Teoria informatyki

W informatyce bardzo często spotykamy się z pojęciem losowości. Generujemy losowe liczby (w tym pierwsze), losowe dane. Wymieniając bardziej szczegółowo, mamy losowe identyfikatory, losowy stan gier, losowe przeszukiwanie przestrzeni rozwiązań. Przykładów można wymieniać wiele, tylko odpowiedzmy sobie na kluczowe pytanie — jak w ogóle komputer losuje? Czy komputer jest w stanie wygenerować coś, co jest naprawdę losowe?

Poprzednio miałem okazję omówić, jakie techniki stosujemy, aby kompresować obrazy — zarówno stratnie, jak i bezstratnie. Naturalną kontynuacją jest przejście z obrazów statycznych do ruchomych. Dlatego też, tym razem, omówmy, jakie techniki wykorzystuje się przy kompresji wideo, dzięki czemu zajmują one jeszcze mniej miejsca, niż gdybyśmy zapisali wszystkie klatki jako oddzielne pliki.

Robiąc zdjęcia, pobierając obrazy z Internetu, albo generalnie zapisując jakąś grafikę, korzystamy z takich formatów jak JPG, PNG czy nowocześniejszych jak WEBP bądź AVIF. Ich zaletą jest to, że dzięki kompresji nie zajmują dużo miejsca na dysku w przeciwieństwie do bardzo podstawowych formatów jak BMP. Tylko o co chodzi z tą kompresją? Czym, pod kątem algorytmicznym, różnią się kompresje stratne i bezstratne? Przejdźmy przez zagadnienia związane z tym tematem na dość ogólnym poziomie, bez wchodzenia w techniczne detale konkretnych implementacji. Aczkolwiek z jednym wyjątkiem: tam, gdzie matematyka jest najciekawsza.

Rok temu na łamach bloga pokazywałem przykładowe rozwiązania zadań z matury próbnej 2022 z informatyki. Postanowiłem też i w tym roku, z okazji nadchodzącego maja, rozwiązać próbną wersję z egzaminu z punktu widzenia osoby na co dzień pracującej jako programista.

Tym razem coś dla młodszych czytelników bloga, chociaż pewnie nie tylko ich może to zainteresować. Zbliża się maj, a skoro maj, to matury, w tym ta z informatyki. Pomyślałem, że może Was zaciekawić, jak osoba pracująca od kilku lat w IT rozwiązałaby zadania, które pojawiły się na maturze próbnej w grudniu 2022 roku.

Po artykule o tym, w jaki sposób sprzęt komputerowy odmierza czas, mogłeś(-aś) zastanawiać się, co dalej się z tym dzieje? Parę razy podkreślałem, że na co dzień nie korzystamy bezpośrednio ze sprzętowych wskaźników, tylko wykorzystujemy te wbudowane w systemy operacyjne czy języki programowania. W tym artykule dowiesz się, jak oprogramowanie przechowuje datę i skąd ją zna. Poznasz między innymi, czym jest czas uniksowy, co to jest NTP, a także co się wydarzy w roku 2137.

W dwóch ostatnich artykułach o grafice komputerowej poświęciłem sporo miejsca obliczeniom w przestrzeni trójwymiarowej i dwuwymiarowej. Trochę odchodząc od grafiki, ale pozostając w temacie przestrzeni… spójrzmy w czwarty wymiar czasoprzestrzeni, czyli czas. A dokładniej, skąd komputer wie, która jest godzina, jak mierzy czas i jak to jest przechowywane? Tego dowiesz się w niniejszym artykule.

Jedną ze wspaniałych rzeczy, jakie możemy robić na współczesnych komputerach, co jest bardzo szeroko stosowane, jest możliwość uruchamiana „komputera w komputerze” lub w zasadzie dowolnego sprzętu elektronicznego. Innymi słowy, możemy uruchomić Windowsa na Linuksie, gry z PlayStation na komputerze albo na jednym fizycznym serwerze uruchomić kilkanaście różnych aplikacji serwerowych, odseparowanych od siebie. Zawdzięczamy to trzem technikom, które omawiam w tym artykule — emulacji, wirtualizacji i konteneryzacji.

Ostatnio opisywałem, jak podejść do odczytu obrazów zapisanych w plikach BMP. Pliki tego typu to klasyczny przykład zapisu danych cyfrowych w postaci plików binarnych — wszystkie informacje są przechowywane jako liczby, będąc w ten sposób zakodowane. Takich formatów jest wiele więcej. Ale oprócz nich, mamy także formaty tekstowe. Pliki te można odczytać i edytować nawet bez specjalnego oprogramowania, a potrafią przechować równie dużo informacji. Przejrzyjmy najpopularniejsze sposoby przechowywania danych w taki sposób.

W pierwszym artykule z serii o przechowywaniu danych w postaci cyfrowej pokazałem system binarny oraz bardzo dobrze nam znany system dziesiętny. Do tego w ostatnim z artykułów przemyciłem system szesnastkowy. Pomyślałem, że warto byłoby opowiedzieć nieco więcej o różnych systemach liczbowych, ich właściwościach i zastosowaniach (nie tylko w informatyce).