W dzisiejszych czasach nasze życie jest niezwykle bogate w dane: wszystko, co widzimy i słyszymy z komputera składa się z danych. Na przykład, dziś w drodze do pracy słuchałem muzyki, jednocześnie przeglądając mój kanał na Twitterze i zdjęcie kota mojego przyjaciela na Instagramie. Wszystkie te rzeczy – muzyka, tekst i zdjęcia – są w zasadzie tylko seriami jedynek i zer. Na bardzo podstawowym poziomie, z tego właśnie składa się cała informacja cyfrowa.
Jak więc jedynki i zera stają się muzyką, wiadomościami w mediach społecznościowych lub zdjęciami kotów? Aby zacząć odpowiadać na to pytanie, zabiorę Cię na krótką wycieczkę po historii i znaczeniu danych i mediów cyfrowych, aby dać Ci wyobrażenie o tym, jak doszliśmy tak daleko ze zwykłymi jedynkami i zerami.
Zadania komputera
Komputery zostały zbudowane w celu przetwarzania danych, aby przekształcić je w informacje. Informacja jest ściśle związana z danymi; główna różnica polega na tym, że dane są sformalizowaną reprezentacją czegoś, co po nadaniu kontekstu lub po przeanalizowaniu staje się informacją. Dane są więc terminem bardziej abstrakcyjnym niż informacja.
W tym kursie zajmujemy się głównie tym, jak dane są reprezentowane przez komputery, a nie tym, jak komputery przetwarzają i tworzą informacje. Jest to ważne rozróżnienie, ponieważ celem tego kursu jest pomoc w zrozumieniu formalizacji i kodów, których komputery używają, aby ożywić dane. Zasadniczo, nauczysz się rozumieć rzeczy z punktu widzenia komputera – rzeczy, które widzisz, słyszysz i bierzesz za pewnik w swoim codziennym życiu. Wiedza ta jest bardzo istotna dla wielu aspektów teorii informatyki.
Komputer jest zaprojektowany do robienia wielu rzeczy z danymi: + Odbierać dane + Przechowywać dane + Manipulować danymi + Prezentować dane
To wszystko dzieje się wewnętrznie w komputerze. Jak więc komputery odbierają, przechowują, manipulują i prezentują dane wykorzystując do tego celu elektryczność? W naszym kursie Jak działają komputery wyjaśniamy, że komputery składają się z szeregu przełączników, które mogą być włączone lub wyłączone, a stany te odpowiadają binarnej reprezentacji 1 (włączony) i 0 (wyłączony). Prąd elektryczny przepływa przez przełączniki, a jeśli dodamy więcej przełączników, otrzymamy więcej jedynek i zer. Oto przykład, jak to działa:
Każdy stan 1 (włączony) lub 0 (wyłączony) w pojedynczym przełączniku jest nazywany bitem, który jest najmniejszym elementem danych, jakie komputer może przechowywać. Jeśli użyjesz więcej przełączników, otrzymasz więcej bitów; z większą ilością bitów możesz reprezentować bardziej złożone dane, takie jak muzyka, tekst i obraz, o których mówiłem wcześniej. Miliardy przełączników mieszczą się na jednej płytce drukowanej, a komputery ożywiają dane poprzez pracę z tymi bitami.
Podczas tego kursu przyjrzymy się procesom, których komputery używają do przekształcenia tych bitów w rzeczy, które można zobaczyć i usłyszeć. Pierwszym krokiem jest zrozumienie, w jaki sposób informacja jest przekształcana z formatu fizycznego na cyfrowy, który może być reprezentowany przez bity. Ten proces konwersji nazywany jest digitalizacją.
Digitalizacja
Aby zrozumieć digitalizację, spójrzmy na to, jak bardzo rozwinęła się technologia w ciągu ostatnich 25 lat. Technologia multimedialna i Internet przekształciły nas w kulturę cyfrową. Na przykład, jest to technologia, która była popularna 25 lat temu w 1993 roku, w porównaniu z obecną technologią:
Dzisiaj większość form mediów masowych, telewizja, nagrana muzyka i film są produkowane i dystrybuowane cyfrowo, a teraz są one zbieżne z Internetem i World Wide Web, aby stworzyć cyfrowy krajobraz medialny, którego doświadczamy każdego dnia. Oto kilka interesujących faktów na temat digitalizacji mediów:
- Niemal cała muzyka, jaką ludzie kiedykolwiek nagrali, została zdigitalizowana
- W 2011 roku Amazon zaczął sprzedawać więcej książek cyfrowych niż drukowanych
- W 1986 roku 99.2% światowej zdolności przechowywania informacji było analogowe; 21 lat później, w 2007 roku, 94% było cyfrowe
Na powyższych zdjęciach przykłady popularnych technologii z 1993 roku są analogowe, a przykłady z 2018 roku są cyfrowe. Różnice między analogowymi i cyfrowymi omówimy bardziej szczegółowo później. Na razie, aby wyjaśnić, jak cyfryzacja postępowała od 1993 roku do dziś, dam ci szybki przegląd technologii analogowej i cyfrowej.
Analogowa elektronika, podobnie jak przykłady z 1993 roku, używa sygnałów analogowych. Możesz sobie wyobrazić sygnały analogowe jako podobne do linii temperatury na termometrze rtęciowym: linia zmienia się w sposób ciągły, aby wskazać temperaturę.
Podobnie jak linia termometru rtęciowego, sygnały analogowe mogą przyjmować ciągły zakres wartości w celu reprezentowania danych, a zakres ten może być wizualizowany. Z drugiej strony, termometr cyfrowy pokazuje wartości w nieciągłych krokach, na przykład dziesiętnych części stopnia.
Stare telewizory telewizyjne służą jako kolejny przykład: te telewizory używają sygnału z ciągłą zmienną falą do reprezentowania dźwięków i obrazów.
Ponieważ zmiany w tych falach są tak małe, formy fal mogą być zakłócane przez interferencje, co powoduje takie rzeczy jak statyczny dźwięk i śnieżne obrazy. Aby zmniejszyć interferencję, komputery mogą przekształcać fale w jedynki i zera (lub bity) jako pojedyncze kawałki danych. Użycie bitów zamiast form falowych zmniejsza efekty zakłóceń i skutkuje lepszą jakością dźwięku i obrazu. Komputery reprezentują zatem media w formacie numerycznym, co ma duży i rosnący wpływ na to, co widzimy i słyszymy w naszym codziennym życiu.
W tym tygodniu zagłębimy się w matematykę i podstawowe procesy obliczeniowe leżące u podstaw obliczania mediów i reprezentacji danych.
Działanie: codzienne dane
Teraz zobaczyłeś kilka przykładów, jak dane są reprezentowane, pomyśl o danych, które są ożywiane dla ciebie każdego dnia przez twój telefon, laptop lub komputer stacjonarny, i wszystkie inne komputery wokół ciebie, takie jak cyfrowe wyświetlacze w codziennej podróży pociągiem, twój inteligentny telewizor w domu, lub cyfrowe radio w twoim samochodzie.
.