Комп'ютер малює

Одним з фундаментальних понять інформатики є алгорітм18. Під алгоритмом розуміють опис деякої точно заданої послідовності дій. Він може бути розрахований на виконання людиною або автоматичним пристроєм -- виконавцем. Алгоритм, призначений для комп'ютера (або іншого автомата) і записаний на спеціальній мові, називають програмою. Зручна зміна програми - І машина починає виконувати зовсім інші дії. Перший пристрій з швидкою зміною програми було винайдено в 1801-1804 рр. Жозеф Марі Жаккар (Це був ткацький верстат, кожен рух човника якого записувалося на окремої перфокарти), ідею ж програмного керування процесом обчислень висунув у середині минулого століття англійський учений Чарльз Беббідж19. У сучасних обчислювальних машинах програма зберігається в тієї ж пам'яті, що й оброблювані данние20; це дозволяє легко її змінювати або замінювати іншою. Ну, а в результаті - величезна кількість "професій" комп'ютера і надзвичайно швидка їх зміна.

Але, раз діями комп'ютера управляє програма, чи не означає це, що для його використання людині необхідно вміти програмувати?

На зорі розвитку ЕОМ так і було: для вирішення будь-якої задачі потрібно було самому складати спеціальну програму. Сучасні ж комп'ютери оснащуються багатим програмним забезпеченням (ПЗ), яке розроблено професійними программістамі21.

ПО звичайно ділять на три види:

системне (воно безпосередньо управляє взаємодією всіх пристроїв комп'ютера між собою, а також з іншими програмами і користувачем);

прикладне (це програми, які вирішують конкретні завдання, наприклад, редагування тексту або пересилання електронної пошти);

інструментальне (з його допомогою створюються нові програми).

Ми будемо, в основному, займатися найбільш поширеними видами прикладних програм, а одночасно з цим поговоримо і про вузли комп'ютера, необхідних для відповідної роботи.

Почнемо з пристрою, не помітити яке, мабуть, неможливо: монітора. Він призначений для виведення інформації на екран у вигляді деякого зображення. Але як це зображення виходить? Придивімося уважніше. Помітили? Зображення складається з маленьких кружечків (або смужок) трьох кольорів: червоного, зеленого і сінего22. Три електронних променя пробігають по черзі по всіх рядках екрану і примушують світитися особлива речовина - люмінофор23. Керуючи променем, можна керувати яскравістю точок відповідного кольору. У результаті додавання в різному співвідношенні трьох основних кольорів виходять всі видимі відтінки.

Подібним чином отримують і зображення на папері за допомогою іншого поширеного пристрої виводу - принтера. Він той чи інший спосіб наносить на папір в потрібних місцях точки трьох (частіше - чотирьох) кольорів. Оскільки в цьому випадку ми бачимо відображене світло, потрібно використовувати фарби, що затримують основні кольори: блакить, і пурпур і жовту. Для підвищення якості до них додають черную24.

Крапки, утворюють зображення настільки малі і розташовані так близько одне до одного, що людина сприймає їх як єдине ціле. Сукупність цих точок називають растром25, а саме зображення - растровим.

Представлення графічної інформації в пам'яті комп'ютера засноване на тому ж принципі. Всі зображення розбивається на маленькі "точки" - пікселі, відтінок кожного з яких позначають двійковим кодом. У простому випадку картинка складається тільки з чорних і білих пікселів. Таку точку можна позначити одним двійковим символом, припустимо, нуль буде позначати чорний колір, а одиниця -- білий. Виходить, для зберігання такого зображення потрібно буде стільки біт пам'яті, зі скількох пікселів воно складається. Наприклад, перші комп'ютери "Макінтош" мали дозвіл екрана 512 х 342 пікселів. Тобто, всі зображення складалося з 512 • 342 = 175104 елементів. Для зберігання кожного використовувався 1 біт пам'яті. Відтак усі зображення займало 175104 біт = 21888 байт - (приблизно 21 Кбайт).

А якщо зображення складається не тільки з чорних і білих точок? Збільшимо кількість розрядів в коді: нехай кожен піксель позначається двома битами. Скільки різних кодів вийде? "00", "01", "10" і "11" - чотири. Мало? Додамо ще біт: "000", "001", "010", "011", "100", "101", "110", "111" - можна закодувати 8 квітів. Як бачите, збільшення довжини коду на один символ подвоює кількість різних відтінків, які можна позначити.        

біт         

1         

2         

3         

4         

5         

6         

7         

8         

9         

10             

квітів         

2         

4         

8         

16         

32         

64         

128         

256         

512         

1024     

Для того, щоб людське око не помічав мерехтіння монітора промені повинні пробігати весь екран кілька десятків разів на секунду27. Тому картинка, яку показує нам комп'ютер, поміщається в спеціальну оперативну пам'ять -- відеопам'ять, з якої інформація і зчитується з необхідною частотою.

Спробуємо розрахувати мінімальний обсяг відеопам'яті для комп'ютера, який при вирішенні 640х480 пікселів відображає 256 відтінків. Зображення в цьому випадку складається з 640 • 480 = 307200 елементів. Щоб можна було позначити 256 кольорів, код кожного з них повинен містити (подивіться в таблицю) 8 біт. Отже, кожен піксель займе в пам'яті 8 біт = 1 байт, а весь екран - 307200 байт = 300 Кбайт. Сучасні комп'ютери можуть працювати з набагато більшим дозволом і обробляти зображення, які містять тисячі28 і навіть мілліони29 відтінків кольору. Крім того, у відеопам'яті може зберігається декілька кадрів одночасно, а сучасні графічні плати ще й "беруть на себе" частину функцій центрального процесора з побудови ізображенія30, тому обсяг їх пам'яті може досягати декількох мегабайт.

Для роботи з графічною інформацією існують спеціальні програми, які так і називаються - графічні редактори. Всі вони дозволяють намалювати потрібне зображення, змінити його, зберегти малюнок в зовнішній пам'яті, а також надрукувати його. Однак, закодувати картинку для обробки можна по-різному. Ви вже знаєте про растровому поданні зображення. У цьому випадку найменший елемент, який можна змінити, - це окрема точка растру (піксель). Звичайно, можна працювати не тільки з окремими точками, а й будь-якими довільними фрагментами малюнка, імітувати малювання різними реальними інструментами художника. Редактори, що використовують таке подання інформації, називаються растровими.

Але можна запам'ятовувати не саму картинку, а інструкції, як її намалювати. Сучасні комп'ютери можуть виконувати такі інструкції з дуже великою швидкістю -- малюнок з `являється майже миттєво. В результаті виявляється, що зображення складається як би з великої кількості фігурок, розкладених на аркуші. Їх можна в будь-який момент посунути, перекласти по-іншому, прибрати або замінити. Такі "фігурки" називають об'єктами, а графічні редактори, що працюють з ними - об'єктними 31.

Обидва способу представлення зображення мають свої переваги і недоліки, тому, залежно від конкретного завдання, вибирається той чи інший графічний редактор.

Схожі способи представлення існують і для звуку. Можна розбити весь час звучання на дуже маленькі проміжки і зберігати величину сигналу в кожен з цих проміжків. А можна вказати, яку ноту, в який момент і на якому інструменті зіграти.

Примітки

Algorithmi - написане на латинський манер ім'я великого математика IX ст. Аль-Хорезмі, який сформулював правила виконання чотирьох арифметичних дій.

У 1833-1871 рр.. Чарлз Беббідж запропонував схему "аналітичної машини ", містила набір пристроїв, аналогічний сучасним комп'ютерам. Ця машина повинна була виконувати програми, записані на перфокартах. До жаль, рівень техніки того часу не дозволив побудувати працює зразок такого пристрою.

Принцип збереженої програми - один з основних принципів створення комп'ютерів, висунутих в 1954 р. американським вченим Джоном фон Нейманом.

Вартість ПЗ сучасного комп'ютера часто багато разів перевершує вартість його апаратури.

За першими літерами англійських назв основних кольорів (Red, Green, Blue) така модель освіти відтінків позначається "RGB"

Luminis (лат.) - світло; phoros (грец.) - несучий

Відповідна колірна модель позначається "CMYK" (Cyan, Magenta, Yellow, blacK)

від лат. Rastrum - граблі

Pixel (від PICture ELement, англ.) - Елемент зображення.

Більшість людей не помічає мерехтіння при частоті більше 70 герц (тобто 70 разів на секунду).

32768 відтінків, так званий Hi-Color (англ. High Color -- високоякісний колір) - зображення, за якістю близьке запису побутових відеомагнітофонів.

16777216 відтінків - True Color (англ. - істинний колір) -- зображення фотографічної якості.

Такі пристрої називають графічними прискорювачами.

Інша назва - векторні редактори - пов'язано з особливостями математичного опису зображень у перших таких програмах.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://macedu.narod.ru