18. Структурная схема пк .

Структура современного персонального компьютера представ­лена на рис. 2.2. Достижения микроэлектроники позволили объеди­нить в одной интегральной схеме, называемой микропроцессором (МП) или процессором, АЛУ и УУ. Уменьшение габаритов ОЗУ по зволило разместить МП и ОЗУ на одной электронной плате, назы­ваемой системной или материнской. Все связи между отдельными устройствами объединены в пучок параллельных проводов — ло­кальную или системную шину. В состав этой шины входят шина данных, по которой передаются из ОЗУ в МП также и команды, ши­на адреса и шина синхронизации. УВВ разделены на УВВ и управ­ляющие ими контроллеры (карты), включаемые в системную плату или установленные прямо на ней.

Рис. 2.2. Структурная схема персонального компьютера

Принципиально новым в структуре современного компьютера и принципе его действия являются сигналы и понятие прерываний (см. рис. 2.2). Прерывания появились в связи с переходом от мате­матических вычислений, которые не зависят от внешних условий, к обработке информации в реальном масштабе времени.

Компьютер должен реагировать на изменение внешних усло­вий, иногда немедленно, запоминая эти события или даже меняя алгоритм обработки. Допустим, если в микропроцессор извне по­ступает сигнал запроса на прерывание, которое обрабатывается всегда, выполнение текущей программы приостанавливается, в за­ранее определенной области ОЗУ сохраняются все промежуточные результаты и адрес остановки в программе, и микропроцессор вы­полняет специальную программу обработки прерывания, в которой указано, что надо сделать в этом случае. После ее завершения вос­станавливаются все промежуточные результаты, и микропроцессор продолжает выполнение текущей программы с запомненного ранее адреса.

В современных компьютерах возможна параллельная работа не­скольких процессоров. За счет распараллеливания выполнения од­ной задачи или параллельного выполнения многих задач достигает­ся увеличение общей производительности компьютера. Для этого предусматривают цепи, связывающие между собой отдельные про­цессоры.

17. Представление числовой, символьной, графической, музыкальной информации в памяти эвм

(числа, символы, графика, звук).

Важно подчеркнуть, что каждый новый вид информации, добавляемый к компьютерной обработке, исторически тем или иным способом сводился к числовому представлению

Исходя из принципов устройства компьютера, можно утверждать, что любая информация хранится и обрабатывается в нем в двоичном виде. Этот же тезис можно обосновать и по-другому, сославшись на то, что все виды информации так или иначе преобразуются в числовую форму, а числа хранятся в двоичной системе.

• двоичный алфавит A содержит только два символа – 0 и 1;

• каждой букве алфавита B ставится в соответствие определенный (вообще говоря, произвольный) двоичный код;

• двоичные коды различных букв алфавита B обязательно должны быть различны, иначе нарушится однозначность кодирования;

• двоичные коды букв данного алфавита B должны иметь одинаковое число двоичных букв (например, число 1 в 32-разрядной машине дополнительно содержит слева 31 незначащий ноль и только затем единичку).

Итак, согласно строгому определению математического словаря [2], "дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) – прерывность; противопоставляется непрерывности. Напр., дискретное изменение к.-л. величины во времени – это изменение, происходящее через определенные промежутки времени (скачками); система целых (в противоположность системе действительных чисел) является дискретной".

Непрерывная величина ассоциируется с графиком функции, а дискретная – с таблицей ее значений. При рассмотрении этих двух объектов разной природы делается вывод о том, что с уменьшением интервала дискретизации (или, что то же самое, с увеличением количества точек в таблице) различия между ними существенно уменьшаются. Последнее означает, что при таких условиях дискретизированная величина хорошо описывает исходную (непрерывную).

Целые числа. Как мы уже знаем, этот тип информации является дискретным и преобразуется для хранения в компьютере довольно просто: достаточно перевести число в двоичную систему счисления. Некоторые особенности будет иметь кодирование целых отрицательных чисел, но мы их рассмотрим в вопросе, связанном с представлением числовой информации.

Вещественные числа. В отличие от целых, вещественные числа являются непрерывными. Следствием из этого является возможность дальнейшего деления любого сколь угодно малого числа, что приводит, вообще говоря, к бесконечному числу разрядов в изображении числа (вспомните 1/3!). Для того, чтобы в ЭВМ как-то представить числа в виде конечного набора двоичных цифр, приходится ограничиваться определенной точностью и младшие разряды просто игнорировать. Символы. Это еще одна дискретная величина, поскольку компьютер оперирует с определенным ограниченным набором символов. Такой набор вполне можно назвать алфавитом машины, а в алфавите все символы имеют свои фиксированные позиции. Отсюда основная идея хранения символов в памяти ЭВМ состоит в замене каждого из них номером в алфавите, т.е. числом.

Графика. Как известно каждому пользователю компьютера, любое графическое изображение состоит из отдельных точек, называемых пикселями. Отсюда становится понятным, что сохранить изображение фактически означает сохранить цвета его пикселей. Если принять конечное (ограниченное) число цветов, то информация немедленно становится дискретной и решение задачи сохранения графики становится похожей на только что рассмотренную задачу сохранения текста. Нужно каким-либо образом пронумеровать все цвета (создать своеобразный "алфавит цветов"), после чего достаточно просто сохранять номера цветов. В отличие от алфавита символов, который является стандартным, с цветами это не совсем так. Например, в фотографии летнего леса много оттенков зеленого цвета, а для кадра с облаками характерны белые и голубые тона. Отсюда следует, что набор используемых цветов (часто его называют палитрой) для этих изображений будет абсолютно разным. Поэтому некоторые графические форматы сохраняют палитру вместе с изображением, что позволяет существенно уменьшить количество цветов и, следовательно, размер файла.

Хочется подчеркнуть еще один момент. Для того, чтобы естественное изображение (например, рисунок художника на холсте) с непрерывным распределением цветов стало доступным компьютеру узором пикселей, необходимо использовать какое-либо специальное устройство, которое способно такое преобразование осуществить. Всем, конечно, известны примеры таких устройств: речь идет о сканере или цифровой камере. Однако не все задумываются над тем, что все эти устройства производят процесс дискретизации графического изображения, т.е. аналого-цифровое преобразование.

Как и для символов, помимо описанного выше "поточечного" (растрового) хранения изображения, существует еще и векторный метод. Для него сохраняется не полная матрица пикселей, а программа его рисования. Кодирование этой программы существенным образом зависит от программного обеспечения. По своим принципам оно гораздо ближе к кодированию программ, чем данных. Подчеркнем, что векторные изображения, как правило, создаются именно на компьютере, а задача векторизации естественного изображения очень сложна и дает не слишком хорошие результаты.

Звук. Звуковая информация также является величиной непрерывной, и, следовательно, для ввода в ЭВМ нуждается в дискретизации. Причем дискретизация должна производится как по времени, так и по величине интенсивности звука. Первый процесс означает, что замеры интенсивности должны производится не непрерывно, а через определенные промежутки времени, а второй – что интенсивность звука, которая в природе может принимать какие угодно значения, должна быть "подтянута" ("округлена") к ближайшему из стандартного набора фиксированных значений. При такой процедуре мы снова получаем последовательность целых чисел, которые и сохраняются в памяти ЭВМ. Таким образом, и в случае звука информацию удается описать определенным образом сформированной последовательностью чисел, что автоматически решает проблему кодирования.

Итак, рассмотрев представление различных видов информации в ЭВМ, мы можем сделать следующие выводы.