GCSE 計算機科學/資料儲存
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規範連結 理解聲音（音樂）、圖片、影片、文字和數字儲存在不同的格式中 - 2016 年 CIE 教學大綱第 10 頁 |
聲音（音樂）、圖片、影片、文字和數字儲存在不同的格式中，具體取決於儲存的內容。
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規範連結 識別和描述錯誤檢測和糾正方法，如奇偶校驗、校驗位、校驗和和自動重發請求 (ARQ) - 2016 年 CIE 教學大綱第 10 頁 |
奇偶校驗
奇偶校驗是一種用來檢查資料在從一個裝置或介質傳輸到另一個裝置或介質後是否發生改變或損壞的方法。一個數字的奇偶校驗要麼是奇數，要麼是偶數，在奇偶校驗中，會新增額外的“位”來保證 1 的數量始終是奇數或偶數。
一種方法是在傳輸發生之前，將每個資料位元組中的一位分配為奇偶校驗位（也稱為校驗位）。奇偶校驗是在傳送方和接收方之間決定的。具有偶校驗的位元組中 1 的數量是偶數。相反，具有奇校驗的位元組中 1 的數量是奇數。例如，以下位元組省略了第一位。
| _ | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
如果傳送方同意使用偶校驗，那麼我們注意到位元組中目前有偶數個 1，所以第一位應該是 0。
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
如果傳送方同意使用奇校驗，那麼第一位應該是 1。
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
如果一個位元組以一種奇偶校驗傳送，而接收方以另一種奇偶校驗接收，則一定發生了錯誤，接收方可以要求重新發送資料。這種方法的問題是無法確定哪一位發生了錯誤。也就是說，任何一位都可能在傳輸過程中發生變化。此外，如果改變了不止一位，那麼位元組可以保留相同的奇偶校驗。例如，以下兩個位元組具有相同的奇校驗，儘管它們明顯沒有攜帶相同的資料。
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
奇偶校驗塊可以用來定位錯誤並進行糾正，假設每一行和每一列只改變了一位。假設在以下示例中同意使用偶校驗。
| 奇偶校驗位 | 位 2 | 位 3 | 位 4 | 位 5 | 位 6 | 位 7 | 位 8 | |
| 位元組 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 位元組 2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 位元組 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 奇偶校驗位元組 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
如上所示，可以看出位 7 行和位元組 3 列存在錯誤。它們在 (位 7，位元組 3) 處相交。因此，可以將該位糾正為 O，接收方可以糾正錯誤。由於如果改變了不止一位，則可能不會給出錯誤，因此在檢查傳輸資料的錯誤時需要其他方法。
自動重發請求 (ARQ)
這使用確認（接收方傳送的訊息，表明訊息已正確傳送）和超時（允許在收到確認之前經過的時間）。如果傳送方在規定的時間內沒有從接收方收到確認，則會自動重新發送訊息。
校驗和
- 資料以塊的形式傳送，還會發送一個稱為校驗和的附加值。
- 在一個位元組中可以儲存的最大值為 255。在以下過程中省略了值 0000 0000。
如果所有位元組的總和 <= 255，則校驗和為該值，否則執行以下過程。
- 將該值除以 256 並找到商（除並截斷）。
- 將新的整數值乘以 256。
- 找到所有位元組的原始總和與使用此演算法找到的值之間的差。這就是校驗和。
文字和數字檔案格式
- 使用無損檔案壓縮。
- 文字通常以 ASCII 格式儲存。
數字可以儲存為
| 型別 | 示例 |
|---|---|
| 實數 | 2.5454545 |
| 日期 | 12/08/2122 |
| 時間 | 19:00:20 |
| 貨幣 | $15.50 |
聯合影像專家組 (jpeg)
圖片解析度是圖片的細節程度 - 通常以每釐米畫素數來衡量。
- JPEG 是一種用於影像的有損檔案格式。
- 檔案大小的減少會導致質量的下降。JPEG 依賴於人眼的特性（例如，當顏色達到一定的相似程度時，人眼無法分辨它們之間的差異），並且在一定程度上，沒有觀察到實際的質量損失。
未壓縮的影像稱為原始點陣圖。點陣圖影像在轉換為 JPEG 時，會根據其原始質量減少 5 到 15 倍。
- 一張 300 萬畫素的照片是一張 2048 畫素寬、1536 畫素高的影像，即 3145728 畫素（因此略大）。由於每個畫素包含 3 種顏色（紅、綠、藍），所以總檔案大小為 兆位元組 = 9 兆位元組。
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規範連結 理解 MIDI 檔案、JPEG 檔案、MP3 和 MP4 檔案的概念 - 2016 年 CIE 教學大綱第 10 頁 |
樂器數字介面 (MIDI)
MIDI 是一種通訊協議，允許電子樂器相互通訊。它包含一個指令列表，指示裝置如何產生特定聲音或音符。
- MIDI 檔案不是音樂，也不包含任何“聲音”，因此它們與 MP3 檔案非常不同。
- 它使用 8 位序列傳輸，並且是非同步的。
- MIDI 在 16 個不同的通道（編號為 0 到 15）上執行，所有這些通道都可以同時使用，即 16 個裝置都使用音樂音序器演奏歌曲中的不同音軌。
- MIDI 檔案比 MP3 檔案小得多，這使得它們非常適合儲存音樂檔案，在這些檔案中儲存空間是一個問題，例如在手機上儲存鈴聲。
- 每個 MIDI 檔案都有一個特定的位元組序列
- 第一個位元組是狀態位元組 - 通知 MDI 裝置執行什麼功能 - 其中還編碼了 MIDI 通道。
- 音高位元組指定要演奏的音符。
- 力度位元組指定演奏音符的響度
- 所有這些都儲存在一個副檔名為 .mid 的 MIDI 檔案中
MPEG-3 (MP-3)
- 它是一種有損格式。
- 使用音訊壓縮軟體將音樂和其他聲音轉換為 MP3 檔案格式。
- 使用檔案壓縮軟體轉換 CD 檔案
- 這大大減少了檔案大小（約 90%）。
- 這是透過感知音樂整形來實現的，它會降低人耳無法正常聽到的聲音，即如果同時播放更響亮的聲音，則會消除更安靜的聲音。人耳只能聽到更響的聲音。
- 位元率是在建立檔案時使用的位元數。它們通常為每秒 80 到 320 千位元；任何高於 200 的值都會產生接近普通 CD 的聲音質量。
MPEG-4 (MP-4)
- 它是一種有損格式。
- 可以儲存音樂、影片、照片和動畫（多媒體檔案格式）。
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規範連結 理解應用於音樂/影片、照片和文字檔案的 資料壓縮原理（無損和有失真壓縮演算法） - 2016 年 CIE 教學大綱第 10 頁 |
無損資料壓縮 解壓縮檔案時，會重建原始檔案中的所有資料位。這對於任何資料丟失都是災難的檔案很重要，例如電子表格。
例如，在文字檔案中，重複的單詞或部分單詞也可以用更短的東西替換，例如 'the' 可以替換為 '1'。
有損資料壓縮
該演算法會消除不必要的資料位。
在 MP3 檔案中，這以感知音樂整形的形式出現。在 JPEG 檔案中，這取決於人類視覺的侷限性。在 MP4 檔案中，使用各種方法，例如去除每幀中的一些顏色資訊。