1. Архитектура пк

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность сведений об основных устройствах компьютера и их назначении, о способах представления программ и данных в машине, об особенностях организации и функционирования компьютера.

В состав архитектуры или конфигурации компьютера входят три компонента:

• аппаратная конфигурация (или Hardware);

• программная конфигурация (или Software):

• данные пользователя.

Очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. В среднем аппаратные решения оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

1.1. Основы кодировки данных Системы счисления, бит.

В повседневной жизни мы используем десятичную систему счисления. В ней имеется 10 цифр: 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Самое древнее счетное устройство – это пальцы человека, от 10 пальцев и произошла десятичная система счисления.

А в ЭВМ используется двоичный или машинный код, с использованием двух цифр: 1 и 0 (компьютер и ЭВМ это слова-синонимы). Для применения в ЭВМ десятичная система слишком сложна. Теоретически и экспериментально доказано, что самым эффективным является кодирование информации минимальным набором символов, а минимум – это двоичная система, цифры 0 и 1. В зависимости от поставленной задачи, двоичные цифры можно представлять по-разному: 0 или 1, + или –, True (истина) или False (ложь), черное или белое и т. п.

Физически в компьютере все данные записаны в виде последовательности двух электрических сигналов. Одному приписывают значение 1, другому 0. Компьютер работает с очень длинными последовательностями из 0 и 1, ничего другого в ЭВМ не обрабатывается. Человек с такими длинными двоичными цепочками работать не в состоянии.

На носителях данных это будет последовательность участков с двумя разными свойствами: для жесткого диска это будут разная намагниченность, для компакт-диска – разный цвет, для флэш-карты - разный электрический заряд и т.д.

Шестнадцатеричная система счисления используется для программирования. Она облегчает труд программистов: вместо четырех однообразных нулей и единиц ставится одна 16-ричная цифра. Выглядит эта система следующим образом:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

То есть, цифры с 10 по 15 обозначаются буквами. 16-ричную систему можно наблюдать, если добраться до записи любого файла в программных кодах.

Наименьшей единицей измерения информации в двоичной системе является бит. Информации меньшей, чем один бит, в двоичной системе счисления не существует.

Одним битом описывается выбор между двумя равновозможными состояниями: 0 или 1, + или –, True (истина) или False (ложь) и т. п. Главное условие – чтобы один вариант не имел никаких преимуществ перед другим.

Кодировка информации, байт.1

С помощью бита можно описать два варианта. Но это очень мало. Представьте себе язык, в котором всего два слова. Для того чтобы «слов» появилось больше, нужно объединять биты в группу и называть (кодировать) что-то группой битов.

При объединении двух битов получается 4 варианта: 00, 01, 10, 11. При объединении трех битов получается 8 вариантов: 000, 001, 010, 100, 011, 101, 110, 111. Математика (теория соединений) дает следующую формулу для подсчета числа вариантов размещения двоичных цифр (независимых кодов) в заданном числе групп (разрядов):

N = 2^M

Где N – число независимых вариантов (кодов);

М – число битов, объединенных в группу (число разрядов).

Если же мы возьмем другую систему счисления, то там вместо двойки будет стоять основание данной системы счисления. Например, для десятичной системы будет:

N = 10^M

Сколько в десятичной системе может быть трехзначных чисел? N = 10³ = 1000. Действительно в интервале от 000 до 999 существует 1000 вариантов.

В компьютере для кодировки используется стандартное объединение: 8 бит объединяются в один байт.

В компьютере биты объединяются в байт для того же, для чего в человеческом языке буквы объединяются в слова: чтобы иметь возможность именовать объекты и явления окружающей среды. Только в отличие от естественных языков, компьютерное «слово» – байт имеет всегда одну и ту же, стандартную длину: 8 «букв» – бит.

Объединение битов в байты настолько важно, что величина компьютерных файлов измеряется именно в байтах, а не в битах. А вот при передаче данных по сети смысл передаваемых сообщений не имеет значения. И скорость передачи данных измеряют в бит/сек.

С помощью одного стандартного байта, или 8-разрядного кодирования можно получить 256 вариантов размещения нулей и единиц, поскольку 2⁸ = 256

Для кодировки информации часто требуется существенно большее число независимых кодов. Технически это осуществляют объединением уже не битов, а байтов. Как исключение, используют полбайта, но не менее.

Таблица 1. Число независимых кодов, получающихся при объединении нескольких байт.

Байт	Разрядов (бит)	Независимых кодов
1	8	28 = 256
2	16	216 = 65 536 ≈ 65,5 тысяч
3	24	224 = 16 777 216 ≈ 16,8 миллионов
4	32	232 = 4 294 967 296 ≈ 4,3 миллиарда

Важно понять и запомнить, что при объединении байтов число созданных независимых кодов получается не с помощью сложения, а с помощью умножения. Для двух байтов получается не 256 + 256 = 512 кодов, а 256 х 256 = 65536 кодов.

Примеры различных кодировок.

Одним байтом кодируются символы стандартной клавиатуры. 256 кодов хватает для описания аппаратных команд, символов стандартной английской клавиатуры и национальных систем кодировки (в России это кириллица).¹

Двумя байтами кодируются символы текста в кодировке Unicode. Получается свыше 65 тысяч независимых кодов, и в это множество можно сместить символы всех существующих на Земле алфавитов (причем около 70% этого множества занимают китайские иероглифы) плюс различные служебные обозначения (азбука Морзе, штрих-коды, шрифт Брайля, для слепых и пр.).

Тремя байтами кодируется цвет в цветовой модели RGB(Red, Green, Blue). Она используется для описания цвета в большинстве электронных устройств: мониторах и телевизорах, сканерах, цифровой фото- и видеоаппаратуре (практически везде кроме принтеров и других печатных устройств). Везде имеются невидимые невооруженным глазом пиксели красного, синего и зеленого цвета, и для каждого из трех цветов можно установить 256 уровней яркости. Таким образом можно создать 256³ или около 17 миллионов цветов. Человек столько цветовых оттенков различить не может, но таковы правила описания цвета в компьютере.²

Четырьмя байтами описывается IP-адрес компьютера, находящегося в сети Интернет. Таким образом, в современном Интернете одновременно может находиться не более 4 миллиардов 300 миллионов компьютеров. Столько зарезервировано адресов в Глобальной сети. А без адреса компьютер не сможет ни передать, ни получить информацию, то есть его в сети не будет.

Производные от байта величины  килобайт, мегабайт, гигабайт и т.д.

В таблице 2 представлены десятичные приставки и множители, принятые в Международной системе единиц

Наименование	Значение		Греческое наименование
	численное	словесное
Кило-	103	тысяча
Мега-	106	миллион	большой
Гига-	109	миллиард	гигантский
Тера-	1012	триллион	чудовищный
Пета-	1015	квадрилльон
Мили-	10-3
Микро-	10-6
Нано-	10-9
Пико-	10-12

Таким образом, «кило» – единица измерения, которая в тысячу раз больше исходной, «гига» - в миллиард раз больше исходной, а «нано» - в миллиард раз меньше исходной. 103, 106, 109, 1012 – разница между единицами, имеющими названия, всегда составляет 3 порядка.

Однако у килобайта есть отличие от килограмма или километра. В 1 Кбт не 1000, а 2¹⁰ байт или 1024 байт.

1 Кб = 1024 байт.

То есть, берут ближайшую к тысяче степень двойки. Потому что в компьютере используется двоичная система счисления. Если там допустить десятичную систему счисления, то очень сильно упадет производительность, и компьютер зависнет.

Аналогично 1Мбт = 210 Кбт или 1024 Кбт или 1048576 байт;

1 Гбт = 2¹⁰ Мбт. или 1024 Мбт или 1073741824 байт.

Можно заметить, что с ростом величины различие между двоичной и десятичной системами нарастает. На уровне тысячи разница составляет 2,4%, на уровне миллиона – около 4,9%, а на уровне миллиарда – уже 7,4%. Обычно об этой разнице в несколько процентов забывают, но бывают случаи, когда учитывать данные различия необходимо.