الأحد، 1 ديسمبر، 2013

مبادي تقنية المعلومات - ب


أنواع البيانات
يعرف الحاسب بأنه آلة لمعالجة البيانات.
لكن ما هي طبيعة البيانات وكيف يتم التعامل معها داخل الحاسب.
تأخذ البيانات أشكالا مختلفة كالأعداد والنصوص والصور والصوت والفيديو.


البرنامج الهندسي Engineering Program يستعمل الحاسب لمعالجة الأرقام مثل العمليات الحسابية لحل معادلات جبرية مثلا.
برنامج معالجة النصوص Word Processing يستعمل الحاسب لمعالجة النصوص كتحريك النص وضبطه وحذفه.
برنامج معالجة الصور يستخدم الحاسب للتعامل مع الصور كإنشاء الصور وتصغيرها وتدويرها.
أيضا يقوم الحاسب بالتعامل مع البيانات الصوتية audio
يقوم الحاسب بعرض الأفلام وعمل تأثيرات مختلفة عليها.
الوسائط المتعددة
يأتي مصطلح الوسائط المتعددة multimedia ليشتمل ذلك كله
Multimedia define information that contains numbers, text, images, audio and Video
كيف يتم التعامل مع كل هذه الأنواع من البيانات.
لا يمكن أن يكون هناك حاسب يتعامل مع كل نوع من هذه الأنواع لأن هذا ليس عمليا ولا اقتصاديا.
البنك مثلا يتعامل عادة مع أرقام إلا أنه يحتاج إلى تخزين بيانات العملاء كنصوص.
الحل الأمثل هو أن نستخدم تمثيلا منسقا ومنتظما للبيانات
كل بيانات من خارج الحاسب ينبغي أن تنقل إلى داخل الحاسب بهذا التمثيل المنسق عندما تخزن في الحاسب وكذلك عندما يعاد إخراجها من الحاسب يسمى هذا الأمر Bit pattern

البت Bit
البت (bit) Binary digit هو أصغر وحدة بيانات يمكن أن تخزن في الحاسب وهو عادة إما 0 أو 1
يمثل البت حالة جهاز يأخذ وضعين إما أن يكون شغال (1) on أو متوقف (0) off كمفتاح مغلق أو مفتوح.
النسق الثنائي Bit Pattern
البت الواحد لا يحل مشكلة تمثيل البيانات.
لتمثيل الأنواع المختلفة من البيانات تستعمل سلسلة أو تتابع من البتات Sequence or Stream of bits يمكن أن تكون 1أو0
إذا كانت مجموعة البتات الممثلة للبيانات هي n فانه يمكن تمثيل عدد 2n من البيانات المختلفة.
لكن السؤال الآن هو كيف تستطيع ذاكرة الحاسب أن تعرف أي نوع من البيانات يتم تخزينه بها.
الجواب أنه في الحقيقة هي لا تدري.. فهي فقط تقوم بتخزين البيانات كسلسلة بتات وتعد مسألة تفسير البتات كبيانات مسئولية وحدات الإدخال والإخراج أو البرنامج.
ترمز البيانات وتشفر Coded عندما تدخل إلى الحاسب ويفك الترميز decoded عندما تقدم للمستخدم.

البايت Byte
جرى العرف على تسمية كل 8-bit بالبايت
البايت هو وحدة قياس حجم ذاكرة الحاسب أو وحدة التخزين الخارجية.
البايت يكفى لتمثيل حرف واحد Character أو رقم
مثلا عندما أكتب أنا أحب الحاسب
هذا يعد 12 حرفا + فراغين = 14 character
يحتاج ذلك سعة تخزين قدرها 14 B= .
تمثيل البيانات

النصText
أي جزء من النص في أي لغة هو سلسلة من الرموز Sequence of symbols التي تعبر عن فكرة في هذه اللغة.
الإنجليزية مثلا تحتوي علي 26 symbols كحروف كبيرة ومثلها حروف صغيرة ومجموعة أرقام .
يمكن أن يمثل كل رمز منها بسلسلة بتات bit pattern
إذا كان عدد الرموز هو N فإن عدد البتات اللازمة لتمثيلها هو
N = log2 n
نظم الترميز والتشفيرEncoding Systems
لكن كيف يميز الحاسب بين الرموز المختلفة وكلها سلاسل ثنائية.
تم تصميم مجموعة نظم قياسية عالمية للترميز لتمثيل رموز البيانات


الشفرة الأمريكية القياسية لتبادل البيانات
تسمى American Standard Code for Information Interchange (ASCII)
قام معهد المعايرة الوطني الأمريكي ANSI بوضع شفرة ASCII
تستخدم ASCII لتمثيل الرمز 7-bits
هذا يعني أنها قادرة على ترميز 27=128رمزا مختلفا
أول نسق ثنائي bit pattern هو 0000 000 يمثل null character
أخر نسق ثنائي bit pattern هو 1001111 يمثل Delete character
يستخدم هذا الترميز مع microcomputer
شفرة ASCII الموسعة
لجعل كل رمز يمثل داخل Byte وسعت شفرة ASCII بإضافة 0 إلى اليسار.
يصبح بذلك أول تشكيل هو 00 000 000 وآخر تشكيل هو
0111 111 11
النظام العشري الموسع في الشفرة الثنائية EBCDIC
في بدايات عصر الحاسبات قامت شركة IBM بتصميم شفرة EBCDI أي EXTENDED BINERY CODED DECIMAL INTERCHARGE CODE
يستخدم هذا النظام 8 bits لتمثيل الحرف
يمكن أن يميز بين 28 = 256 رمزا
لا يستعمل إلا في حاسبات IBM فقط
أنظمة التشفير والترميز

                                                                                                                                                  
خريطة البتات Bitmap
تقسم الصورة إلى مصفوفة من النقاط الصغيرة Dots تسمى نقاط مضيئة Pixels.
تعتمد مساحة النقطة على درجة الوضوح والدقة Resolution
يخصص لكل نقطة تشكيل ثنائي Bit pattern
إذا كانت الصورة غير ملونة (أبيض/ أسود فقط) يكفي 1-bit لتمثيل النقطة فيكون White(1) و Black(0)
يتم تسجيل التشكيلات الثنائية للنقطة واحدة تلو الأخرى وتخزن بالحاسب                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    




خريطة البتات
إذا كانت الصورة تحتوي على تدرج من اللون الرمادي أيضا فيمكن أن تمثل النقطة بـ 2-bit فيكون مثلا White(11) ويكون
light gray(10) ويكونdark gray(01)
لتمثيل الصور الملونة تستخدم ثلاثة ألوان R,G,B
تقاس شدة كل لون بدلالة هذه الألوان الثلاثة
تمثل كل نقطة بثلاثة تشكيلات ثنائية كل تشكيل يمثل لونا إما Green أو Red أوBlue
التخطيط المتجهي Vector Graphic
يعيب bit map أنه إذا أعيد تغيير حجم الصورة rescale فإنه لابد من إعادة تعيين حجم pixels
هنا تقسم الصورة إلى مجموعة من المنحنيات Curves والخطوط Lines تمثل كل منها بمعادلة رياضية mathematical formula
الصوت Audio
الصوت بطبيعته هو إشارة تماثلية متصلة زمنيا
لابد من تحويله إلى إشارة رقمية حتى يمكن تخزينه في الحاسب
يتم ذلك عبر العمليات الآتية:
تؤخذ عينات من الصوت على فترات زمنية متقاربة ومتساوية.
تحدد قيمة العينات وتخصص لها قيمة Value من مجموعة قيم معدة سلفا
تحول القيمة التي تم تحديدها إلى تشكيل ثنائي bit pattern
يخزن هذا التشكيل الثنائي في الحاسب
الفيديو Video
الفيديو هو تمثيل للصور (يسمى frames إطار) في الزمن
الفيلم movie هو تسلسل من الإطارات الواحد تلو الآخر
كل صورة أو إطار تحول إلى تشكيل ثنائي وتخزن
مجموعة الصور المتتابعة تمثل الفيديو
الأعداد Numbers
تمثيل الأعداد يختلف عن تمثيل البيانات غير العددية Non-number data
هناك عدة أسباب لهذا الأمر:
 نظم الترميز مثل ASCII ليست الوسيلة الكفء لتمثيل الأعداد فشفرة ASCII يمكنها تمثيل 128 رمز لكن النظام العشري يحتاج فقط 10
العمليات التي تتم على الأعداد كالجمع والطرح معقدة للغاية إذا مثلت الأعداد بشفرات الحرف Character Code