1.2. Представление графической информации в компьютере.
Любая информация, в том числе и графическая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.
Преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную производится путем пространственной дискретизации[2]. Пространственную дискретизацию можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета.
Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Оно тем выше,
· чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.
· чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется.
Измерение информации | Информатика 7 класс #10 | Инфоурок
Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые в свою очередь содержат определенное количество точек.
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых оно складывается. Чем больше разрешающая способность, т.е. чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах обычно используются три основные разрешающие способности экрана: 800х600, 1024х768 и 1280х1024 точки.
В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний – «черная» или «белая», то есть для хранения ее состояния необходим 1 бит.
Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Они 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. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле: N = 2 I , где I – глубина цвета.
Глубина цвета и количество отображаемых цветов
Глубина цвета (I)
Количество отображаемых цветов (N)
2 32 =4294967296
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB-моделью.
Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности. Например, при глубине цвета в 24 бита на каждый из цветов возможны N = 2 8 = 256 уровней интенсивности, заданные двоичными кодами (от минимальной – 00000000 до максимальной – 11111111).
Как измерить количество информации?
Формирование цветов при глубине цвета 24 бита
Источник: kazedu.com
Формирование изображения на экране монитора
1. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ МОНИТОРА
Обработка графической информации
2. Ключевые слова
пиксель
пространственное разрешение монитора
цветовая модель RGB
глубина цвета
видеокарта
видеопамять
видеопроцессор
частота обновления экрана
3.
Пространственное разрешение
монитора
Изображение на экране монитора формируется из
отдельных точек — пикселей, образующих строки; всё
изображение состоит из определённого количества таких
строк.
Пространственное разрешение монитора — это
количество пикселей, из которых складывается
изображение на его экране. Оно определяется как
произведение количества строк изображения на
количество точек в строке.
Разрешение монитора 1280 1024 означает, что
изображение на его экране будет состоять из 1024 строк,
каждая из которых содержит 1280 пикселей.
4.
Пространственное разрешение
монитора
Изображение высокого разрешения состоит из
большого количества мелких точек и имеет хорошую
чёткость. Изображение низкого разрешения состоит из
меньшего количества более крупных точек и может быть
недостаточно чётким.
Изображения высокого и низкого разрешения
5.
Компьютерное представление цвета
Человеческий глаз воспринимает каждый из
многочисленных цветов и оттенков окружающего мира
как сумму взятых в различных пропорциях трёх базовых
цветов — красного, зелёного и синего.
6.
Компьютерное представление цвета
У первых цветных мониторов базовые цвета имели всего две
градации яркости, т. е. каждый из трёх базовых цветов либо
участвовал в образовании цвета пикселя (1), либо нет ( 0).
Палитра таких мониторов состояла из восьми цветов. При этом
каждый цвет можно было закодировать цепочкой из трёх нулей
и единиц — трёхразрядным двоичным кодом.
Яркость базовых цветов
Цвет
Код
Красный
Зелёный
Синий
0
0
0
чёрный
000
0
0
1
синий
001
0
1
0
зелёный
010
0
1
1
голубой
011
1
0
0
красный
100
1
0
1
пурпурный
101
1
1
0
жёлтый
110
1
1
1
белый
111
7.
Компьютерное представление цвета
Современные компьютеры обладают необычайно богатыми
палитрами, количество цветов в которых зависит от того,
сколько двоичных разрядов отводится для кодирования цвета
пикселя.
Глубина цвета — длина двоичного кода, который
используется для кодирования цвета пикселя. Количество N
цветов в палитре и глубина i цвета связаны между собой
соотношением: N = 2i.
Глубина цвета
Количество цветов в палитре
8
28 = 256
16
216 = 65 536
24
224 = 16 777 216
8.
Видеосистема персонального
компьютера
Качество изображения на экране компьютера зависит как от
пространственного разрешения монитора, так и от
характеристик видеокарты (видеоадаптера), состоящей из
видеопамяти и видеопроцессора.
Видеосистема
Монитор
Видеоадаптер
Видеопамять
Видеопроцессор
Размер 256, 512 Мб
и более
Частота обновления
экрана не менее 75 Гц
9.
Видеосистема персонального
компьютера
Пространственное разрешение монитора, глубина цвета и
частота обновления экрана — основные параметры,
определяющие качество компьютерного изображения. В
операционных системах предусмотрена возможность выбора
необходимого пользователю и технически возможного
графического режима
10.
Задача
Рассчитайте объём видеопамяти, необходимой для хранения
графического изображения, занимающего весь экран монитора
с разрешением 640 480 и палитрой из 65 536 цветов.
Решение:
N = 65 536
K = 640 480
N = 2i,
I=K i
I —?
65 536 = 2i , i = 16,
I = 640 480 16 = 26 10 24 30 24 =
= 300 214 (битов) = 300 211 (байтов) = 600 (Кбайт).
Ответ: 600 Кбайт.
11.
Самое главное
Изображение на экране монитора формируется из отдельных
точек — пикселей.
Пространственное разрешение монитора — это количество
пикселей, из которых складывается изображение.
Каждый пиксель имеет определённый цвет, который
получается комбинацией трёх базовых цветов — красного,
зелёного и синего (цветовая модель RGB).
Глубина цвета — длина двоичного кода, который
используется для кодирования цвета пикселя. Количество
цветов N в палитре и глубина i цвета связаны между собой
соотношением: N = 2i.
Монитор и видеокарта (видеопамять + видеопроцессор)
образуют видеосистему персонального компьютера.
12.
Вопросы и задания
1. Что общего между пуантилизмом (техника живописи),
созданием мозаичных изображений и формированием
изображения на экране монитора?
13.
Вопросы и задания
2. Опишите цветовую модель RGB.
3. Какие особенности нашего зрения положены в основу
формирования изображений на экране компьютера?
4. Для чего нужна видеопамять?
5. Какие функции выполняет видеопроцессор?
6. Опишите в общих чертах работу видеосистемы
персонального компьютера.
7. Как вы понимаете смысл фразы «В операционных
системах предусмотрена возможность выбора
необходимого пользователю и технически возможного
графического режима»?
14.
Вопросы и задания
8. Рассчитайте объём видеопамяти, необходимой для
хранения графического изображения, занимающего весь экран
монитора с разрешением 1024 x 768 и количеством
отображаемых цветов, равным 16 777 216.
9. Вы хотите работать с разрешением монитора 1600 1200
пикселей, используя 16 777 216 цветов. В магазине
продаются видеокарты с памятью 512 Кбайт, 2 Мбайт, 4 Мбайт
и 64 Мбайт. Какую из них можно купить для вашей работы?
10. Подсчитайте объём данных, передаваемых в секунду от
видеопамяти к монитору в режиме 1024 768 пикселей с
глубиной цвета 16 битов и частотой обновления экрана 75 Гц.
15.
Вопросы и задания
11 (№ 128). Установите соответствие между понятиями и
их описаниями
Пиксель
Пространственное
разрешение монитора
Основное устройство вывода
видеоинформации
Количество пикселей, из которых
складывается изображение
Точечный элемент экрана монитора
Глубина цвета
Монитор
Частота обновления
экрана
Палитра
Длина двоичного кода, который
используется для кодирования
цвета пикселя
Набор цветов, которые могут быть
воспроизведены при выводе
изображения на монитор
Количество обновлений изображения
на экране монитора в секунду
16.
Вопросы и задания
12 (№ 132). Выберите (отметьте галочкой) основные
параметры монитора, определяющие качество
компьютерного изображения:
размер по диагонали
пространственное разрешение
потребляемая мощность
быстродействие
глубина цвета
тактовая частота
разрядность
вес
частота обновления экрана
17.
Вопросы и задания
13 (№ 133). Заполните таблицу, вычислив количество
цветов в палитре N при известной глубине цвета i:
Глубина цвета (i)
1
2
3
4
8
16
24
Количество цветов в палитре (N)
18.
Опорный конспект
Пиксель – отдельная точка изображение на экране монитора.
Количество пикселей, из которых складывается изображение
на экране монитора – пространственное разрешение
монитора.
Цветовая модель RGB – комбинация трёх базовых цветов –
Красного (R), зелёного (G) и синего (B).
N = 2i,
где N – количество цветов в палитре, i – глубина цвета
Видеосистема
Монитор
Видеокарта
Видеопамять
Видеопроцессор
Источник: ppt-online.org
Современные мониторы – принципы действия и характеристики
Для представления буквенно-цифровой и графической информации служат мониторы. Монитор или дисплей является одним их основных блоков персонального компьютера (и одним из самых дорогих) и от его характеристик в значительной степени зависит эффект использования компьютера. Монитор подключается к компьютеру через плату видеоадаптера, а его нормальную работу обеспечивает набор специальных драйверов, поставляемых вместе с монитором.
В современных компьютерах используются два типа мониторов: на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и жидкокристаллические дисплеи. В последнее время жидкокристаллические дисплеи используются все более широко и не только в портативных компьютерах.
Принцип действия мониторов на ЭЛТ практически не отличается от обычных телевизоров. Пучок электронов, испускаемый электронной пушкой, модулируется специальными электродами и попадает на экран, покрытый слоем специального вещества — люминофора. Изображение на экране состоит из множества отдельных точек, называемых пикселями. Под действием развертки электронный луч скользит по экрану строка за строкой и формирует изображение. От количества пикселей зависит четкость изображения на экране монитора, которая является одной из основных характеристик монитора.
Второй важной характеристикой видеомонитора является размер экрана. Обычно приводится размер его диагонали в дюймах. Наиболее распространенным является размер экрана 17 дюймов. Однако для профессионального использования графических пакетов и настольных издательских систем могут использоваться мониторы большей диагонали.
В настоящее время в персональных компьютерах используются исключительно цветные мониторы, черно-белые применяются только в специализированных системах.
18. Печатающие устройства. Принципы действия, особенности и характеристики принтеров
В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства — принтеры, позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричная, струйная, лазерная, термопереноса.
При матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек. При струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу. При лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка.
Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность. При термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный. Для точного начертания схем, чертежей используется графопостроитель. Различаются планшетные и барабанные графопостроители.
Компьютер управляет специальным карандашом, который чертит линии по поверхности бумаги. В планшетном карандаш передвигается по поверхности в двух направлениях; в рулонном только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.
19. Способы использования устройств вывода информации в комплексах обработки данных, построенных на базе ПЭВМ. Программное обеспечение, необходимое для работы с современными устройствами вывода информации
Часто используемые мониторы. Наиболее широкое распространение на компьютерах IBM PC получили мониторы типа MDA, CGA, Herkules, EGA и VGA.
В настоящее время мониторы MDA и CGA практически не используются, так как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к быстрому утомлению глаз. Кроме того, они не имеют программной загрузки шрифтов символов, поэтому для изображения букв кириллицы приходится заменять микросхемы, хранящие шрифты символов.
В основном на компьютерах используют мониторы SVGA, что позволяет добиться нужного качества изображения.
20. Устройства ввода и вывода анимационной и акустической информации. Аппаратная основа построения систем Multi-Media
Необходимость использования специализированных технических средств для компьютерной графики и анимации (т.е. воспроизведения движущихся изображений) объясняется высокими требованиями к системам отображения информации, к качеству воспроизводимого изображения. При воспроизведении статических изображений повышение качества связано с увеличением разрешающей способности экрана и улучшением цветопередачи, что, в свою очередь, требует значительного увеличения видеопамяти и емкости внешних ЗУ. Необходимость работы в реальном масштабе времени при демонстрации фильмов (т.е. динамических изображений) предъявляет высокие требования к производительности ЭВМ, причем не только производительности центрального процессора, но и скорости обмена с внешними устройствами. Дополнительные трудности возникают и вследствие того, что в качестве внешних устройств приходится использовать видео- и аудиоаппаратуру, в которой реализованы иные принципы представления информации: информацию приходится перекодировать, что также требует дополнительных временных, аппаратурных и программных ресурсов. Кроме того, редактирование видеоинформации, перекодирование ее, создание видеоэффектов часто связаны с вычислительной обработкой, а следовательно, с дополнительными затратами времени.
Таким образом, при использовании ЭВМ для создания и демонстрации компьютерной графики и анимации требуются: высокая производительность всего технического комплекса, специализированные преобразователи информации, технические средства для высококачественного отображения, ввода-вывода и хранения больших объемов информации.
Производительность технического комплекса определяется, с одной стороны, производительностью его составных частей, а с другой — согласованностью составных частей, отсутствием простоев их из-за ожидания друг друга; совмещением во времени различных операций.
Технический комплекс — микропроцессорный комплект; интерфейс ввода-вывода; устройства ввода-вывода — представляет собой последовательно соединенную систему с параллельными ветвями со стороны УВВ. Производительность такой системы зависит от быстродействия микропроцессорного комплекта, пропускной способности интерфейса ввода-вывода, производительности и способа подключения УВВ, наличия специальных “ускорителей” в различных устройствах, а также от принятой в системе технологии обмена информацией между отдельными частями технического комплекса (при этом нужно учитывать, что одним из элементов этого комплекса может являться человек-оператор, воспринимающий выводимую информацию и обладающий определенными параметрами, например, такими, как время реакции — величиной, не сопоставимой с временем выполнения операций электронной частью комплекса, или время восприятия информации, инерционность зрения, к которым приходится подстраивать программно-технические комплексы.
Поскольку высококачественное изображение требует очень больших объемов памяти для хранения каждого кадра изображения, для воспроизведения фильмов необходимо выводить на экран не менее 24 кадров в секунду (чтобы устранить мелькание изображения), а человеку необходимо для восприятия изображения не менее 30 с., для хранения фильмов реальной длительности в цифровом виде нужны запоминающие устройства очень большого объема. Это удорожает такие системы и приводит к поиску способов сжатия информации, для чего нашли широкое распространение как программные, так и аппаратурные преобразователи.
Обилие разновидностей обрабатываемой в системах компьютерной графики и анимации информации приводит к необходимости использования различных устройств ввода: клавиатур, систем координатного ввода, оптических читающих устройств, устройств ввода акустической информации, анимационных устройств ввода и др. и соответствующих устройств вывода информации: дисплеев, графических экранных станций синтезаторов речи, акустических систем, анимационных устройств вывода и др.
В состав анимационных устройств ввода-вывода входят видеокамера, видеомагнитофон и телевизор, а также преобразователи видеосигналов.
21. Устройства накопления данных современных вычислительных систем. Накопители на магнитных лентах (НМЛ, стримеры) и жестких магнитных дисках (НЖМД) большой емкости
Накопители на магнитной ленте исторически появились раньше, чем накопители на магнитном диске. Бобинные накопители используются в суперЭВМ и mainframe. Ленточные накопители называются стримерами, они предназначены для создания резервных копий программ и документов, представляющих ценность. Запись может производиться на обычную видеокассету или на специальную кассету.
Емкость такой кассеты до 1700 Мб, длина ленты 120 м, ширина 3.81 мм (2 — 4 дорожки). Скорость считывания информации-до 100 Кб/сек.
Стример (от англ. streamer) — запоминающее устройство на магнитной ленте с последовательным доступом к данным, по принципу действия — обычный магнитофон.
Преимущества: большая ёмкость, невысокая стоимость информационного носителя, стабильность работы, надёжность.
•Низкая скорость доступа к данным из-за последовательного доступа
Основное назначение: Запись и воспроизведение информации, создание резервных копий данных.
Магнитные диски (МД)— в качестве запоминающей среды используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры — 0 и 1. Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей — дорожек.
Каждая дорожка разбита на сектора (1 сектор = 512 б). Обмен между дисками и ОП происходит целым числом секторов. Кластер — минимальная единица размещения информации на диске, он может содержать один и более смежных секторов дорожки. При записи и чтении МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подводит ее к выбранной для записи или чтения дорожке.
НЖМД или «винчестеры» изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрыты ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Емкость накопителей за счет чрезвычайно плотной записи достигает нескольких гигабайт, быстродействие также выше, чем у съемных дисков (за счет увеличения скорости вращения, т.к. диск жестко закреплен на оси вращения). Первая модель появилась на фирме IBM в 1973 г. Она имела емкость 16 Кб и 30 дорожек/30 секторов. Диаметр ЖМД: 3,5″ (есть 1,8″ и 5,25″). Скорость вращения 7200 об/мин, время доступа — 6 мс.
Каждым ЖМД проходит процедуру низкоуровневого форматирования — на носитель записывается служебная информация, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их, маркируются дефектные сектора для исключения их из процесса эксплуатации диска. В ПК имеется один или два накопителя. Один ЖД можно разбить при помощи специальной программы на несколько логических дисков и работать с ними как с разными ЖД.
Источник: kazedu.com