. El espacio de almacenamiento de imágenes vectoriales depende de la complejidad de la imagen. Cada instrucción requiere espacio de almacenamiento, por lo que cuantas más líneas, gráficos y patrones de relleno haya en la imagen, mayor será el espacio de almacenamiento requerido. Pero, en términos generales, las imágenes vectoriales son mucho más pequeñas que los archivos de imágenes de mapa de bits porque almacenan instrucciones.

Las imágenes vectoriales pueden controlar y procesar individualmente cada parte del gráfico, es decir, una parte de la imagen se puede estirar, encoger, deformar, mover y eliminar como un solo objeto sin distorsión de toda la imagen. . Diferentes objetos también pueden superponerse en la pantalla y conservar sus características individuales, y aún pueden separarse cuando sea necesario. Por lo tanto, las imágenes vectoriales se utilizan principalmente para imágenes lineales, dibujos de ingeniería y personajes artísticos. Las extensiones de archivos de imágenes vectoriales más utilizadas son:. wmf,. dxf,. mgx y. mcg, etc.

Desventajas:

Es más complicado de procesar. Los programadores y las computadoras necesitan mucho tiempo para usar el formato de gráficos vectoriales para representar un gráfico complejo, así que primero cree un gráfico complejo. utilizando gráficos vectoriales y luego convertirlo en una imagen de mapa de bits para su procesamiento, lo que suele llevar mucho tiempo.

Comparación de imágenes de mapa de bits e imágenes vectoriales:

Mostrar imágenes de mapa de bits es más rápido que mostrar imágenes vectoriales, pero las imágenes de mapa de bits requieren mucho espacio de almacenamiento porque deben apuntar a la información de la pantalla. en cada píxel. En resumen, la tecnología clave para las imágenes vectoriales es la producción y reproducción de gráficos, mientras que las tecnologías clave para las imágenes de mapas de bits son el escaneo, la edición, la compresión sin pérdidas, la descompresión rápida y la reproducción de la coherencia del color.

3. Vídeo digital:

La información del vídeo en realidad se compone de muchas imágenes individuales. Las películas y la televisión producen el efecto de movimiento continuo al reproducir cada cuadro rápidamente, junto con el efecto de retención visual del ojo humano. La digitalización de señales de video se refiere al proceso de recopilar y procesar señales de video de un solo cuadro a una cierta velocidad dentro de un cierto período de tiempo para generar información digital.

Comparado con el vídeo analógico, el vídeo digital tiene las siguientes ventajas:

1) El vídeo digital se puede copiar infinitamente sin distorsión, mientras que la información del vídeo analógico tendrá un error cada vez que se transcriba. . acumulación, provocando distorsión de la información.

2) Hay muchos métodos nuevos disponibles para la edición creativa de vídeo digital, como subtítulos y efectos especiales de televisión.

3) El video digital se puede utilizar para crear programas interactivos para capacitación y educación con menos tiempo y costo. Realmente puede integrar video en sistemas informáticos y usar computadoras para reproducir programas de películas.

Las desventajas del vídeo digital son:

Debido a que el vídeo digital se compone de una serie de fotogramas, cada fotograma es una imagen fija y la imagen también está representada por un archivo de mapa de bits. Normalmente, el vídeo debe visualizarse a 30 fotogramas por segundo, por lo que el vídeo digital requiere una enorme capacidad de almacenamiento.

Por ejemplo, una imagen a pantalla completa de 256 colores con una resolución de 640×480 requiere 307.200 bytes de capacidad de almacenamiento. Entonces el espacio de almacenamiento requerido para un segundo de vídeo digital es 30 veces este número, es decir, 9.216.000 bytes, que son aproximadamente 9 megabytes. Una película de dos horas requiere 6635520 millones de bytes, que son más de 66 GB. Esto sólo se puede jugar con una supercomputadora. Por lo tanto, se debe utilizar codificación de compresión en el proceso de almacenamiento y transmisión de vídeo digital.

2.1.3 Representación de datos de sonido

Los ordenadores pueden grabar, almacenar y reproducir sonidos. En las computadoras, los sonidos se pueden dividir en archivos de audio digitales y archivos MIDI.

1. Audio digital

Las ondas sonoras complejas están compuestas por muchas ondas sinusoidales de diferentes amplitudes y frecuencias. Estas cantidades analógicas continuas no pueden ser procesadas directamente por computadoras y deben procesarse digitalmente antes de que puedan ser almacenadas y procesadas por computadoras.

El proceso de obtención de información sonora por ordenador es el proceso de procesamiento digital de señales sonoras. La información de sonido digital procesada digitalmente puede ser almacenada y procesada por computadoras al igual que la información de texto e imagen. El proceso general de convertir una señal de sonido analógica en una señal de audio digital;

Para grabar sonido digitalmente, primero debe muestrear las ondas sonoras. Las formas de onda antes y después del muestreo de ondas sonoras se muestran en la Figura 2.1.4 (el eje horizontal representa el tiempo y el eje vertical representa la amplitud):

Figura 2.1.4 Formas de onda antes y después del muestreo de ondas sonoras

La frecuencia de muestreo se refiere al número de veces que se mide un sonido por segundo durante el proceso de muestreo de sonido. La frecuencia de muestreo está en Hz. Si se aumenta la frecuencia de muestreo se obtendrán más valores de amplitud por unidad de tiempo, es decir, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más precisa será la simulación de la curva acústica original. Luego, se convierten suficientes valores de amplitud en valores de voltaje a la misma frecuencia de muestreo para activar el altavoz, y se puede escuchar el mismo sonido que la forma de onda original. Esta técnica se llama modulación de código de pulso (PCM).

Archivos de sonido

La extensión de los archivos de sonido almacenados en tu ordenador es:. wav. mod. au y. Voc. Para grabar y reproducir archivos de sonido, necesita utilizar un software de sonido, normalmente una tarjeta de sonido.

Archivo 2.midi

Interfaz digital de instrumentos musicales - MIDI (Interfaz digital de instrumentos musicales) es la interfaz de conexión y el método de intercambio de información entre instrumentos musicales electrónicos y computadoras. La extensión de archivo del formato midI es. Los archivos en formatos MID y MIDI a menudo se denominan simplemente "archivos MIDI".

MIDI es el estándar internacional para la música digital.

La aparición de instrumentos musicales electrónicos digitales ha creado condiciones extremadamente favorables para que las computadoras procesen música. El sonido MIDI es completamente diferente del sonido de forma de onda digital, que no muestrea, cuantiza ni codifica ondas sonoras. En realidad, es una serie de comandos secuenciales que se utilizan para registrar información de interpretación del teclado de instrumentos electrónicos, incluidas las pulsaciones de teclas, la velocidad, la duración, etc. Estos mensajes se denominan mensajes MIDI y son descripciones digitales de partituras musicales. Cuando necesite tocar, solo necesita leer el mensaje MIDI del archivo MIDI correspondiente, generar la forma de onda de sonido del instrumento requerida y luego amplificarla y emitirla desde el altavoz.

Los archivos MIDI tienen una capacidad de almacenamiento mucho menor que los archivos de audio digitales. Por ejemplo, 3 minutos de música MIDI solo requieren 10 KB de espacio de almacenamiento, mientras que 3 minutos de música con señal de audio digital requieren 15 MB de capacidad de almacenamiento.

2.2 Compresión de datos

Vuelva a codificar los datos para reducir el espacio de almacenamiento requerido. La compresión de datos debe ser reversible, es decir, los datos comprimidos deben restaurarse a su estado original y el proceso inverso se denomina descompresión.

Una vez comprimidos los datos, el tamaño del archivo se reduce y la relación de compresión se puede utilizar para medir la cantidad de compresión. Por ejemplo, una relación de compresión de 20:1 significa que el tamaño del archivo comprimido es 1/20 del archivo original. Los métodos de codificación de compresión incluyen métodos de compresión sin pérdidas (métodos de compresión redundantes) y métodos de compresión con pérdidas. Este último permite cierto grado de distorsión y puede utilizarse para comprimir datos como imágenes, sonido y vídeo digital. Al utilizar este método para comprimir datos, la relación de compresión de imágenes de vídeo digitales puede alcanzar 100:1~200:1.

La compresión de datos se puede implementar mediante hardware informático dedicado, completamente mediante software o mediante una combinación de software y hardware. El software de compresión más utilizado incluye Winzip, etc.

2.2.1 Compresión de archivos de texto

Tecnología de compresión de reemplazo adaptativa

Escanea todo el texto, buscando patrones de dos o más bytes. Una vez que se encuentra un nuevo patrón, se reemplaza con bytes que no se usan en ninguna otra parte del archivo y se agrega una entrada al diccionario. Por ejemplo, existe un párrafo como el

"La lluvia en España cae principalmente en las llanuras, pero la lluvia en Maine cae una y otra vez".

Entre ellos, "el" Es un patrón de oración, aparece tres veces en el texto. Si se reemplaza con "#", se pueden comprimir 6 bytes; "ain" aparece 8 veces. Si se reemplaza por "@", se pueden comprimir 16 bytes. "en" aparece dos veces. Si se reemplaza por "$", se pueden comprimir 2 bytes, y así sucesivamente. Se puede observar que cuanto más largo sea el archivo, mayor será la posibilidad de contener información repetida y mayor será el índice de compresión.

Recorre todo el documento y busca palabras repetidas. Cuando una palabra aparece más de una vez, la segunda aparición de la palabra y las siguientes se reemplazan con números. Este número se llama puntero a la palabra original. Por ejemplo, el texto del ejemplo anterior se puede comprimir como: "La lluvia en España permanece principalmente en la llanura #1, pero #1 #2 #3 cae principalmente en la #16", lo que significa que solo se comprimen 6 bytes. Cuanto más grande es el archivo, más frecuentemente se repiten las palabras, por lo que la compresión es mejor.

2.2.2 Compresión de datos de imagen

La codificación de longitud de ejecución es una tecnología de compresión de archivos gráficos. Esta es una técnica de compresión que busca patrones de bytes y los reemplaza con mensajes que describen este patrón.

Por ejemplo, supongamos que hay un área blanca de 191 píxeles en la imagen, con cada píxel representado por un byte. Después de la compresión de codificación de longitud de ejecución, esta cadena de 191 bytes de datos se comprime en 2 bytes.

Archivo de mapa de bits con extensión . bmp es un archivo sin comprimir. Archivo de mapa de bits con extensión . tif,. pcx y. jpg es un archivo comprimido. con archivos. La extensión de archivo tif utiliza el formato TIFF (formato de archivo de imagen etiquetado). Los archivos con la extensión de archivo .PCX utilizan el formato pcx. con archivos. La extensión de archivo jpg utiliza el formato JPEG (Joint Photographic Experts Group) con pérdida. La gente suele realizar una compresión con pérdida de imágenes.

2.2.3 Compresión de datos de vídeo

El vídeo consta de una serie de fotogramas, cada fotograma es una imagen de mapa de bits, por lo que los archivos de vídeo requieren una gran capacidad de almacenamiento.

Las personas reducen la capacidad de almacenamiento de las señales de vídeo reduciendo el número de fotogramas reproducidos por segundo, reduciendo el tamaño de la ventana de vídeo o codificando sólo el contenido que cambia entre fotogramas.

Los formatos más utilizados para vídeo digital son: Windows, QuickTime y vídeo MPEG, y sus extensiones de archivo son:. avi,. movimiento y. mpg, entre ellos. mpg es un archivo comprimido. El formato MPEG puede comprimir dos horas de información de vídeo en varios GB.

La tecnología de compensación de movimiento también se puede utilizar en la compresión de vídeo para reducir la capacidad de almacenamiento. Esta tecnología solo almacena datos que cambian de un cuadro a otro y no necesita almacenar todos los datos de cada cuadro. Las técnicas de compensación de movimiento son muy efectivas cuando el videoclip no cambia mucho de un cuadro a otro. Por ejemplo, en la cabeza de un hablante, sólo cambian la boca y los ojos, mientras que el fondo permanece bastante estable. En este momento, la computadora solo necesita calcular la diferencia entre los dos cuadros y solo almacenar el contenido modificado. Dependiendo de los datos, la relación de compresión de la compensación de movimiento puede alcanzar 200:1. Además, la cantidad de fotogramas reproducidos por segundo afecta directamente la calidad de la reproducción del vídeo. Reducir el tamaño de las imágenes también es una forma eficaz de reducir la capacidad de almacenamiento. En términos generales, las técnicas de compresión anteriores se pueden integrar para reducir la capacidad de almacenamiento de los archivos de vídeo.

Compresión de datos de audio

El problema más destacado de los datos de audio es la gran cantidad de información. La fórmula para calcular el espacio de almacenamiento necesario para los archivos de información de audio es:

Capacidad de almacenamiento (bytes) = frecuencia de muestreo × precisión de muestreo/8 × número de canales × tiempo.

Por ejemplo, si la frecuencia de muestreo es de 44,1 KHz y la precisión de muestreo es de 16 bits, la capacidad de almacenamiento requerida después de la digitalización es 44,1×103×16/8×2×60 =

La codificación de audio digital debe tener la capacidad de comprimir información de sonido. El método más utilizado es la modulación de código de pulso adaptativo o codificación de compresión ADPCM.

El esquema de codificación de compresión ADPCM tiene una alta relación señal-ruido y la relación de compresión de datos puede alcanzar de 2 a 5 veces sin distorsión obvia. Por tanto, esta tecnología de compresión se utiliza principalmente para información sonora digitalizada.

2.3 Procesamiento de la Información

CPU generalmente se refiere a la suma de componentes que completan el ciclo básico de procesamiento de la información. La unidad central de procesamiento es el núcleo del hardware del sistema informático, que incluye principalmente la unidad central de procesamiento (CPU), la memoria (Memory), el bus del sistema y los componentes de control. Mediante la acción coordinada de estos componentes se completa el procesamiento de la información.

2.3.1 CPU

La CPU es el componente central del sistema informático. Su trabajo es procesar información y completar cálculos. Hay muchos tipos de CPU. La CPU de una microcomputadora, también llamada "microprocesador", es un chip de circuito integrado de muy gran escala producido con la tecnología más avanzada. Estos chips suelen integrar millones de componentes electrónicos de transistores y tienen funciones muy complejas. Las CPU de varias computadoras con mejor rendimiento que las microcomputadoras, como las CPU utilizadas en servidores de red de alto rendimiento, a menudo están compuestas por un conjunto de chips de alto rendimiento con mayor potencia informática. Además, diversos equipos modernos, como diversas maquinarias y equipos, instrumentos, vehículos, etc., están equipados con los llamados chips de CPU "integrados". Casi todos los aparatos eléctricos de alta gama están equipados con uno o incluso varios chips de CPU.

Memoria interna

La memoria también es llamada memoria principal, denominada memoria o memoria principal. La memoria es el componente principal utilizado para almacenar información en el funcionamiento de la computadora y juega un papel extremadamente importante en los sistemas informáticos. Su velocidad de trabajo y capacidad de almacenamiento tienen un gran impacto en el rendimiento general del sistema, la escala y la eficiencia de la resolución de problemas del sistema. Para la memoria, además de la capacidad, otro indicador de rendimiento importante es su velocidad de acceso. La velocidad de la memoria se mide por el "tiempo de acceso" necesario para realizar una operación de lectura o escritura.

La unidad de almacenamiento básica de la memoria se llama unidad de almacenamiento. Las pequeñas celdas de memoria de las computadoras actuales están estructuradas de tal manera que cada celda almacena exactamente un byte de información (código binario de 8 bits). Cada unidad corresponde a un número único y el número de unidad resultante se denomina dirección de la unidad de almacenamiento. Los componentes de la unidad central de procesamiento de una computadora están conectados entre sí mediante una ruta de información común llamada bus del sistema. El intercambio de información entre la CPU y la memoria se realiza a través del bus de datos y el bus de direcciones. Se accede a la memoria en función de la dirección. Dada esta dirección, se puede obtener la información almacenada en la unidad de memoria. La CPU puede acceder inmediatamente a la información desde cualquier ubicación de almacenamiento. Y la duración del tiempo de acceso no depende de la dirección a la que se accede.

Descripción y Procedimientos

Las funciones básicas de una CPU están determinadas por las instrucciones que proporciona. Cuando la CPU recibe una instrucción, la unidad de control la interpreta e indica a otros componentes que la completen.

Aunque existen muchas CPU diferentes, sus instrucciones básicas son las mismas. Las instrucciones básicas de la CPU incluyen principalmente las siguientes categorías:

1) Instrucciones de acceso a la memoria

2) Instrucciones de operación aritmética y lógica

3) Juicio condicional y lógica Instrucciones de operación

4) Instrucciones de entrada y salida

5) Control y descripción del sistema

Las instrucciones también son un tipo de información que existe en la computadora y necesita ser Transmisión, por lo que las instrucciones también deben codificarse en forma binaria para ser almacenadas y transmitidas en la computadora. Cuando la CPU recibe una instrucción, la unidad de control la interpreta e indica a otros componentes que la completen.

El llamado "programa" es una secuencia compuesta por una serie de instrucciones informáticas, implementadas para completar una tarea específica. En pocas palabras, un programa es una secuencia de instrucciones. Un programa informático específico es una secuencia de instrucciones que pueden ser ejecutadas como elementos básicos por la CPU de esta computadora. Un programa también puede verse como un tipo de información procesada por la CPU de la computadora. En realidad, son procesados ​​por la unidad de control de la CPU, en lugar de ser procesados ​​y utilizados por la unidad informática de la CPU como datos generales. El ciclo de trabajo básico de una computadora consta de dos pasos básicos: uno es buscar instrucciones y el otro es ejecutar instrucciones. El controlador del programa es el cuerpo principal que implementa este ciclo básico.

Después de analizar las necesidades de varios procesos de cálculo que deben implementarse en el programa, las personas propusieron tres estructuras lógicas básicas del programa, que se denominan las tres "estructuras de control básicas" del programa, es decir , la "estructura secuencial", "estructura de rama" y "estructura de bucle". Está teóricamente demostrado que las capacidades de estas tres estructuras son suficientes y que cualquier programa puede construirse únicamente a partir de estas tres estructuras. Tres controles básicos