Методи стиснення , алгоритм Хафмана

Вступ

Інформатика (англ. informatics) — теоретична та прикладна (технічна, технологічна) дисципліна, що вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також методи і (технічні) засоби її створення, перетворення, зберігання, передачі та використання в різних галузях людської діяльності. Основне теоретичне завдання інформатики полягає у визначенні загальних закономірностей, відповідно до яких створюється інформація, відбувається її перетворення, передавання та використання у різних сферах діяльності людини. Прикладні завдання інформатики полягають у розробці найефективніших методів і засобів здійснення інформаційних процесів, у визначенні способів оптимальної наукової комунікації у самій науці та між наукою і виробництвом

Слово „ інформатика ” походить з французької (information – інформація та automatique - автоматика) Інформація — це нові відомості, які прийняті, зрозумілі і оцінені її користувачем як корисні. Властивості інформації:

Цінність інформації — визначається корисністю та здатністю її забезпечити суб'єкта необхідними умовами для досягнення ним поставленої мети. Достовірність — здатність інформації об'єктивно відображати процеси та явища, що відбуваються в навколишньому світі. Як правило достовірною вважається насамперед інформація яка несе у собі безпомилкові та істинні дані. Під безпомилковістю слід розуміти дані які не мають, прихованих або випадкових помилок. Випадкові помилки в даних обумовлені, як правило, неумисними спотвореннями змісту людиною чи збоями технічних засобів при переробці даних в інформаційній системі. Тоді як під істинними слід розуміти дані зміст яких неможливо оскаржити або заперечити. Актуальність — здатність інформації відповідати вимогам сьогодення (поточного часу або певного часового періоду).

Розділ І. Апаратне и програмне забезпечення комп’ютера. Основні блоки персонального комп’ютера

1.1 Апаратне і програмне забезпечення комп’ютера

Апаратне забезпечення — комплекс технічних засобів, який включає ЕОМ.

Програмне забезпечення -це сукупність програм і відповідної документації, для створення та експлуатації систем опрацювання данних засобами обчислюваної техніки.

Системне програмне забезпечення - це сукупність програм і програмних компонентів для забезпечення роботи компютера.

Пакет прикладних програм - це комплекс взаємоповязаних програм для розвязання задач конкретної галузі Мікропроцесор – невелика електронна схема, яка виконує усі обчислення і обробку інформації. Найважливішою характеристикою мікропроцнсора є його продуктивність (швидкодія). Продуктивність, в першу чергу, залежить від тактової частоти, яку вимірюють у мегагерцах. За допомогою тактової частоти синхронізується робота усіх пристроїв ПК.Крім тактової частоти до найважливіших характеристик мікропроцесора відносять такі:

· Розрядність. Це кількість внутрішніх двійкових розрядів, яка суттєво впливає на його продуктивність.

· Кількість розрядів, пов'язаних із системною адресною шиною, та кількість розрядів, пов'язаних з системною шиною даних.Мікропроцесор складається з: арифметикого-логічного пристроя(для арифметичних операцій таких як додавання,множення,тощо; для логічних операцій) та пристрою управління(здійснюю координацію роботи всіх інших пристроїв).

Інформацíйна систéма — сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів. Інформаційна система має апаратну та програмну складові.

Клавіатура — це основний пристрій ручного введення інформації — команд і даних.
Стандартна клавіатура IBM PC має не менше 101 клавіші, за допомогою яких можуть бути згенеровані 256 різних символів і знаків. Крім клавіш, на клавіатурі є індикатори, що вказують стан клавіш, NumLock, CapsLock, ScrollLock.На клавіатурах, призначених для роботи в Windows, для зручності роботи є три додаткові клавіші. Усередині корпуса будь-якої клавіатури, крім датчиків клавіш, розтшовані електронні схеми дешифрації.

Сканер — це пристрій, що дозволяє вводити в комп'ютер зображення з паперу чи іншої плоскої поверхні. Сканери відрізняються один від одного роздільною здатністю, кількістю сприйманих кольорів або відтінків сірого кольору.

Вони бувають:

· Ручні сканери і штрих-сканери. Датчик переміщується вздовж аркушу паперу вручну.

· Роликові сканери. Датчик нерухомий, а система роликів переміщує

папір вздовж нього.

· Планшетні сканери. Папір нерухомий, а датчик переміщується вздовж нього автоматично сканером.

Маніпулятори — це пристрої введення, що забезпечують цілком природний спосіб спілкування користувача з комп'ютером і широко використовуються в сучасних операційних системах і програмах. Найпоширенішим маніпулятором є миша.

Миша. Принцип роботи механічної мишки наступний: кулька торкається двох валів, один з яких при переміщенні мишки обертається вздовж осі X, а другий – вздовж осі У. На ці вали насаджені невеликі диски з прорізами, через які до фотодатчиків проходить (або не проходить) інфрачервоне випромінювання від відповідних джерел. Кожний отриманий імпульс таким оптико-механічним датчиком розцінюється як один крок за однією з координат. Також мишка має дві або три кнопки при натисканні яких подаються сигнали, які використовуються для управління програмами.

Пристрої виведення забезпечують виведення результатів роботи користувачеві.Основними пристроями виведення є монітор і принтер.
Монітор призначений для виведення на екран текстової та графічної інформації. Монітори бувають кольорові й монохромні, різного розміру (від 14 до 21 дюйма по діагоналі кінескопа). Роздільна здатність — найважливіша характеристика монітора — кількість точок на екрані по вертикалі й по горизонталі в переданому зображенні. Чим вищим є розділення, тим краща якість графічного зображення.
Принтер (від англ. to print — друкувати), призначений для виведення інформації на папір, плівку. Зазвичай принтери можуть виводити не тільки текстову, але й графічну інформацію. Одні принтери дозволяють друкувати тільки в одному кольорі, інші можуть виводити й кольорові зображення.

 

1.2Основні блоки персонального комп’ютера

Звичайно, персональні комп'ютери складаються з трьох частин (блоків):

· системного блоку;

· клавіатури, що дозволяє вводити символи в комп'ютер;

· монітора (чи дисплея) - для зображення текстової і графічної інформації.

Комп'ютери випускаються й у портативному варіанті - у "наколінному" чи "блокнотом" (ноутбук) виконанні. Тут системний блок, монітор і клавіатура вкладені в один корпус: системний блок захований під клавіатурою, а монітор зроблений як кришка до клавіатури.

Хоча з цих частин комп'ютера системний блок виглядає найменш ефектно, саме він є в комп'ютері "головним". У ньому розташовуються всі основні вузли комп'ютера:

· електронні схеми, що керують роботою комп'ютера (мікропроцесор, оперативна пам'ять, контролери пристрою і т.д.);

· блок харчування, що перетворить електроживлення мережі в постійний струм низької напруги, подаваний на електронні схеми комп'ютера;

· нагромаджувачі (чи дисководи) для гнучких магнітних дисків, використовувані для читання і запису на гнучкі магнітні диски (дискети);

· накопичувач на жорсткім магнітному диску, призначений для читання і запису на незнімний твердий магнітний диск (вінчестер).

Процесор - серце і мозок комп'ютера, центральний елемент, що визначає швидкість його роботи (продуктивність).

Можна умовно виділити кілька важливих пристроїв:

процесор - "обчислювач", пристрій, що виконує операції над числами (всі арифметичні і логічні операції) і управляє роботою всіх блоків ЕОМ (в ПЕОМ процесор називається мікропроцесором); співпроцесор - спеціальний блок для операцій з ''плаваючою точкою" (або коми). Застосовується для особливо точних і складних розрахунків і для роботи з графічними програмами.

У комп'ютера є два види пам'яті. Одна забезпечує постійне зберігання інформації, на неї не впливає вимикання живлення. Це постійна пам'ять машини, яка представляє собою постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ).

Інший вид пам'яті - для тимчасового зберігання інформації - оперативний запам'ятовуючий пристрій. Для тимчасового зберігання інформації використовується і кеш-пам'ять.

Оперативна пам'ять. Для оперативної роботи з даними, які повинні бути завжди під рукою комп'ютера потрібна оперативна пам'ять, що володіє великою швидкістю доступу. Зберігати в ній інформацію постійно не виходить - при відключенні харчування вся інформація з оперативної пам'яті зникає. Оперативна пам'ять випускається у вигляді мікросхем, зібраних у спеціальні модулі. Кожен модуль може вміщати від 1 до 128 Мб оперативної пам'яті. На відміну від оперативної пам'яті жорсткий диск призначений довготривалого зберігання всієї, наявної в комп'ютері інформації. Інформація зберігається на одній або кількох круглих пластинах з магнітним шаром, над яким літають - працюють магнітні записуючі головки.

РОЗДІЛ ІІ. Операційна система Windows XX. Особливості розвитку операційної системи Windows

2.1Операційна система Windows XP

Операційна система -це сукупність програмних засобів, які здійснюють керування ресурсами ПК, запуск прикладних програм та контроль за їх взаємодії із зовнішніми пристроями і іншими програмами та забезпечують діалог користувача з ПК. Найпоширенішою на сьогоднішній день операційною системою для персональних комп'ютерів є Windows. Увімкнувши комп'ютер ми розглянули екран — це електронний робочий стіл користувача. На ньому є панель задач, розгорнуте каскадне меню та підписані піктограми, які позначають різні об'єкти. Панель задач забезпечує швидкий доступ до програм та файлів.

Інтерфейс Windows

Елементи інтерфейсу Windows належать: Робочий стіл — основне вікно в інтерфейсі операційної системи, яке займає весь екран та розташовується під усіма іншими вікнами. Призначення панелі завдань — спростити перехід від однієї запущеної програми до іншої, відображати важливу системну інформацію, а також полегшити виконання найуживаніших операцій. Головне меню -Коли користувач клацає на панелі завдань кнопку Пуск, з'являється головне меню Windows.

Основні елементи Windows

ОС Windows створена на базі об’єктивно - орієнтованої методології програмування основними поняттями якого стають об’єкт, його властивості та дії, які об’єкт може виконати залежно від запиту. Об’єкти Windows: файлова система (папки, файли), рівня користувача (додаток, документ), графічний інтерфейс (вікна) Вікно-частина екрану у якій можуть виконуватися програми і процеси. Типи: Вікна папок містять значки об’єктів, що знаходяться в цій папці. Вікна додатків містять елементи управління додатком та вікна документів. Діалогові вікна містять тільки елементи управління. Вікна документів містять самі документи.

 

Типи та структура вікон

Вікно – це прямокутна область екрана, в межах якої користувач може виконувати різні операції над об’єктами ОС.

Типи вікон: Програмні – відкриваються при запуску програм. Діалогові– призначені для встановлення параметрів та властивостей різних об’єктів. Інформаційні – містять повідомлення для користувача.Елементи інтерфейсу вікон:Рядок заголовка – верхній елемент вікна, який містить кнопку Меню вікна, назву вікна та кнопки керування вікном: Згорнути, Розгорнути/ Відновити, Закрити. Рядок меню – містить список команд, які можна виконувати над об’єктами у вікні. Панелі інструментів – відображають кнопки найбільш уживаних команд. Робоча область – область в якій можна працювати з об’єктами вікна. Рядок стану – нижній елемент вікна, який містить інформацію про стан вікна чи якогось об’єкта в ньому. Смуги прокручування – призначені для перегляду вмісту всього вікна, якщо він не поміщається на екрані.

Характеристика і основні можливості стандартних додатків

Операційна система Windows оснащена стандартними простими програмами, які зручні у користуванні і в змозі замінити професійні пакети у випадку швидкого виконання нескладних операцій. Ці програми містяться за адресою Пуск\ Програми\ Стандартні.У комплекті Windows є наступні програми:

Калькулятор – програма, що імітує мікрокалькулятор.

Блокнот – простий текстовий редактор, призначений для створення тексту без застосування елементів форматування.

WordPad – повно функціональний текстовий редактор із можливістю форматування тексту.

Paint – простий графічний редактор для створення растрової графіки.

Imaging – програма, що дозволяє переглянути графічні файли та застосувати нескладні виправлення.

 

2.2Історія розвитку ОС Windows

Операційна система Windows орієнтована на організацію зручного середовища роботи користувача на персональному комп'ютері. До її появи будь-яка операційна система вимагала від користувача знання мови команд по управлінню комп'ютером. Windows дозволила змінити вигляд середовища і правила роботи в ньому. З'явився зручний для користувача графічний інтерфейс з досить простими правилами роботи. Відпала необхідність вивчення структур команд і правила роботи з ними. Цікаво, що перші версії цього продукту були зустріті досить холодно і не знайшли відгуку ні серед професіоналів, ні серед простих користувачів. З 1985-1990 рр. система Windows змінила обличчя комп'ютерного світу в подальше п'ятиріччя, пройшовши шлях від графічної оболонки операційної системи MS DOS в перших версіях до повноцінної операційної системи в подальших версіях Windows 95 і Windows 98, а потім і взагалі залишивши DOS лише як емулятор. WindowsXP є яскравим цьому прикладом, хоча вона є лише "наслідником" WindowsNT, в якій функція DOS була відкинута.

Випущена 24 серпня 1995 р. операційна система Microsoft Windows 95 стала першою графічною операційною системою для комп'ютерної платформи IBMPC. Переваги Windows 95 вельми значні, що і послужило початком її тріумфального ходу в комп'ютерному світі..На відміну від попередніх версій, Windows цього сімейства вже є повноцінними операційними системами та не потребують для своєї роботи підтримки з боку MSDOS. Водночас спрямування системи на широкий споживацький ринок обумовили підвищені вимоги до зворотної сумісності, тобто можливість виконання широкого спектру програм, написаних для MS DOS та більш ранніх версій Windows.Це призвело до компромісів в архітектурі, що певним чином вплинуло на стабільність Windows цього сімейства. При цьому потреба охопити якнайширший парк встановлених у потенційних користувачів комп'ютерів, накладала досить жорсткі вимоги до швидкості роботи ОС. Пришвидшення роботи частково відбулось за рахунок архітектурних компромісів, що теж вплинуло на стабільність цих систем.

Операційна система Windows 98, випущена 25 червня 1998 р., була достатньо стабільною в роботі і мала значні переваги. У ній розширений комплект стандартних програм, в який включений ряд програмних продуктів, які до цього постачалися окремо. Значно посилені комунікаційні можливості. Завдяки однаковій концепції Windows 95 і Windows 98 дуже близькі між собою по функціях, що виконуються і надають користувачеві для роботи вельми схожі, якщо не сказати однакові, інтерфейси.

Останньою версією цього типу була WindowsMe, яка вийшла в світ 19 червня 2000 р. В надійності роботи вона дещо поступалась попередній, але мала свої переваги, які все ж виявилися недостатніми. WindowsMe досить недовго протрималась на світовому ринку. Менш ніж через рік його завоювала інша ОС, WindowsXP.

Розробка WindowsNT велась на тих самих засадах, що і Windows 9X, але NT із самого початку позиціонувалась не на домашнє використання, а на серверний ринок. Це дозволяло не звертати значної уваги на зворотну сумісність та накладало не такі жорсткі обмеження на швидкість роботи. Таким чином в ОС цього сімейства з самого початку були повноцінно реалізовані механізми безпечної взаємодії між процесами, що позитивно вплинуло на їх стабільність. Ціною були більш високі вимоги до апаратного забезпечення та (особливо в ранніх версіях) обмежена можливість використання старих програм. До ОС цього сімейства належать: WindowsNT 3.1, вийшовши в серпні 1993 р.; у вересні 1994 з'явилась WindowsNT 3.51; наступними ОС цього типу стали WindowsNT 4.0, WindowsNT 4.0 Server, що вийшли 29 липня 1996 року; 17 лютого 2000 року вийшли Windows 2000 Professional, Windows 2000 Server, Windows 2000 AdvancedServer, Windows 2000 DatacenterServer; після них, нарешті, знаменита XP (XPHomeEdition, WindowsXPProfessional) 2001 рік; 2003 WindowsServer 2003.

 

Розділ ІІІ. Вірус, їх види, антивірусні програми, їх види. Архівація файлів

3.1Комп’ютерні віруси

Комп'ютерний вірус — комп'ютерна програма, яка має здатність до прихованого саморозмноження.

· Файлові віруси - вид комп'ютерних вірусів. Вони заражають різні типи файлів й активуються в ту мить, коли користувач їх запускає.

· Завантажувальні віруси - це той тип вірусів, який "заражає"ваші флешки, а в недалекому минулому й дискети.

· Троянські програми - такий тип шкідливих програм, які проникають на ваш комп'ютер, перебуваючи всередині будь-якої простенької програми.

·Шпигунські програми проникають в комп'ютер користувача за допомогою троянських програм під виглядом реклами або просто встановлені неуважним користувачем.

· Документні віруси - заражають текстові документи офісних систем Microsoft Office і OpenOffice.

Антивірусні програми - програми для знаходження і лікування програм що заражені комп'ютерним вірусом, а також для запобігання зараження файлу вірусом. Програми дедактори-призначені для знаходженя заражених файлів.

Програм-лікарі - призначені для лікування заражених дисків і програм. Програми-ревізори-виявлення зараженя вірусом файлів, знаходження ушкоджених файлів.Програми-фільтриЛікарі-ревізори- виявлення змін у файлах і системних областях дисків і у разі мін переводять у початковий стан.

 

Класифікація та можливості комп'ютерних вірусів

Можна класифікувати за такими ознаками:

· середовище існування: Мережні віруси поширюються у різних комп'ютерних мережах. Файлові віруси проникають головним чином у виконавчі модулі, тобто у файли, що мають розширення СОМ і ЕХЕ. Завантажувальні віруси проникають у завантажувальний сектор диска або в сектор, що містить програму завантаження системного диска. Файлово-завантажувальні віруси заражають як файли, так і завантажувальні сектори дисків.

· спосіб зараження середовища існування: Резидентний вірус при зараженні комп'ютера залишає в оперативній пам'яті свою резидентну частину. Нерезидентні вірусине заражають пам'ять комп'ютера і є активними протягом обмеженого часу.

· вплив; Безпечні, що не заважають роботі комп'ютера, але зменшують обсяг вільної оперативної пам'яті й пам'яті на дисках, дії таких вірусів виявляються в яких-небудь графічних або звукових ефектах; Небезпечні віруси, що можуть призвести до різних порушень у роботі комп'ютера; Дуже небезпечні, вплив яких може призвести до втрати програм, знищення даних, стирання інформації у системних областях диска.

Методи захисту від комп'ютерних вірусів

• використання надійних джерел програмного забезпечення;

• перевірка інформації, що надходить зовні;

• установлення захисту від запису на зйомних дисках з файлами;

• обмеження доступу до комп’ютера сторонніх осіб;

• регулярне створення резервних копій.

Антивіруси — це утиліти, що дозволяють виявляти віруси, лікувати заражені файли і диски, виявляти і відвертати характерні для вірусів дії. Найбільш розповсюджені наступні антивірусні програми: Аidstest, Doctor Web, Аdinf, MSAV з поставки МS-DOS, комплекс Norton Anti Virus для Windows, NOD-32 та інші.

Перевірка дисків на наявність вірусів за допомогою антивірусних програм

Перевіряти диск на наявність вірусів краще за допомогою антивірусної програми, встановленої у вашому комп'ютері. Після установки антивірус попросить перезавантажити комп'ютер - зробіть це. Потім відкрийте провідник Windows. Це можна зробити натисненням поєднання клавіш WIN + E або подвійним клацанням іконки «Мій комп'ютер». Наведіть курсор миші на значок диска, який треба перевірити і клацніть на його правою кнопкою миші=виберіть пункт перевірки його на віруси. Антивірус займеться перевіркою диска і якщо підозрілі файли будуть виявлені, то запропонує вам вибрати дій з ними.

Запуск програм, призначення пунктів меню, можливості

Система Windows створена таким чином, що практично будь-яку операцію можна в ній виконати кількома способами. Так для запуску програм передбачено кілька можливостей. Натисніть кнопку Пуск, виберіть пункт Программы, що у свою чергу складається з систем підменю, які розкриваються. Щоб запустити програму, потрібно до неї дібратися ланцюжком меню, які розкриваються і клацнути мишею по цій програмі. Головне меню Windows відкривається клацанням по кнопці “Пуск”. Те саме можна отримати натискуванням клавіші Enter + Esc. Меню завжди має сім стандартних команд: Программы, Документы, Настройка, Поиск, Справка, Выполнить і Завершение работы...

Використання антивірусних програм

Антивірусні програми- програми для знаходження і лікування програм що заражені комп'ютерним вірусом, а також для запобігання зараження файлу вірусом.Програми дедактори-призначені для знаходженя заражених файлів.

Програм-лікарі - призначені для лікування заражених дисків і програм. Програми-ревізори-виявлення зараженя вірусом файлів, знаходження ушкоджених файлів.Програми-фільтри - перехоплюють ті звернення до системи, які використовуються вірусами для розмноження і нанесення шкоди.Лікарі-ревізори- виявлення змін у файлах і системних областях дисків і у разі мін переводять у початковий стан.

3.2Архівація даних

Архівація файлів - це процедура перекодування данх, яка проводиться з метою зменшення їхнього обсягу, розмірую Інформація, що зберігається на диску, може бути зруйнована внаслідок фізичного псування магнітного носія, внаслідок дії зовнішніх магнітних полів, старіння магнітного покриття тощо, тому необхідно мати на дисках архівні копії документів. Але зберігання архівів в початкову вигляді дуже невигідно через великі обсяги інформації. Архівний файл– це файл з розширенням.rar,.zip,.arj.WinRar є потужним популярним архіватором, який має зручний інтерфейс.

Методи стиснення

Стиснення даних — це процедура перекодування даних з метою зменшення їхнього обсягу. Стиснення базується на усуненні надлишковості інформації, зокрема на заміні часто повторюваних послідовностей коротшим значенням (кодом). Буває стиснення без втрат, коли вихідні дані можна відновити без викривлень, і з втратами, коли дані можна відновити лише з викривленнями, які, проте, можуть бути непомітними для людини. Стиснення без втрат застосовують до текстової інформації, а стиснення із втратами — до звукової, графічної та відеоінформації, і дає змогу значно зменшити обсяги даних.

Властивості алгоритму стиснення

Існує багато алгоритмів стиснення даних. В основі методів лежать 4 теоретичних алгоритми: RLE (Run Length Encoding); алгоритми групи KWE; алгоритм Хафмана. В основі алгоритму RLE лежить ідея виявлення послідовностей даних, що повторюються, та заміни цих послідовностей більш простою структурою, в якій вказується код даних та коефіцієнт повторення. В основі алгоритму KWE покладено принцип кодування лексичних одиниць групами байт фіксованої довжини. Результат кодування зводиться в таблицю, утворюючи так званий словник. В основі алгоритму Хафмана лежить ідея кодування бітовими групами.

Методи стиснення, алгоритм Хафмана

Використовуючи метод, який називається стисненням зображень, можна різко зменшити в розмірі графічні файли. При стисненні графічної інформації використовуються спеціальні прийоми, що зменшують кількість байтів, необхідних для представлення зображення. Степінь стиснення залежить від методу стиснення і вмісту графічного файла. Існують методи, що стискують ще сильніше, але з втратами якості. Алгоритм Хаффмана Використовує тільки частоту появи однакових байт в зображенні. Порівнює символів вхідного потоку, які зустрічаються більше число разів, ланцюжок біт меншої довжини. І навпаки - зустрічаються рідко - ланцюжок більшої довжини.

Створення багатотомних архівів

Багатотомний архів являє собою архів даних, який розбитий на кілька частин. Це дає можливість скачування файлу по частинах, дані можна стиснути в різні розміри томів, щоб забезпечити сумісність з накопичувачами. Усі томи мають бути збережені в одній папці; розпакувати їх слід, починаючи з першого.

 

Розділ ІV. Текстовий процесор MS Word