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).

W poprzednich artykułach z tej serii mówiliśmy o liczbach całkowitych, rzeczywistych, różnych ich kodowaniach, więc można stwierdzić — „Acha! To tak działają kalkulatory!” Tylko jakoś zgubiliśmy tutaj to, o czym pisałem na samym początku, że wszystko reprezentujemy jako liczby. Ale jak liczbami zapisać śmieszny filmik z kotami? Albo w tym artykule, jak każda litera może być liczbą? Otóż wszystko ponownie odnosi się do… kodowania.

Poprzednio omawialiśmy system binarny oraz jak z jego wykorzystaniem komputery przechowują liczby naturalne i całkowite. Czas poszerzyć horyzonty. Przejdźmy do rzeczy mniej oczywistej, czyli do liczb wymiernych i rzeczywistych. W końcu co to za maszyna licząca, jeśli nie obsługuje ułamków, a przy dzieleniu zawsze zaokrągla lub zwraca resztę. Tutaj mamy dwa zupełnie różne podejścia do trzymania liczb — liczby stałoprzecinkowe oraz liczby zmiennoprzecinkowe.

W poprzednim wpisie napisałem nieco o liczbach binarnych, i że komputery w tej formie trzymają dosłownie wszystko. Jednak ktoś, kto nigdy komputera nie widział na oczy, mógłby pomyśleć, że w środku takiej maszyny coś trzyma jedynki i zera. A jak już wspomniałem o spojrzeniu w pamięć, gdzie liczby przelatują jak w Matriksie, to jeszcze ktoś, kto jeździł koleją w Polsce w czasach sprzed wszechobecnych elektronicznych tablic, mógłby oczyma wyobraźni zobaczyć taki mechanizm, który w każdej komórce pamięci obraca się i wyświetla albo 0, albo 1, albo pustkę, a może nawet i jakiś napis typu „WARSZAWA ZACH. przez KOLUSZKI, Opóźnienie 180 min”. Oczywiście tak nie jest, nikt nie chciałby mieć w komputerze takich opóźnień ani żeby jego dane były dostarczane przez Koluszki. Takiego sposobu zapisu danych też nie, bo może i by działał, ale zbyt efektywnym raczej by nie był. Ale wróćmy do rzeczy. To, jak komputery zapisują liczby, możemy rozpatrzeć na dwa sposoby. Fizyczny (czyli jak to w świecie fizycznym się dzieje) i logiczny (czyli jak to jest interpretowane).

Zapewne wiecie bądź jakoś domyśliliście się po tytule, że komputery trzymają wszystkie informacje w postaci cyfr. I to nie takich zwykłych od 0 do 9 dobrze znanych nam na co dzień. Wszystko to, co znajduje się w komputerach, jest opisane zaledwie dwoma cyframi: 0 i 1. Dokładnie tyle wystarczy, aby opisać dosłownie wszystko — liczby, zdjęcia, muzykę, filmy, programy, teksty… Gdybyśmy zajrzeli w pamięć komputera tak, żeby zobaczyć w niej surowy zapis danych, ujrzelibyśmy widok zbliżony do tego z filmu Matrix — deszcz zer i jedynek. Pochylmy się jednak nad tym, dlaczego tak jest? Po co? Skąd to się wzięło, jak to ogarnąć i jakie to ma niesamowite właściwości?