Тема: Стиснення та архівування даних. Архіватори. Типи архівних файлів. Резервне копіювання даних

Тема: Стиснення та архівування даних. Архіватори. Типи архівних файлів. Резервне копіювання даних

Мета:

• Ознайомитися з основними способами стиснення даних;

• Навчитися створювати архіви та розпаковувати їх за допомогою архіваторів;

• Засвоїти поняття резервного копіювання та відпрацювати створення резервних копій файлів/папок.

Обладнання та програмне забезпечення:

• Комп’ютер з ОС Windows;

• Встановлений архіватор (WinRAR, 7-Zip або інший).

Хід роботи

1. Теоретичне повторення

1. Пригадайте:

   • що таке стиснення даних;

   • які існують види стиснення (з втратами, без втрат);

   • для чого потрібні архіватори;

   • які формати архівів ви знаєте (.zip, .rar, .7z та ін.);

   • що означає «резервне копіювання даних».

   • описати способи стиснення різними архіваторами

2. Практична частина

Завдання 1. Створення архіву

1. Створіть на Робочому столі папку з назвою «документи НІк».

2. Створіть текстовий документ, презентацію. малюнок. у відповідних програмах Word, Power Point, Paint . Текст документа, презентація та малюнок мають відповідати темі уроку.

3. Додайте ще кілька текстових файлів, зображень та презентацію.

4. Використовуючи архіватор:

   • створіть архіви цієї папки в усіх можливих форматах

   • перегляньте розмір архіву та порівняйте з розміром вихідної папки.
     скрін розміру архіву вставте у вікнол вводу інформації

Завдання 2. Розпакування архіву

1. Створіть на Робочому столі папку «Розархівовано».

2. Розпакуйте створений архів у цю папку.

3. Перевірте, чи збереглася структура файлів і папок.

1. Завдання 3. Використання різних типів архівів

   1. Створіть архів тієї ж папки у форматі .rar або .7z.

   2. Порівняйте розмір архівів у різних форматах. Зробіть висновок, який формат стискає ефективніше.

   скріни різних типів архівів вставте у вікно вводу . Тут же ж опишіть свої спостереження

Завдання 4. Резервне копіювання

1. Створіть папку «Резервна копія».

2. Скопіюйте в неї архіви, створені у попередніх завданнях.

3. Поясніть, як використання резервних копій допомагає зберегти дані.

Контрольні запитання:

1. Чим відрізняється стиснення з втратами від стиснення без втрат?

2. Які відомі формати архівів ви можете назвати?

3. У чому полягає перевага використання архіваторів?

4. Для чого створюють резервні копії даних?

Домашнє завдання:

1. Дослідити, як виконується стиснення мультимедійних файлів (зображень, відео, аудіо) і чому там часто застосовують стиснення з втратами.

2. Скласти короткий конспект з прикладами програм для резервного копіювання даних.

Як відбувається стиснення

Уявімо текст:

АБВГД АБВГД АБВГД АБВГД

У звичайному файлі ця послідовність записується багато разів. Архіватор може помітити повторення і фактично записати:

АБВГД × 4

При розпакуванні архіватор відновлює початкову послідовність байт у байт.

1. ZIP — алгоритм DEFLATE

Найпоширеніший варіант ZIP використовує DEFLATE, який поєднує два основні підходи:

LZ77 → пошук повторень

Наприклад:

ІНФОРМАТИКА ІНФОРМАТИКА ІНФОРМАТИКА

Замість повторного запису слова архіватор може зберегти інформацію приблизно такого типу:

«Візьми вже записаний фрагмент довжиною 11 символів і повтори його».

Huffman → коротші коди для частих символів

Якщо один символ зустрічається дуже часто, йому можна призначити коротший код, а рідкісним символам — довший.

Тобто умовно:

Це лише спрощений приклад, але принцип саме такий.

RAR — складніше стиснення

RAR використовує власні алгоритми стиснення. Його сильна сторона — пошук повторюваних фрагментів і використання словника даних, після чого застосовуються додаткові методи кодування.

Наприклад, файл містить:

123456789123456789123456789

Архіватор може виявити, що фрагмент

123456789

постійно повторюється.

Замість трьох повних записів він зберігає один фрагмент і інформацію про його повторення.

RAR також може використовувати:

• словник повторюваних даних;

• пошук однакових послідовностей;

• ентропійне кодування;

• спеціальні методи для різних типів даних;

• багатотомні архіви;

• відновлювальні дані.

Тому RAR може добре стискати деякі типи файлів, але результат залежить від конкретних даних.

7Z — LZMA/LZMA2

Ось тут уже дуже цікаво.

Формат 7Z часто використовує LZMA або LZMA2.

Основна ідея також пов'язана зі словником.

Уявімо величезний текст:

комп'ютер комп'ютер комп'ютер комп'ютер...

Архіватор створює своєрідний словник:

Словник:

№1 = "комп'ютер"

А замість багаторазового запису слова використовує посилання на нього.

Чим більший словник?

Тим більше даних архіватор може проаналізувати і знайти далекі повторення.

Тому 7Z може використовувати великий словник і часто досягати високого ступеня стиснення.

Але є компроміс:

більший словник → більше використання оперативної пам'яті → довше стиснення.

Що відбувається всередині архіватора

Спрощено процес можна показати так:

                 ФАЙЛ
                   ↓
          Аналіз даних
                   ↓
        Пошук повторень
                   ↓
       ┌───────────┴───────────┐
       ↓                       ↓
  Однакові фрагменти      Часті символи
       ↓                       ↓
  Замінюються              Отримують
  посиланнями             коротші коди
       └───────────┬───────────┘
                   ↓
             СТИСНЕНІ ДАНІ
                   ↓
                 АРХІВ

5. Чому текст стискається добре?

Наприклад, у документі Word може бути багато повторень:

школа
школа
школа
школа
школа

А також багато службової інформації та повторюваних конструкцій.

Архіватор знаходить закономірності.

Тому умовно:

Файл: 10 МБ
ZIP: 3 МБ

Після розпакування:

3 МБ → 10 МБ

і ми знову отримуємо точно той самий файл.

Це називається:

стиснення без втрат

А чому фотографію JPG ZIP майже не стискає?

Ось це дуже важливий момент для учнів.

Фотографія вже була стиснута алгоритмом JPEG.

Наприклад:

Фотографія
   ↓
JPEG
   ↓
5 МБ
   ↓
ZIP
   ↓
4,9 МБ

Виграш може бути зовсім невеликим.

А якщо взяти текстовий файл:

Текст
 ↓
10 МБ
 ↓
ZIP
 ↓
2 МБ

результат може бути значно кращим.

Тому не можна нескінченно стискати один і той самий файл.

ZIP, RAR і 7Z — у чому різниця?

І тут є цікавий момент:

TAR ≠ ZIP

TAR переважно об'єднує багато файлів в один контейнер.

Наприклад:

file1.txt
file2.jpg
file3.docx
file4.pdf
       ↓
     TAR
       ↓
 archive.tar

А вже:

TAR + GZIP
       ↓
archive.tar.gz

дає об'єднання + стиснення.