
cl-Ast-informatikaУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
.pdf
ТЕСТЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.Логически связанная информация, хранящаяся на диске под некоторым именем называется
2.Список имен файлов и их атрибуты хранятся в
3.Размещением на диске и доступом к файлам и каталогам управляет
4.Если ОС способна выполнять несколько программ одновременно, то она является
5.Если работающие программы могут разделяться на несколько самостоятельно выполняющихся частей, то ОС называется
6.Средства и правила, обеспечивающие взаимодействие устройств, программ и человека, называются
7.Файл на жестком диске, используемый для организации виртуальной памяти, называется
8.Комплекс взаимосвязанных программ для создания, изменения, управления объектами называется
9.Если приложение работает и потребляет ресурсы компьютера, то оно называется
10. Часть виртуальной памяти выполняет роль |
|
при обмене данными |
За каждый правильный ответ поставьте себе 1 балл. Просуммируйте набранные баллы и разделите полученную сумму на 2. Округлите результат. Это ваша оценка за тест.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Острейковский. Информатика: Учеб. для техн. направлений и спец. вузов.- М.: Высш.
шк., 1999.- 512 с. :рис.
2.Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя:Краткий курс.- М.: ИНФРА-М, 1999.- 479 с.
3.Таненбаум Э. Современные операционные системы.- СПб.: Питер, 2002.- 1040 с. :ил.
4.Гордеев А. В. Операционные системы: учеб. для вузов.- 2-е изд.- СПб: Питер, 2003.- 416 с.
5.Олифер В. Г., Олифер Н. А. Сетевые Операционные системы.- СПб.:Питер, 2003.- 539 с.
6.Информатика: Учебник/Под ред. Н. В. Макаровой.-М.: Финансы и статистика, 2003.- 768 с., ил.
7.Стинсон К., Зихерт К. Эффективная работа с Windows 2000 Professional.- СПб.: Питер, 2003, 864 с.
8.Левин А. Самоучитель работы на компьютере. Начинаем с Windows.- СПб.: Питер, 2003.-697 с.
9.Холмогоров В. Windows XP. Самоучитель. 2-е изд..- СПб.: Питер, 2004.- 384 с.
10.Периодические издания: журналы "Компьютер-пресс", "Мир ПК", "Монитор", "Компьютерра".
100
101

5
МОДУЛЬ
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ. КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ
1.ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ
2.СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ
3. КОДИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Цель: ознакомление с формами представления информации в ЭВМ; получение представления о способах кодирования, передачи и контроля информации.
Задачи:
¾Ознакомиться с формами представления информации в ЭВМ.
¾Изучить приемы работы с числами в различных системах счисления.
¾Изучить действия над отрицательными числами в обратном и дополнительном кодах.
¾Ознакомиться со способами и методами передачи информации по каналам связи.
¾Получить представление о приемах кодирования и контроля передачи данных.
После изучения модуля вы должны Знать:
¾Форматы записи двоично-кодированных десятичных чисел и чисел СПТ, СФТ.
¾Правила двоичной арифметики.
¾Сущность последовательного и параллельного кодов, потенциального и импульсного способов физического представления информации.
¾Сущность синхронной и асинхронной передачи.
¾Типы помех в каналах связи.
¾Как осуществляется кодирование и контроль передачи информации.
¾Способы обнаружения ошибки в сообщении с помощью синдрома кода Хэмминга.
Результат:
¾Получение представления о методах кодирования данных и контроля их передачи.
¾Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими дисциплинами как «Организация ЭВМ и систем», «Программная и аппаратная поддержка вычислительных систем».
¾Пополнение профессионального словарного запаса.
Kритерии:
¾ Сложность изучаемого материала (1 — простой, 2 — средний, 3 — сложный) |
3 |
|
|
|
|
¾ |
Минимально необходимое время изучения материала (в аудиторных часах) |
4 |
|
— 30% знаний |
|
¾ |
Время, необходимое для полного усвоения материала (в аудиторных часах) |
12 |
|
— 80-100% знаний |
|
Лабораторное сопровождение:
¾Лабораторная работа №4. Системы счисления
¾Лабораторная работа №5 Прямой, обратный, дополнительный коды. Модифицированные коды.
¾Лабораторная работа №6. Представление чисел в ЭВМ
101

1 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ
1.1 СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ
Система счисления — это способ изображения чисел с помощью конечного множества символов. В зависимости от способа изображения чисел системы счисления (c/c) делятся на позиционные и непозиционные.
Впозиционной системе счисления количественное значение каждой цифры зависит от ее места (позиции) в числе.
Внепозиционной системе счисления цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения в числе.
Количество (Р) различных цифр, используемых для изображения числа в позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления.
Число, равное основанию системы счисления, записывается только в двух позициях данной системы.
Однородность позиционной системы означает, что множества символов, используемых в данной системе достаточно для представления любого числа.
Разряд (позиция) — место для цифры в числе. Разрядность — количество цифр в числе.
Разряды нумеруются справа налево. Каждому разряду соответствует степень основания. Значения цифр лежат в пределах от 0 до Р-1.
Разделение числа на целую и дробную части имеет смысл только позиционных системах. В общем случае запись любого смешанного числа в системе счисления с основанием Р будет представлять собой ряд вида:
−m
=∑anPn , P = an +1 −основание ,n=k −1
0 ≤ an ≤ P, A ={a1,a2 ,K,an}− алфавит
Нижние индексы определяют местоположение цифры в числе (разряд):
•положительные значения индексов — для целой части числа (к разрядов);
•отрицательные значения индексов — для дробной части числа (m разрядов).
Пример. – 851,12 = – (8*102 + 5*101 + 1*100 + 1*10-1 + 2*10-2) = = – (800 + 50 + 1 + 0,1 + 0,02)
Позиционная система счисления — арабская десятичная система. Непозиционная система счисления — римская.
Максимальное целое число, которое может быть представлено в k разрядах:
Nmax = Pk −1
Минимальное значащее (не равное 0) число, которое можно записать в m разрядах дробной части: Nmin = P−m .
Имея в целой части числа k, а в дробной m разрядов, можно записать всего Pm+k разных чисел.
Анализ экономичности систем счисления показал, что наиболее эффективными являются системы с основанием, кратным 2, т.е. 2, 4, 8, 16. В силу специфики построения схем ЭВМ в современных машинах применяется шестнадцатеричная система счисления.
В одной из первых ЭВМ (ENIAC) использовалась десятичная система счисления.
102

1.2 ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧИСЕЛ
В вычислительных машинах применяются две формы представления чисел:
•естественная форма или форма с фиксированной точкой (СФТ)
•нормальная форма или форма с плавающей точкой (СПТ)
Числа СФТ изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной.
Числа, записанные в разрядную сетку, К = 5, M = 5 + 00521,37700; + 00000,00238; – 10201,30360.
Эта форма наиболее проста, естественна, но имеет небольшой диапазон представления чисел и поэтому не всегда приемлема при вычислениях.
Диапазон значащих чисел (N) в системе счисления с основанием Р при наличии k разрядов в целой части и m разрядов в дробной части числа (без учета знака числа) будет:
P−m ≤ N ≤ Pk − P−m , (при P=2, k=10 и m=6 получим 0,015 ≤ N ≤ 1024)
Если в результате операции получится число, выходящее за допустимый диапазон, происходит переполнение разрядной сетки, и дальнейшие вычисления теряют смысл. В современных ЭВМ естественная форма представления используется как вспомогательная и только для целых чисел.
Числа СПТ изображаются в виде двух групп цифр. Первая группа цифр называется мантиссой, вторая — порядком, причем абсолютная величина мантиссы должна быть меньше 1, а порядок — целым числом. В общем виде число в форме с плавающей запятой может быть представлено так:
|
|
N = ±MP±r , |
где М — мантисса числа (|М| < 1); r — порядок числа (r — целое число); P — |
||
основание системы счисления. |
|
|
Числа в нормальной форме запишутся так: |
||
+ 0,521377*103 |
+ 0,238*10-3 |
– 0,102013036*105 |
Нормальная форма представления имеет огромный диапазон отображения чисел и является основной в современных ЭВМ.
Диапазон значащих чисел в системе счисления с основанием Р при наличии k разрядов у мантиссы и m разрядов у порядка (без учета знаковых разрядов порядка и мантиссы) будет:
P−k P−(Pm −1) ≤ N ≤ (1− P−k )P(Pm −1)
При Р=2, k =10 и m=6 диапазон чисел простирается примерно от 10-19 до 1019. Знак числа обычно кодируется двоичной цифрой; код 0 означает знак «+», код 1
— знак «–».
При кодированных способах изображения чисел количество разных знаков меньше, чем количество используемых в системе цифр. Каждая цифра кодируется определенной комбинацией из нескольких знаков. Так цифры десятичной системы счисления можно кодировать цифрами двоичной системы. В двоично-десятичной системе каждая цифра кодируется четырьмя двоичными цифрами.
Двоично-десятичная система счисления получила большое распространение в современных ЭВМ ввиду легкости перевода в десятичную систему и обратно. Она используется там, где основное внимание уделяется не простоте технического построения машины, а удобству работы пользователя. В этой системе счисления все десятичные цифры отдельно кодируются четырьмя двоичными цифрами и в таком виде записываются последовательно друг за другом.
103

Двоичные коды десятичных и шестнадцатеричных цифр
Цифра |
0 |
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Код |
|
|
|
0000 |
0001 |
0010 |
0011 |
|
|
01000101011001111000100110101011 |
|
|
1100 |
1101 |
11101111 |
|
|||||
|
|
|
Десятичное число 9703 в двоично-десятичной системе выглядит так: 1001 0111 0000 |
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
0011. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шестнадцатеричное число F17B в двоичной системе выглядит так: |
||||||||||||||||||
|
|
|
1111 |
0001 |
0111 1011 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
{ |
{ { { |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
F |
1 |
|
7 |
B |
1.3 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ПК
Единицы измерения объемов информации, хранимой или обрабатываемой в ЭВМ
Количество двоичных |
|
|
|
8*10242 |
8*10243 |
8*10244 |
разрядов в группе |
1 |
8 |
8*1024 |
|||
Наименование единицы |
Бит |
Байт |
Кбайт |
Мбайт |
Гбайт |
Тбайт |
измерения |
|
|
|
|
|
|
Биты в числе нумеруются справа налево, начиная с 0-го разряда. Двоично-кодированные десятичные числа могут быть представлены в ПК полями
переменной длины в упакованном и распакованном форматах.
Упакованный формат. Десятичной цифре отводится по 4 двоичных разряда (полбайта); знак числа кодируется в крайнем правом полубайте числа (1100 – знак «+» и 1101 – знак «-»).
Структура поля упакованного формата:
Цифра |
Цифра |
… |
Цифра |
Знак |
Байт Упакованный формат используется обычно в ПК при выполнении операций
сложения и вычитания двоично-десятичных чисел.
Распакованный формат. Для каждой десятичной цифры отводится по целому
байту.
Старшие полубайты (зона) каждого байта (кроме самого младшего) заполняются кодом 0011 (в соответствии с ASCII-кодом). В младших полубайтах кодируются десятичные цифры. Старший полубайт самого младшего байта используется для кодирования знака числа.
Структура поля распакованного формата
Зона |
Цф |
Зона |
Цф |
… |
Зона |
Цф |
Знак |
Цф |
Распакованный формат используется при вводе-выводе информации, при выполнении операций умножения и деления двоично-десятичных чисел.
Пример. Число – 19310 = – 0001 1001 00112-10
а) в упакованном формате
0001 1001 0011 1101
б) в распакованном формате
0011 0001 0011 1001 1101 0011
104

Распакованный формат представления двоично-десятичных чисел является следствием использования в ПК ASCII-кода для представления символьной информации.
Код ASCII (American Standard Code for Information Interchange — Американский стандартный код для обмена информацией) имеет основной стандарт и его расширение. Основной стандарт для кодирования символов использует шестнадцатеричные коды 00–7F, расширение стандарта — 80–FF. Основной стандарт является международным и используется для кодирования управляющих символов, цифр и букв латинского алфавита; в расширении стандарта кодируются символы псевдографики и буквы национального алфавита.
1.4 ДВОИЧНАЯ АРИФМЕТИКА
Для записи одного и того же числа в различных системах счисления необходимо различное число разрядов. Чем меньше основание системы, тем больше длина числа.
При выборе системы счисления для ЭВМ учитывают, что:
основание системы счисления определяет количество устойчивых состояний, которые должен иметь элемент ЭВМ (устройство, используемое для изображения разрядов числа);
длина числа существенно зависит от основания системы; система счисления должна обеспечивать простые алгоритмы выполнения
арифметических и логических операций.
Правила выполнения арифметических действий
1 + 0 = 1 |
1 – 1 = 0 |
1 * 0 = 0 |
0 + 1 = 1 |
1 – 0 = 1 |
0 * 1 = 0 |
0 + 0 = 0 |
0 – 0 = 0 |
0 * 0 = 0 |
1 + 1 = 10 |
0 – 1 = 11 |
1 * 1 = 1 |
Умножение многоразрядных чисел осуществляется путем образования частных произведений и их последующего суммирования. В двоичной системе умножение сводится к операциям сдвига и сложения, деление — к операциям вычитания и сдвига.
Пример 1. Умножение в двоичной |
Пример 2. Деление в двоичной |
|
системе счисления |
системе счисления |
|
11100101, 01 |
1100 1010 1 | 10011 |
|
× 101, 1 |
− |
10101 — частное |
|
10011 |
|
1110010101 |
|
|
+ 1110010101 |
|
11001 |
1110010101 |
− 10011 |
|
|
|
|
10011101100, 111 |
− |
11001 |
|
10011 |
|
|
|
|
|
|
110 — остаток |
Правило перевода целого числа из системы с основанием p в систему с основанием d. Делить число и получаемые частные на основание системы d до тех пор, пока очередное частное не станет меньше d.
Правило перевода правильной дроби. Умножать исходную дробь и дробные части получающихся произведений на основание системы d. Целые части получающихся произведений дают последовательность цифр в новой системе (перевод выполняется приближенно).
105

Правило перевода смешанного числа. Отдельно переводят целую и дробную часть, каждую по своим правилам.
Пример 3. Перевод целого числа из десятичной системы счисления в двоичную
1110 = ?2
Воспользуемся степенным рядом 8 4 2 1 и представим число 11 как 8 + 2 + 1, что соответствует наличию в разложении разрядов 10112.
Пример 4. Перевод десятичной правильной дроби в двоичную
0, 149610 = 0, 0010012
*2
0, 2992
*2
0, 5984
*2
1, 1968
*2
0, 3936
*2
0, 7872
*2
1, 5744
*2 1, 1488
Пример 5. Перевод двоичной правильной дроби в десятичную
0, 0010012 = 0, 140610 * 1010
1001 + 1001
|
1, 011010 |
1 |
* |
1010 |
11010 + 11010
|
100, 000100 |
4 |
* |
1010 |
100 + 100
|
0, 101000 |
0 |
* |
1010 |
101000 + 101000
110, 010000 6
Пример 6. Умножение в |
Пример |
7. Деление в |
|
восьмеричной системе счисления |
восьмеричной системе счисления |
||
|
345, 28 |
|
6258 238 |
* |
5, 48 |
– |
258 |
|
|
468 |
|
|
162508 |
|
|
+ 217228 |
|
1458 |
|
|
– 1378 |
||
2354, 78 |
|
|
|
|
|
|
68 |
106

|
Пример |
8. |
Умножение в |
|
Пример |
9. |
Деление |
в |
||||
шестнадцатеричной системе счисления |
шестнадцатеричной |
|
системе |
|||||||||
|
|
|
E 5, 416 |
|
счисления |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
* |
5, 816 |
|
|
|
|
19516 1316 |
|
|
||
|
|
————— |
|
|
|
− |
13 |
1516 |
|
|
||
|
|
|
72 A0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
+ 47 A4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65 |
|
|
|
||
|
|
4 EC, E016 |
|
|
|
– 5F |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
Последовательность вычислений при умножении Е54 на 8 |
|
|
|
||||||||
|
1) 4*8=32 |
|
2) 32/16=20 |
|
|
20 |
|
|
|
|
||
|
3) 5*8=40 |
|
4) 40/16=28 |
|
+ 28 |
|
|
|
|
|||
|
5) E=14*8=112 |
6) 112/16=70 |
|
70 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
————- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
72100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
Пример 10. Перевод из десятичной системы счисления в восьмеричную |
|||||||||||
1996, 5510 = 3714, 4 (3146)8 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Перевод целой части |
Перевод дробной части |
|
|
|
|
|||||||
199610 8 |
|
|
0, 55 |
0, 40 |
0, 20 |
0, 60 |
0, 80 |
|||||
– 16 |
|
249 8 |
|
* |
8 |
* 8 |
* 8 |
* |
8 |
* |
8 |
|
—— |
– 24 |
31 8 |
|
|
|
|
|
|||||
39 |
—— – 24 |
3 |
4, 40 |
3, 20 |
1, 60 |
4, 80 |
|
6, 40 |
||||
– 32 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
– |
8 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
76 |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_72__ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Любая позиционная система счисления дает более компактную запись числа по сравнению с двоичной. Правила во всех позиционных системах счисления одинаковы. В восьмеричной системе счисления каждая цифра соответствует трем двоичным разрядам (триаде). В шестнадцатеричной системе счисления каждая цифра соответствует четырем двоичным разрядам (тетраде). Если имеется 2-й формат, то 8-й и 16-й получатся дроблением справа налево на триады (для 8 = 23) и тетрады (для 16 = 24).
1.5 КОДЫ: ПРЯМОЙ, ОБРАТНЫЙ, ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ
Положительные числа во всех кодах одинаковы. Старший разряд регистра — знаковый (0 — «+», 1 — «-»).
Для кодирования отрицательных чисел и выполнения действий над ними вводят
обратный и дополнительный коды.
Обратный код отрицательного двоичного числа получается, если:
•в знаковый разряд поставить единицу;
•во всех разрядах мантиссы сменить цифры. Обратный код — инверсия прямого.
107

Дополнительный код отрицательного двоичного числа получается, если:
•в знаковый разряд поставить единицу;
•во всех разрядах мантиссы сменить цифры;
•к младшему разряду мантиссы прибавить единицу и выполнить переносы, в том числе в знаковый разряд.
Дополнительный код = обратный код + 1 в младшем разряде.
При сложении чисел в обратном коде, складываются все n разрядов, включая знаковый. В случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 добавляется к младшему разряду, т.е. выполняется циклический перенос.
При сложении чисел в дополнительном коде складываются все n разрядов, включая знаковый. В случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 не добавляется к младшему разряду, а отбрасывается.
Переполнение разрядной сетки в результате переноса из знакового разряда удобно обнаруживать в модифицированных кодах.
В модифицированных обратном и дополнительном кодах для кода знака отводится 2 разряда и знак «-» обозначается 11, а знак «+» — сочетанием 00. Единица левее знаковых разрядов теряется. Сочетание 01 и 10 служит признаком переполнения.
При сложении в прямом коде не делается перенос из старшего цифрового разряда в знаковый.
Если числа разных знаков, то в прямом коде приходится выполнять операцию вычитания после предварительного сравнения кодов чисел. Результату приписывается знак большего числа. Эти дополнительные операции приводят к дополнительному усложнению сумматора.
Пример 1. Сложение обратных кодов чисел.
Сумма обратных кодов равна обратному коду результата.
а)
0, 00100 = [Α]обр = А
+
0, 01100 = [В]обр = В
0, 10000 = [С]обр = С
б) |
1, 10110 = [Α]обр |
А = – 0, 01001 |
|
|
+ |
В = 0, 01110 0, 01110 = [В]обр Выполняется циклический перенос, что равноценно суммированию с 0, 00001.
|
|
|
1 0, 001 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0, 00101 = [С]обр = С После циклического переноса. |
||||
в) |
|||||||
[Α]обр = 1, 10011 |
|||||||
А = – 0, 01100 |
|||||||
|
|
|
+ |
|
|
|
|
В = 0, 01001 |
[В] |
обр |
= 0, 01001 |
|
|||
С = - 0, 00011 |
|
|
|
|
1,11100 = [С]обр
108