Podstawowe definicje we współczesnej informatyce TECHNOLOGIE INFORMACYJNE

Transkrypt

1 Podstawowe definicje we współczesnej informatyce TECHNOLOGIE INFORMACYJNE

2 Jednostki ilości danych Bit podstawowa jednostka w operacjach, wskazująca na obecność (1) albo brak (0) sygnału Bajt 23 bitów = 8 bitów (najmniejsza, adresowana jednostka informacji) Kilobajt 210 bajtów = bajty Megabajt 220 bajtów = bajty Gigabajt 230 bajtów = bajty Terabajt bajtów = bajty Przykład: 700 Mb = kb = bajty Ośmiobitowy bajt po raz pierwszy pojawił się pod koniec 1956 roku, a został rozpowszechniony i uznany jako standard w 1964 r. po tym jak IBM wprowadził System/360.

3 Dwójkowy system liczbowy to pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 2. Do zapisu liczb potrzebne są więc tylko dwa znaki: 0 i 1. Powszechnie używany w informatyce. 1x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 = 8+2 = 10. Obliczanie wartości dziesiętnej liczby zapisanej w systemie dwójkowym = = 1x24 + 1x23+ 1x22 + 1x21 + 0x20 = 1 x x x x x 1 = = 30 Ponieważ 0 x 2n =0, oraz 1 x 2n = 2n wystarczy jeśli zsumuje się tylko te potęgi dwójki, przy których współczynnik wynosi 1.

4 W systemie dwójkowym można przedstawiać również liczby rzeczywiste. Dla przykładu ułamek dziesiętny: daje się zapisać jako: Ułamek dwójkowy jest zwykle znacznie dłuższy od dziesiętnego.

5 Obliczanie postaci dwójkowej liczby dziesiętnej Dla liczby 1476 będzie to: Liczba Reszta Komentarz 1476 = 2x = 2x = 2x = 2x = 2x = 2x = 2x = 2x = 2x = 2x (wynik mniejszy niż 2 - koniec) A zatem: =

6 System Ósemkowy 1x82 + 4x81 + 4x80 = = = System Szesnastkowy Podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 16. Często system szesnastkowy jest określany nazwą Hex od słowa stworzonego przez firmę IBM hexadecimal. Początkowo chciano używać łacińskiego sexa zamiast hexa, ale niejednoznacznie się to kojarzyło. Do zapisu liczb potrzebne jest szesnaście cyfr. Poza cyframi dziesiętnymi od 0 do 9 używa się pierwszych sześciu liter alfabetu łacińskiego: A, B, C, D, E, F. Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciągi cyfr, z których każda jest mnożnikiem kolejnej potęgi liczby stanowiącej podstawę systemu, np. liczba zapisana w dziesiętnym systemie liczbowym jako 1000, w hex przybiera postać 3E8, gdyż: 3x x x160 = = Przeliczanie systemu dwójkowego na ósemkowy i szesnastkowy nie wymaga szczególnych zabiegów, bowiem w systemie ósemkowym każdą cyfrę opisują 3 bity, natomiast w systemie szesnastkowym 4 bity. Wystarczy podzielić liczbę dwójkową na pola o odpowiedniej szerokości i policzyć wartość każdego z nich; np = = = = 31516

7 Jednostki szybkości komputera FLOPS (ang. FLoating point Operations Per Second) liczba operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę, jednostka wydajności komputerów, a dokładniej wydajności układów realizujących obliczenia zmiennoprzecinkowe. Stosuje się Mflops = milion flops, Gflops = miliard flops, Tflops = bilion flops, Pflops = biliard flops Najszybszy pojedynczy komputer :Blue Gene/L - 280,6 Tflops Dla porównania, w miarę typowy nowoczesny komputer osobisty (np. z procesorem Pentium 4, czy Athlon 64 i częstotliwości zegara około 2 GHz) ma wydajność rzędu paru GFLOPS-ów. Kalkulator około 10 flops MIPS (Milion Instructions Per Second - milion instrukcji na sekundę) to także jedna z jednostek pomiaru wydajności systemu komputerowego. Frames per second (FPS) - liczba ramek na sekundę miara prędkości wyświetlania ruchomych obrazów

8 Format i kodowanie danych: Integer liczby całkowite Floating point liczby rzeczywiste Character - tekst ASCII (skrót od ang. American Standard Code for Information Interchange) to kod przyporządkowujący liczby z zakresu literom (alfabetu angielskiego), cyfrom, znakom przestankowym i innym symbolom, oraz poleceniom sterującym. Przykładowo litera "a" jest zakodowana liczbą 97, a polecenie "powrót karetki" liczbą 13. ASCII jest kodem 7bitowym System tekstowy używa kodowania ASCII (lub innego) System binarny używa kodu binarnego do zapisu danych

9 Formaty graficzne: Grafika rastrowa (bitmapa)- sposób zapisu obrazów w postaci prostokątnej tablicy wartości, opisujących kolory poszczególnych punktów obrazu (prostokątów składowych). Jakość wynikowego obrazu zależy od ilości prostokątów, na które podzielony jest cały obraz. Grafika wektorowa (obiektowa) - wszelkie obrazy tworzone są za pomocą figur geometrycznych. Jest to grafika generowana w całości komputerowo i nie ma ona bezpośredniego przełożenia na obrazowanie obiektów z naturyobraz w tej grafice składa się ze stosu elementów ułożonych w odpowiedniej kolejności ten rodzaj grafiki nadaje się idealnie do tworzenia ilustracji (kopiowanie z natury zdjęć i innych elementów jest domeną grafiki bitmapowej) Grafika wektorowa jest grafiką w pełni skalowalną, co oznacza, iż można obrazy wektorowe powiększać oraz zmieniać ich proporcje bez uszczerbku dla jakości

10 Formaty graficzne: Grafika rastrowa formaty stratne: JPEG (Joint Photographic Experts Group) najpopularniejszy format plików graficznych z kompresją stratną TIFF (Tagged Image File Format) - popularny format plików graficznych udostępniający wiele rodzajów kompresji Grafika rastrowa formaty bezstratne: PNG (Portable Network Graphics) GIF (Graphics Interchange Format) + TIFF Bez kompresji BMP (BitMap) oraz TIFF Grafika Wektorowa SVG (Scalable Vector Graphics) - format oparty na języku XML; promowany jako standard grafiki wektorowej Macromedia Flash - najpopularniejszy format grafiki wektorowej PS i EPS PostScript i Encapsulated PS - uniwersalny język opisu strony opracowany przez firmę Adobe Systems Incorporated, będący obecnie standardem w zastosowaniach poligraficznych

11 Grafika Rastrowa Piksel wyraz utworzony ze zbitki dwóch angielskich słów: picture+element) jest to najmniejszy element obrazu bitmapowego. Jeden piksel to bardzo mały kwadrat (rzadziej: prostokąt) wypełniony w całości jednolitym kolorem. Piksel stanowi także najmniejszy element obrazu wyświetlanego na monitorze komputera.

12 Każdy piksel opisują 3 cyfry wskazujące na natężenie podstawowych barw. Przyjmują one wartości od 0 do 255 Mamy zatem 256x256x256 = barw

13 Kompresja Kompresja danych - polega na zmianie sposobu zapisu informacji w taki sposób, aby zmniejszyć redundancję i tym samym objętość zbioru, nie zmieniając przenoszonych informacji. Innymi słowy chodzi o wyrażenie tego samego zestawu informacji, lecz za pomocą mniejszej liczby bitów. Działaniem przeciwnym do kompresji jest dekompresja. Kompresja dzieli się na bezstratną - w której z postaci skompresowanej można odzyskać identyczną postać pierwotną, oraz stratną - w której takie odzyskanie jest niemożliwe, jednak główne właściwości które nas interesują zostają zachowane Systemy kompresji stratnej obrazu: JPEG MPEG (ang. Moving Picture Experts Group) - zatwierdzony przez ISO format zapisu danych zawierających obraz i dźwięk. Opracowany dość dawno przez grupę niezależnych ekspertów format używany jest do zapisu filmów VideoCD, DVD i transmisji telewizji cyfrowej (MPEG2). Systemy kompresji stratnej dźwięku: OGG MP3

14 Kompresja stratna

15 Kompresja bezstratna Jestem tu sam Byłem tu sam Będę tu sam Jestem tu [20l]sam[8w] Byłem tu [21l]sam[8w] Będę tu [22l]sam[8w]

16 Koder Kanał komunikacyjny Dekoder C.E. Shannon, A Mathematical Theory of Communication, Bell System Technical Journal, 1948 C.E. Shannon, Prediction and entropy of printed English, Bell System Technical Journal, 1951

17 Mowa (np. w telefonii komórkowej) Muzyka (np. piosenki w formacie MP3) Wideo (np. filmy na DVD) Teksty (np. udostępniane w archiwach takich jak Project Gutenberg) Pliki wykonywalne (np. wersje instalacyjne oprogramowania) Bazy danych

18 Powietrze (łączność bezprzewodowa) Linie telefoniczne Ethernet CD Dyski magnetyczne Pamięć operacyjna Przestrzeń międzyplanetarna

19 dpi= ilość pikseli na cal długości 1 cal=25,4 mm Liczba pikseli użytych do odwzorowania obrazu w komputerze zależy od jego rozdzielczości. Pojęcie to określa liczbę pikseli przypadającą na jednostkę powierzchni. Im wyższa jest rozdzielczość obrazka, tym więcej pikseli (tym większy jest jego plik) - tym lepsza jakość.

20 Rozmiar 1024x768 piks ekran 1024x dpi Rozmiar 300x185 piks 72 dpi

21 Na objętość zbioru graficznego istotny wpływ ma również ilość możliwych do zapamiętania kolorów. Im więcej kolorów tym większa objętość. Do zapamiętania wystąpień kolorów na tej samej powierzchni trzeba użyć większej ilości bitów niż do zapamiętania 256 kolorów.

22 Różnice między rysunkiem rastrowym a wektorowym są olbrzymie. Szczególnie widoczne są podczas skalowania (zmian rozmiarów). Rastrowa litera a wygląda brzydko.

23 W rysunku rastrowym wszystko jest zapamiętane punkt po punkcie (piksel po pikselu). Tak więc mały rysunek jest zapamiętany jako określona liczba punktów. Po powiększeniu te małe punkty stają się duże, a na dodatek jest ich tyle samo (tyle że o większych rozmiarach). Różnica między małym a dużym odcinkiem polega więc na powiększeniu punktów, których ilość jest stała. W rysunku wektorowym odcinek jest zapamiętywany jako zbiór dwóch punktów (początkowego i końcowego) o określonych współrzędnych. Program oblicza pośrednie punkty ze wzoru matematycznego i następnie wyświetla na ekranie. Powiększenie odcinka w tym przypadku polega na obliczeniu na nowo punktów pośrednich. Podobna sytuacja występuje w przypadku okręgu. W rysunku rastrowym powiększane są punkty składowe małego okręgu, a w przypadku rysunku wektorowego możemy sobie wyobrazić, że okrąg jest zapamiętany w postaci współrzędnych środka i promienia według których możemy obliczyć i wyświelić odpowiedniej wielkości okrąg bez utraty jakości.

24 Obrazy w grafice wektorowej można łatwo przetwarzać w obrazy bitmapowe podając jedynie docelową rozdzielczość obrazu. W drugą stronę - operacja przetworzenia "bitmapy" w "wektor" (wektoryzacja, trasowanie) jest niezmiernie trudna i dotyczy tylko prostych elementów graficznych, lub tworzenia obrysów wyraźnych, kontrastowych motywów obrazu bitmapowego.

25 Do grafiki wektorowej można wstawiać obiekty bitmapowe (umieszczanie "wektorów" w bitmapie jest niemożliwe).

26 Komputerowe przygotowanie do druku. W tym znaczeniu termin ten dotyczy nie tylko fazy projektowej, czyli tworzenia w programach komputerowych obrazu (oraz kształtu) stron publikacji, ale także zarządzania pracą grupową, a nawet odnosi się do komputerowego sterowania urządzeniami wykorzystywanymi w tym procesie, a więc np. naświetlarkami czy maszynami drukarskimi.

27

28 Grafika wektorowa to obok grafiki bitmapowej (rastrowej) jeden z dwóch podstawowych rodzajów grafiki komputerowej. Druga nazwa grafiki wektorowej grafika obiektowa związana jest z faktem, iż obraz opisany jest za pomocą obiektów, które zbudowane są z podstawowych elementów, czyli prostych figur geometrycznych takich jak odcinki, krzywe, okręgi, wielokąty. Każdy z nich opisywany jest za pomocą parametrów np. w przypadku odcinka - współrzędnych jego końców, a w przypadku okręgu - współrzędnych środka i długości promienia. Obiekty takie mają także określone atrybuty informujące np. o grubości i kolorze linii, kolorze wypełnienia figury lub wypełnieniu niejednolitym jak wypełnienie gradientem albo wzorem, stopniu przezroczystości. Inaczej grafikę wektorową można nazwać grafiką ilustracyjną, gdyż ten rodzaj grafiki nadaje się idealnie do tworzenia ilustracji (kopiowanie z natury zdjęć i innych elementów jest domeną grafiki bitmapowej)

29 Różnice między grafiką wektorową a bitmapową. Różnice występujące między obrazem wektorowym a bitmapą są zasadnicze. Najłatwiej można je zauważyć podczas zmiany rozmiarów obrazu.

30 Różnice w powiększeniu. Litera a powiększona o 700%: grafika rastrowa. grafika wektorowa.

31 Podczas powiększania obrazu rastrowego będzie widać poszczególne piksele, natomiast podczas powiększania obrazu wektorowego będzie widać ostre kształty figur geometrycznych, z których obraz jest zbudowany.

32 W rysunku rastrowym wszystko jest zapamiętywane z punktów. Tak więc mały obiekt jest zapamiętany z określonej liczby punktów, po powiększeniu go te małe punkty stają się duże, a na dodatek jest ich tyle samo. Różnica między małym obiektem a powiększonym, polega na powiększeniu stałej liczby punktów. W rysunku wektorowym odcinek jest zapamiętywany jako zbiór dwóch punktów (początkowy i końcowy) o określonych współrzędnych. Program oblicza pośrednie punkty ze wzoru matematycznego i następnie wyświetla je na ekranie. Powiększenie odcinka w tym przypadku polega na obliczeniu nowych współrzędnych dla obu punków i następnie na nowo, na obliczeniu punktów pośrednich.

33 Różnice w pomniejszeniu. Litera a, elipsa i odcinek w pomniejszeniu o 1/3: grafika rastrowa. grafika wektorowa.

34 Łatwo zauważyć, że jakość rysunku wektorowego nie uległa pogorszeniu. W przypadku rysunku rastrowego literka "a" wygląda dobrze dlatego, że oryginalna literka jest bardzo gruba, więc podczas obliczania, okazuje się, że jest bardzo dużo czarnych punktów. Znacznie gorzej wygląda elipsa i odcinek, które były cienkie. Przy pomniejszaniu zostało "zgubionych" wiele punktów.

35 Zdjęcia rastrowe wyglądają ładnie gdy są w oryginalnej wielkości, ale po powiększeniu nie można już rozróżnić szczegółów. Nie można przedstawić zdjęcia wektorowego, gdyż takich nie można zrobić. W technice wektorowej wszystko musi być narysowane przy użyciu prostych obiektów. Choć i w tej technice można stworzyć prawdziwe arcydzieła, do złudzenia przypominające rzeczywistość. grafika rastrowa. grafika wektorowa.

36 Zalety grafiki wektorowej: 1. Skalowalność, stała jakość obrazu niezależnie od tego, w jakiej skali zostanie on wyświetlony. 2. Większa kontrola nad wyglądem i położeniem obiektów rysunku. Podczas edycji obrazka zapisanego w formacie wektorowym poszczególne obiekty można modyfikować niezależnie od pozostałych. 3. Opis przestrzeni trójwymiarowych. 4. Możliwość użycia ploterów zgodnie z metodą ich pracy. 5. Bardzo dobre możliwości konwersji do grafiki rastrowej.

37 Wady grafiki wektorowej: 1. Ogromna złożoność pamięciowa dla obrazów fotorealistycznych. 2. Przy skomplikowanych obrazach rastrowych nieopłacalność obliczeniowa konwersji (poprzez wektoryzacje) do formy wektorowej.

38 Wnioski: Grafika wektorowa sprawdza się najlepiej, gdy zachodzi potrzeba stworzenia grafiki, czyli mającego stosunkowo małą ilość szczegółów obrazu, nie zaś zachowaniu fotorealizmu obecnego w obrazach. Grafiki wektorowej najlepiej używać do: schematów naukowych i technicznych map i planów logo, herbów, flag i godeł różnego typu znaków, np. drogowych części graficznej twórczości artystycznej, np. komiksów.

39 Korzystając z komputera, z grafiką obiektową można spotkać się częściej niż się powszechnie uważa. Ten rodzaj grafiki używany jest m.in. w fontach, komputerowych opisach czcionek oraz w grach komputerowych i wideo, a dokładniej do opisu grafiki trójwymiarowej. Geometria i jej przekształcenia stanowiące opis przestrzeni trójwymiarowej opisywane są metodami grafiki wektorowej, wygląd obiektów określany jest rastrowo za pomocą tzw. tekstur.

40 Formaty plików grafiki obiektowej. W odróżnieniu od grafiki rastrowej, istnieje bardzo niewiele uniwersalnych (zewnętrznych) formatów plików przechowujących grafikę wektorową. Praktycznie są to jedynie EPS oraz PDF. Wszelkie inne formaty zachowywania grafiki wektorowej to formaty wewnętrzne poszczególnych programów wektorowych. Jednak w ostatnim czasie coraz większą popularność zdobywa promowany przez W3C, oparty na XML format SVG.

41 Programy do tworzenia grafiki wektorowej. Najpopularniejsze programy do tworzenia grafiki wektorowej to: CorelDRAW, Adobe Illustrator, Xara, Inkscape.

42 CorelDRAW Jest to pakiet programów graficznych wchodzących w skład jednego produktu, służący początkowo do obróbki grafiki wektorowej, z czasem wzbogacany o kolejne programy dotyczące różnorodnych zastosowań grafiki komputerowej. Obecnie rozrósł się do rozmiarów giganta w dziedzinie pakietów graficznych. Ten program obsługiwał przezroczystości o wiele wcześniej niż inne programy. Na razie najciekawszą funkcją pakietu jest oparty na ramkach eksport do formatu.swf. Mocną stroną programu są jego specjalne efekty. Praktycznie za pomocą jednego kliknięcia nadajemy cień graficznemu obiektowi lub przekształcamy w obiekt 3D umieszczony w przestrzeni. To samo dotyczy przezroczystości czy gradientów.

43 CorelDRAW

44 Adobe Illustrator Adobe Illustrator to program przeznaczony do projektowania i tworzenia grafiki wektorowej. Obok CorelDRAW to najpopulrniejsza aplikacja tego typu. Program posiada szeroki wachlarz narzędzi, które pozwalają na tworzenie i edycję grafiki wektorowej z wysoką precyzją. Jest naturalnym edytorem plików postscriptowych EPS oraz podstawowym narzędziem do edycji obiektów w plikach PDF.

45 Adobe Illustrator

46 Xara Ciekawy program do tworzenia trójwymiarowych napisów, buttonów, nagłówków itp. głównie z myślą o stronach WWW. Daje możliwość tworzenia zarówno statycznych grafik jak i animacji (w tym wielostronnicowych prezentacji). Użytkownik może wykorzystywać czcionki TrueType i importowane obiekty 2D, mając do dyspozycji szereg narzędzi imitujących trójwymiarowość.

47 Xara

48 Inkscape Inkscape jest świetnym, który z powodzeniem może nam zastąpić płatny pakiet Corela, ponieważ jest wolnym oprogramowaniem. Aplikacja zawiera prosty edytor kodu XML, przez co mamy dostęp m. in. do zablokowanych obiektów, umożliwia prace na krzywych, obiektach (np. prostokąty, elipsy, itp.), ścieżkach, tekście, z wykorzystaniem deseni i gradientów, możliwość grupowania obiektów, przekształceń, czy możliwość eksportu do formatu png.

49 Inkscape