powrót na stronę główną   informacje-materiały

Informatyka  - Maciej Dymarski


    Dane ziarniste (dyskretne, cyfrowe, kwantowe) i ciągłe (analogowe)
    Dyskretyzacja tekstu (kod ASCII)
    Dyskretyzacja obrazu
    
 

góra strony 		Dane ziarniste ( inaczej dyskretne, cyfrowe, kwantowe) i ciągłe (analogowe )
Zależnie od natury zjawiska fizycznego dane mogą mieć charakter ziarnisty (dyskretny) lub ciągły (analogowy).  
W przypadku danych ziarnistych mamy do czynienia z pewnymi elementarnymi obiektami lub zdarzeniami, dającymi się policzyć czyli przedstawić w postaci skończonej liczby całkowitej np. zapałki w pudełku, liczba uczniów w klasie, liczba impulsów elektrycznych odebranych w określonym czasie, cena artykułu w sklepie (niepodzielna jednostka monetarna to 1 grosz).
Patrząc na to zagadnienie od strony technicznej, wszędzie tam, gdzie możemy technicznie zarejestrować pewien niepodzielny, podstawowy element (ziarno, kwant) mamy do czynienia z danymi ziarnistymi (dyskretnymi, kwantowymi, cyfrowymi). Takim kwantem będzie jedna zapałka, jeden człowiek, jeden wagon ... ( a ile jest wagonów w "Lokomotywie" J.Tuwima ?)
Sytuację odwrotną mamy z danymi ciągłymi. Są one reprezentowane przez zjawiska fizyczne z natury ciągłe.  Np. odległość -  wyrażamy ją w jakichś jednostkach, ale jest ona wielkością z natury ciągłą, zawsze mogę znaleźć jednostkę mniejszą od tej używanej - metr, milimetr, mikrometr, nanometr itd.   Możemy wymienić wiele danych z natury ciągłych : temperatura, ciśnienie, masa, napięcie elektryczne itd.
Chcąc pracować z danymi ciągłymi w praktyce zamieniamy je przy pomocy narzędzia pomiarowego na dane dyskretne. Dokładność pomiaru wielkości ciągłych jest zawsze ograniczona, wynika z dokładności narzędzia pomiarowego i z pnktu widzenia narzędzia pomiarowego ma charakter dyskretny np. najmniejszą podziałką linijki jest 1mm więc podając pomiar długości w mm przedstawiamy w sposób dyskretny wielkość ciągłą. Nie jesteśmy w stanie danych analogowych  gromadzić i przetwarzać bez takiej zamiany. Oczywiście popełniamy zawsze jakiś błąd wynikający z dokładności narzędzia pomiarowego (błąd pomiaru). Ograniczona dokładność prowadzi więc do utraty części informacji, choć nie zawsze jest to strata praktycznie istotna. Wykonując stół nie będziemy przecież podawać jego wymiarów w mikrometrach.

góra strony 		Dyskretyzacja tekstu (kod ASCII)
Ponieważ komputery operują na liczbach, a konkretnie na liczbach zapisywanych w systemie binarnym (dwójkowym), więc wszystkie informacje przetwarzane przez komputer muszą być liczbami. Jak w takim razie poradzić sobie z przetwarzaniem tekstu, jak ciąg znaków graficznych zamienić na liczby ? Okazuje się, że sposób jest bardzo prosty, jeżeli każdemu znakowi  graficznemu przypiszemy jednoznacznie liczbę uzyskamy możliwość wyrażenia dowolnego tekstu w postaci ciągu liczb, a z tym komputer poradzi już sobie bez problemu.
Takie przyporządkowanie zostało opracowane i przyjęte jako standard kodowania znaków i nosi nazwę kodu ASCII ( czyt. aski),  co stanowi skrót od pełnej nazwy "American Standard Code for Information Interchange".
W ten sposób przeprowadzamy dyskretyzację tekstu czyli zamieniamy coś co z natury nie jest liczbą na liczbę.
Do zapisywania kodów ASCII wykorzystuje się najmniejszą jednostkę pamięci czyli 1bajt. Bajt to 8 bitów i przy pomocy kombinacji 0 i 1 możemy zapisać w jednym bajcie liczbę z zakresu od 0 do 255, mamy więc do dyspozycji 256 kodów liczbowych i tak np.litera A to liczba 65 co w postaci binarnej wygląda tak:  01000001
Kody od 0-32 i 127 to znaki sterujące używane do przesyłania informacji pomiędzy komputerami lub pomiedzy komputerem a innymi urządzenia np. zmiana wiersza , sygnał dźwiękowy itd. )
Kody 33-126 to duże i małe litery, cyfry, znaki przestankowe (średnik, przecinek, kropka itd.), nawiasy oraz znaki specjalne (procent, dolar itd.)
Ten zakres kodów wykorzystujący 7 bitów (ósmy bit jest wtedy zerem) jest ogólnoświatowy  i dzięki temu klawiatura wykonana gdziekolwiek na świecie będzie kompatybilna z komputerem stojącym na naszym biurku.
Kody od 128-255 to tzw. "rozszerzony zestaw znaków" zawierający kody przypisywane w zależności od kraju np. kody liter występujących tylko w języku polskim: ą, ę , ó, ł, ń  itd. Ta umowa musi być również w danym kraju jednoznaczna.

Słowo Dom będzie rozumiane przez komputer jako: 01000100  01101111   01101101

góra strony		 Dyskretyzacja obrazu
Obraz w monitorze czy telewizorze również względnie łatwo poddaje się dyskretyzacji. Pierwszy krok to podział obrazu na jednakowe elementy tworzące siatkę, logika wskazuje, że im mniejsze te elementy tym wierniej odwzorowany będzie obraz (czyli im wyższa rozdzielczość tym lepsza jakość obrazu, łagodniejsze krawędzie, niewidoczne pojedyncze piksele).

W obrazie czarno-białym w każdym oczku sieci trzeba wyznaczyć również tzw. poziom szarości, inaczej stopień "zaczernienia"tego oczka w umownej skali od 0-smolista czerń do 63-śnieżna biel. Podsumowując, żeby przesłać informację o jednym pnkcie na ekranie trzeba przesłać dwie liczby (miejsce na ekranie i siłę strumienia elektronów uderzających w warstwę luminescencyjną ekranu), żeby stworzyć jeden nieruchomy obraz trzeba przesłać tyle par liczb ile jest punktów na ekranie. Nieruchome obrazy trzeba wymieniać na tyle szybko, żeby oko ludzkie posiadające określoną bezwładność nie widziało tych zmian, tylko miało wrażenie, że obraz jest ruchomy. W technice mówimy o częstotliwości odświeżania obrazu.

W obrazie kolorowym, żeby zapalić jeden punkt trzeba wysłać cztery liczby - jedna wskazuje punkt na ekranie natomiast trzy pozostałe to nasycenie podstawowych trzech barw RGB  (red, green, blue). W telewizorze czy monitorze kineskopowym były trzy wyrzutnie elektronów, które skupiały wiązki w jednym punkcie, w telewizorach LCD każdy piksel składa sie z trzech subpikseli posiadających odpowiednio filtry RGB przepuszczające białe światło emitowane przez lampę fluorescencyjną.
Żeby przesłać jeden nieruchomy kolorowy obraz trzeba przesłać tyle czwórek liczb ile pikseli jest na ekranie. I znowu trzeba te nieruchome obrazy wymieniać na tyle szybko, żeby widz miał wrażenie ruchu na ekranie.