6. Двоичная, десятичная и шестнадцатеричная системы.

В информатике и вычислительной технике широко используются следующие системы счисления:

- двоичная n = 2; используемый алфавит: A = {0, 1}; например, 0111000₂;

- десятичная n = 10; используемый алфавит: A = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; например, 102₁₀; в дальнейшем числа без указания основания системы счисления будем считать десятичными;

- шестнадцатеричная n = 16; используемый алфавит: A = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}; цифры A, B, C, D, E, F имеют десятичные количественные эквиваленты 10, 11, 12, 13, 14, 15 соответственно; например, AB034D₁₆.

Представление цифр в двоичной, десятичной и шестнадцатеричной системах счисления представлено в таблице.

Десятичная	Двоичная	Шестнадцатеричная
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
8	1000	8
9	1001	9
10	1010	A
11	1011	B
12	1100	C
13	1101	D
14	1110	E
15	1111	F

7. Перевод числа из десятичной системы счисления в двоичную 46,625=

Алгоритм перевода целого числа в двоичную СС:

1. Получить цифру числа n-ичной СС как остаток от деления числа Х на основание новой СС n, полученную цифру приписать справа от имеющихся цифр;

2. Принять за Х частное от деления числа Х на основание СС n;

3. Выполнять шаги 1-2, пока Х<>0.

Пример:

25(в 10-ой СС)->X(в 2-ой СС)

25:2=12(остаток 1)->1

12:2=6(остаток 0)->0

6:2=3(остаток 0)->0

3:2=1(остаток 1)->1

1:2=0->1

25->11001

Алгоритм перевода дробных чисел с нулевой целой частью из 10-ой в n-ичную СС:

1. Умножить х на n, где х-исходное число;

2. Получить цифру как целую часть числах и приписать её справа;

3. Обнулить целую часть числа х;

4. Выполнять шаги 1-3, пока х<>0 (при точном переводе) или до получения нужного количества цифр в дробной части( при приближённом переводе с заданной точностью).

Пример:

0.6875( в 10-ой СС)->X( в 2-ой СС)

0.6875*2=1.375(целая часть 1)->1

0.375*2=0.75(целая часть 0)->0

0.75*2=1.5(целая часть 1)->1

0.5*2=1(целая часть 1)->1

Если при переводе конечной дроби в другую СС получается конечная дробь, то такой перевод называется точным, если бесконечная дробь, то приближённым.

При переводе дробных чисел с ненулевой целой частью из 10-ой в n-ичную СС отдельно переводятся целая и дробная части.

46.625-> 111110

46:2=23(остаток 0)->0

23:2=11(остаток 1)->1

11:2=5(остаток 1)->1

5:2=2(остаток 1)->1

2:2=1(остаток 0)->1

1:2=0->1

Перевод числа из двоичной системы в десятичную: 101110,101=

Перевод целого или дробного числа из n- ичной СС в 10-ную производится с использованием формулы формализованного представления числа.

Пример:

1111(в 2-ой)->X(в 10-ой)

1(3)1(2)1(1)1(0)=1*2^3+1*2^2+1*2^1+1*2^0=15

1111->15

101110.101->46.625

101110.101=1*2^5+0*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+0*2^0+1*2^(-1)+0*2^(-2)+1*2^(-3)=46.625

8. Перевод из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную и обратно : 4АВ= , 10111000101= Перевод числа АС93 из 16-ричной системы в десятичную.

Перевод из 16-ой в 2-ую:

Каждая цифра 16-ного числа заменяется тетрадой, являющейся представлением этой цифрой в двоичной СС.

4АВ->10010101011

4AB=(0100)(1010)(1011)

Перевод из 2-ой в 16-ную:

Двоичное число делится на тетрады справа налево, каждая тетрада заменяется соответствующей ей цифрой. Если левая тетрада неполная, то слева от числа дописываются нули.

10111000101->5С5

101)(1100)(0101)=(0101)(1100)(0101)=5C5

Для перевода из 16-ричной в 10-ую СС удобнее всего для начала представить данное число в 2-ой СС, а затем перевести его в 10-ую

АС93->44179

AC93=(1010)(1100)(1001)(0011)

1010110010010011=1*2^15+0*2^14+1*2^13+0*2^12+1*2^11+1*2^10+0*2^9+0*2^8+1*2^7+0*2^6+0*2^5+1*2^4+0*2^3+0*2^2+1*2^1+1*2^0=44179

9. Классификация ЭВМ.

По принципу действия:

• Аналоговые;

• Гибридные;

• Цифровые.

По этапам создания (элементная база):

• I поколение 50е гг. – ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

• II поколение 60е гг. – ЭВМ на транзисторах;

• III поколение 70е гг. – ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах (100 тыс. транзисторов в одном корпусе);

• IV поколение 80е гг. – ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах (1млн транзисторов в одном кристалле);

• V поколение 90е гг. – ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров;

• VI и последующие поколения – ЭВМ с нейронной структурой.

По назначению:

• Универсальные;

• Проблемно-ориентированные (конвейер);

• Специализированные.

10. Структурная схема ПК.

МП – микропроцессор, ВЗУ –внешнее записывающее устройство, ВК – видеокарта, КК – контактная клавиатура, СА – сетевой адаптер, ПЗУ – постоянное записывающее устройство, ОЗУ – операционное записывающее устройство, КВЗУ - контроллеры ВЗУ, КПВВ – контроллеры портов ввода-вывода,

11. Центральные устройства ПК. Микропроцессор, назначение, структура, основные характеристики.

Микропроцессор – центральный блок ЭВМ, управляющий работой всех её компонентов и выполняющий операции над информацией, происходящие в регистрах.

Функции МП:

• Выполнение команд программы в ОЗУ. Команда состоит из кода, определяющего действия команды, и операндов, над которыми команда осуществляется;

• Управление пересылкой информации между памятью МП, ОЗУ и ПУ;

• Обработка прерываний;

• Управление компонентами ЭВМ.

Структура МП:

1. АЛУ – арифметико-логическое устройство – выполняет все арифметические и логические операции над числовой и символьной информацией;

2. Математический сопроцессор (операции над числами с плавающей точкой);

3. Устройство управления;

4. МП память служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно исполняемой в вычислениях в ближайшие такты работы ЭВМ. Служит для обеспечения высокого быстродействия ЭВМ.;

5. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины;

6. КЭШ-память 1-го и 2-го уровня;

7. Устройство синхронизации или генераторы тактовых импульсов- генерирует последовательность электр. Импульсов, частота этих импульсов определяет тактовую частоту ЭВМ, т.е. количество элементарных операций(тактов), выполняемых МП за одинаковые промежутки времени;

8. Интерфейсная система МП – реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК. Включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода.

Основные характеристики МП:

1. Рабочее напряжение (~3В);

2. Разрядность – показывает, сколько бит данных МП может принять и обработать за 1 такт;

3. Рабочая тактовая частота;

4. Размер КЭ-памяти.

Разрядность определяется разрядностью внутренней шины, т.е. количеством проводников в шине, по которым передаются команды (Intel=64 разряда).

12. Центральные устройства ПК. Основная память. Состав, назначение.

Основная память – это устройство для хранения информации. Она состоит из операционного записывающего устройства(ОЗУ) и постоянного записывающего устройства(ПЗУ).

ОЗУ (RAM) – Random Access Memory – предназначено для оперативной записи, хранения, чтения информации (программы данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий период времени. После выключения питания в ЭВМ информация в ОЗУ уничтожается, поэтому ОЗУ не подходит для долговременного хранения информации. Это энергозависимая память.

ПЗУ (ROM) – Read Only Memory – хранит неизменяемую (постоянную) информацию: программы, выполняемые во время загрузки системы, постоянные параметры ЭВМ. ПЗУ – энергонезависимое устройство, которое прошивается на заводе производителя.

13. КЭШ - память. Энергонезависимая память СМОВ.

1. Кроме обычной ОП и ПП в ПК имеется небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации.

Для того, чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в BIOS (Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода) должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить в ОЗУ и ПЗУ. Специально для этого на материнской плате есть микросхема энергонезависимой памяти построенные по технологии изготовления, называемой CMOS – Complementary metal-oxide semiconductor, обладающей низким энергопотреблением. От ОЗУ она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения ПК, а от ПЗУ тем, что данные в нее можно заносить и менять самостоятельно в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда хватает на несколько лет.

Также в CMOS хранятся параметры загрузки, пароль на вход в систему, текущее время и дата. CMOS также относится к BIOS

2. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем с другими устройствами, например, с ОЗУ. Чтобы уменьшить количество обращений к ОЗУ, внутри процессора создают буферную область, так называемую КЭШ-память – это, как бы, сверхоперативная память.

Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в КЭШ-память, и только если там нет нужных данных, происходит его обращение в ОП.

При работе программные данные считываются из ОП в кэш с небольшим опережением.

КЭШ-память распределяют по 3-м уровням. 1-й и 2-й на том же кристалле, что и процессор, 3-й на материнской плате, рядом с процессором.

14. Системная шина. Внешняя память ПК. Магнитные носители.

1)Системная шина – основная магистраль передачи данных в ЭВМ. Служит для обмена командами и данными между компонентами ЭВМ, расположенными на материнской плате. Периферийные устройства подключаются к шине через контроллеры – такая архитектура ЭВМ называется открытой, т.к. легко может быть расширена за счет подключения новых устройств. Передача информации по шине также осуществляется по тактам.

Системная шина включает в себя:

1. Кодовую шину для параллельной передачи всех разрядов числового кода операнда из ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) в МПП (микропроцессорная память) и обратно (имеет 64 разряда)

2. Кодовую шину адреса для передачи всех разрядов адреса ячейке ОЗУ (32 разряда)

3. Кодовую шину инструкций для передачи команд во все блоки ЭВМ

4. Шину питания – для подключения всех блоков ЭВМ к системе питания

Системная шина обеспечивает 3 направления передачи информации:

1. Между МП (микропроцессор) и ОЗУ

2. Между МП и контроллерами портов ввода-вывода внешних устройств

3. Между ОЗУ и внешними устройствами

Характеристиками системной шины является количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации

Пропускная способность зависит от:

- Разрядности или ширины шины – кол-во бит, которое может быть передано по шине одновременно

- От тактовой частоты шины – частоты, с которой передаются биты информации по шине

2) Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения и транспортировки информации. Взаимодействуют с системной шиной через контроллеры, которые обеспечивают интерфейс ВЗУ и системной шины в режиме прямого доступа к памяти, т.е. без участия МП.

ВЗУ можно разделить на переносные и стационарные (по критерию транспортировки). Переносные ВЗУ состоят из носителя, подключаемого к порту ввода-вывода (USB для флэш-памяти) или носителя и привода (накопители на гибких магнитных дисках, приводы CD и DVD). В стационарных ВЗУ носитель и привод объединены в единое устройство (накопитель на жестких магнитных дисках). Стационарные ВЗУ предназначены для хранения информации внутри ЭВМ.

По критерию физ. основы или технологии производства носители ВЗУ делятся на магнитные, оптические и флэш-память.

15. Внешняя память ПК. Оптические носители.

Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 12 см или мини-диски диаметром 8 см.

Состоят из 3-х слоев

1.Поликарбонатная основа (внешняя сторона диска)

2.Активный слой пластика с изменяемой фазой состояния

3.Тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска)

Запись и считывание информации осуществляется головкой, которая может испускать лазерный луч. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы диска. Фаза 2-го пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи.

При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (0)

При быстром остывании, если разогрета только микроскопическая точка, элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается 1)

Ввиду разницы коэффициента отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя, при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения.

В зависимости от возможности чтения записи компакт-диски делят на 3 типа:

1. Только для чтения. Запись невозможна

2. Для однократной записи и многократного чтения.

3. Для многократной записи и чтения

Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен пластиковый слой.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска, с помощью привода оптической системы, фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электр. сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код.

16. Внешняя память ПК. Магнитные носители.

Магнитные носители основаны на свойстве материала находится в двух состояниях: намагничено/не намагничено (кодирующих 1 или 0). По поверхности носителя перемещается головка, которая может считывать состояние или изменять его. Запись данных осуществляется следующим образом: при изменении силы тока, проходящего через головку, происходит изменение напряженности магнитного поля на поверхности магнитного носителя и состояние ячейки меняется с ненамагниченного на намагниченное или наоборот.

Операция считывания происходит в обратном порядке.

Намагниченные частички ферромагнитного покрытия является причиной появления электрического тока. Электромагнитные сигналы, которые возникают при этом, усиливаются и анализируются, и делается вывод о значении 0 или 1.

3 типа магнитных носителей:

1. Накопители на жестких магнитных дисках представляют собой несколько (до 10) дисков с магнитным покрытием, нанизанных на шпиндель в герметичном магнитном корпусе. При вращении диска происходит быстрый доступ головки к любой части диска. В рабочем режиме головки не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующегося на поверхности при быстром вращении.

2. Накопители на гибких магнитных дисках, предназначенных для записи информации на переносные носители – дискеты, которые представляют собой гибкий диск с магнитным покрытием, помещенный в жесткий корпус. (объем – до 1,44 мб)

3. Дисковые массивы используются для хранения данных в суперкомпьютерах и на серверах. Это несколько запоминающих устройств на жестких дисках, объединенных в один большой накопитель. Одна и та же информация хранится на различных жестких дисках и при потере ее на одном, можно восстановить с другого.

Дисковые массивы поддерживают технологию Plug and Play, т. е. замену одного из дисков без остановки всего массива.

17. Внешняя память ПК. Флэш - память.

Флэш-память – особый вид энергонезависимой, перезаписываемой полупроводниковой памяти.

Энергонезависимая – не требующая дополнительной энергии для хранения данных

Перезаписываемая – допускающая изменение, перезапись хранимых на ней данных

Полупроводниковая – не содержащая механически движущихся частей, построена на основе интегральных схем.

Замена основной памяти на флэш-память не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти:

1. работает существенно медленнее

2. имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (до млн)

Информация, записанная на флэш-память может храниться очень долго.

Флэш-память способна выдержать значительные механические нагрузки. В 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков.

Основное преимущество флэш-памяти перед жесткими дисками состоит в том, что флэш-память потребляет значительно меньше энергии во время работы (10-20 и более раз)

В жестких дисках бОльшая частьэнергии уходит на приведение в движение механики этих устройств.

Флэш-память компактнее.

18. Основные внешние устройства ПК.

Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы - порты ввода-вывода

К внешним устройствам относятся:

- устройства ввода информации:

- устройства вывода информации;

- средства связи и телекоммуникации.

К устройствам ввода информации относятся:

- мышь – электронно-механическое устройство дистанционного управления курсором

- клавиатура- устройство для ручного ввода в компьютер числовой, текстовой и управляющей информации;

- графические планшеты - для ручного ввода графической информации, изображений, путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в компьютер;

- сканеры- для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в компьютер машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;

К устройствам вывода информации относятся:

- принтеры- печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель.

19. Устройства ввода данных.

20. Устройства ввода графических данных. Сканеры.

21. Видеоподсистема, состав, основные характеристики. Типы мониторов.

22. Устройства вывода данных. Принтеры

23. Устройство обмена данными. Модем.

24. Программное обеспечение ПК. Основная классификация.

25. Базовый уровень ПО.

 Базовый уровень - отвечает за правильную работу аппаратных средств, является уровнем класса низкий. Программное обеспечение данного уровня хранится в микросхемах запоминающегося устройства (ПЗУ), его задача обеспечить работу входа и выхода BIOS. В процессе эксплуатации компьютера нельзя изменять программы и данные ПЗУ, они записываются в производственных условиях.

26. Системный уровень ПО.

Системный уровень – отвечает за связь программ вычислительного устройства с программами базового уровня и аппаратного обеспечения, он считается переходным уровнем. Этот уровень и его программы отвечают за эксплуатационные возможности компьютера. Когда на вычислительное устройство устанавливается новое оборудование, этот уровень должен быть обеспечен программой, которая свяжет устанавливаемое оборудование и другие программы. Программы, которые отвечают за взаимную связь с устройствами компьютера, называются драйверами.

В данном уровне есть еще и программы другого класса, которые отвечают за связь с пользователем компьютера. С помощью этих программ пользователь может вводить информацию в компьютер, пользоваться ее. Данный класс называется средствами пользовательского интерфейса, состояние этих программ регламентируют работу компьютера.

27. Служебный уровень ПО.

Служебный уровень – отвечает за настройку систем компьютера, за автоматизацию процессов. Многие программы данного уровня изначально входят в операционную систему, установленную на вычислительной машине. Существует 2 направления в развитии служебных программ, это программы для автономного применения и уже интегрированные в ОС.

28. Прикладной уровень ПО. Классификация.

Прикладной уровень - отвечает за выполнение уже определенных задач, которые могут быть развлекательного направления, для решения вопросов производства, учебными программами. Между системным уровнем программ и прикладным уровнем программ есть взаимная связь, работа вычислительной машины зависит от ОС стоящей на данном устройстве. Этот уровень подключает в себе: редакторы для текста, процессоры текстовые, системы автоматического создания проектирования, графические редакторы, браузеры, программы перевода текстов, системы которые управляют базами данных, таблицы, и многие другие программы прикладного уровня.