инфопособие2013

Сегодня никто не использует для разработки программ карманные персональные компьютеры – смартфоны и коммуникаторы, а также интернет-планшетники или электронные книги, да и назначение у них совсем другое. Тем не менее они относятся к классу персональных компьютеров. Пожалуй, общее, что объединяет все эти устройства, что позволяет их называть персональными компьютерами – это наличие операционной системы и то, что они предназначены для эксплуатации одним пользователем (рис. 7.2 и7.3) .

Рис. 7.2. Современный настольный персональный компьютер

В настоящее время парк персональных компьютеров заметно расширился. Сюда можно отнести: нетбуки, субноутбуки, планшетные компьютеры, интернет-планшетники и карманные компьютеры (КПК), смартфоны, коммуникаторы и компьютеры-книжки (рис. 7.3), имеющие выход в Интернет они выполняют функцию книги, содержание, которой может меняться в зависимости от потребностей пользователя.

Для всего многообразия устройств, которые сегодня определяются как «вычислительная техника, стоило бы найти другое объединяющее их название (возможно таким словом будет «гаджет»), а персональными компьютерами, называть те из них, которые можно использовать не только для игр, выхода в Интернет, телефонной и видеосвязи (этими свойствами обладают уже и Smart-телевизоры), а называть так только те устройства, с помощью которых можно создавать программное обеспечение,

103

производить вычисления, разрабатывать модели, заниматься научными исследованиями. отдавая дань понятию, заложенному в слове «компьютер» (вычислитель) и тому, для чего ПК и ПЭВМ (персональные электронные вычислительные машины) изначально создавались.

в

Рис. 7.3. Современные средства коммуникации и обработки информации: а) интернет-планшет; б) карманный ПК; в) Smart-телевизор

104

7.5 Сферы использования ЭВМ

Несмотря на то, что изучаемые машины носят название электронных вычислительных, они не являются только вычислительными машинами.

Они способны манипулировать лингвистическими знаками и символами - т. е. символами, которым приписан некоторый смысл. Постепенное освоение логических задач позволило применить ЭВМ в отраслях далеких от математики. И это очень важно, хотя бы потому, что численные вычисления в человеческой деятельности занимают не более 30 % . В настоящее время ЭВМ служат для хранения, передачи и выбора информации, которую они могут воспринимать и передавать в виде специальных символов, предназначенных непосредственно для «мозга» машины, языков программирования, алфавита, звуковых и световых сигналов и т.п. В настоящее время уже невозможно назвать сферу человеческой деятельности, где обходились бы без ЭВМ. Естественно, что интенсивность применения компьютеров зависит от экономических возможностей отрасли, страны, заинтересованных лиц и компьютерной грамотности пользователей – т. е. степени информатизации. В связи с тем, что электронная промышленность – это наиболее быстро развивающаяся отрасль, то информацию о новых возможностях ЭВМ и расширении областей их применения, а также об устройствах для обработки информации и связи лучше прослеживать по специальной литературе и периодическим изданиям, например, в журналах «Компьютер пресс», «PC magazin», «Монитор» и др., регулярно печатающих подобную информацию и дающих советы пользователям, и посещать специальные сайты Интернета.

Контрольные вопросы и задания

1.В чем отличие формы представления информации в аналоговой и дискретной технике?

2.Какие преимущества имеет аналоговая техника перед дискретной? Какие дискретная перед аналоговой?

3.На какие классы разбиваются современные АВМ?

4.Что такое гибридная вычислительная техника? Какие преимущества у ГВТ перед АВТ и ЦВТ?

5.Подготовьте рефераты на следующие темы: «Современные

105

6.Приведите примеры сфер человеческой деятельности, где не применяются компьютеры или другие электронные устройства?

7.Подготовьте сообщение или реферат на тему «Умный дом»

8.Какие отрасли науки, промышленности, здравоохранения и т. п.

внашей стране требуют более интенсивной информатизации?

9.Какими бывают современные персональные компьютеры?

10.Назовите свойства, присущие персональным компьютерам.

11.Какие устройства используются в качестве внешней памяти персо12. нальных компьютеров?

13.Какие современные устройства для обработки информации относят к персональным компьютерам?

14.Какие из современных устройств обработки информации и связи,

ив каких случаях помогают вам в учебе?

15.Какие функции, ранее присущие только персональным компьютерам, выполняют сегодня сотовые телефоны?

16.Как планшеты и КПК могут помочь в образовании?

17.Перечислите в какую бытовую технику сегодня встраиваются компьютеры.

106

Глава 8. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ И КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ

8.1 Что такое кодирование

С древности человек научился ставить в соответствие материальные предметы их образу. Образом в данном случае могли быть как реалистичные картины, восстанавливающие охоту, количество встреченных или убитых животных (наскальная живопись) или отражающие процесс сбора урожая, количество связанных снопов или кувшинов с маслом (например, древнеегипетские рисунки), так и, например, камешки, ракушки, зарубки, количественно соответствующие тем или иным предметам или животным. Такого рода процесс соответствия предметов их образам уже можно назвать процессом кодирования информации. Кодирование информации – это преобразование ее в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки.

Причем, информацию одного и того же вида кодировать можно поразному, в зависимости от ее назначения. Например, человеческую речь, издаваемые человеком звуки в европейской азбуке кодируют в виде отдельных букв или их сочетаний, а вьетнамская и японская азбуки (кроме иероглифов у японцев есть еще две азбуки – китакана и хирагана) представляют собой слоги из двух букв. Китайцы и японцы используют также сложные знаки – иероглифы, которые обозначают не только отдельные слова, но и целые предложения. Иероглифы использовали также в древние египтяне и американские индейцы. В то же время, звуки, которые могут быть воспроизведены музыкальным инструментом, представляют в виде специальных знаков – нот.

В свою очередь, письменную речь можно тоже кодировать, вопервых, для того чтобы она не была понятной тем, кому она не предназначена, такой процесс кодирования называется – шифрованием. Во-вторых, еѐ необходимо кодировать для того чтобы с ней могли работать устройства, предназначенные для автоматизированной обработки информации, например компьютеры.

Кроме кодирования звуковой речи, т. е. перевода еѐ в письменную, у человека с древности была необходимость в кодировании

количественной или числовой информации. Для этого им были придуманы различные системы счисления.

107

Система счисления – способ записи чисел по определенным правилам с помощью знаков, именуемых цифрами. А система нумерации

–это правила записи чисел.

Внастоящее время кодирование информации наиболее широко используется для общения человека с компьютером. Об этом способе кодирования информации речь пойдет далее.

8.2. Системы счисления

Разные народы в разные времена использовали разные нумерации. Так как в первую очередь люди для представления количества использовали пальцы, то первые системы счисления связаны были с их количеством, следовательно, чаще всего это были пятеричные и десятеричные системы счисления.

8.2.1. Древние системы счисления

Данные о древнейших системах счисления были обнаружены при археологических раскопках на месте Древнего Египта (рис.8.1) и Месопотамии.

Рис. 8.1. Древнеегипетская система счисления

Воснове как палочной, так и древнеегипетской системы счисления лежал простой принцип сложения, согласно которому значение числа равно сумме значений цифр, участвующих в его записи. Учѐные относят древнеегипетскую систему счисления к десятичной непозиционной.

ВДревневавилонской системе счисления числа составлялись из знаков двух видов: прямой клин служил для обозначения единиц, а лежачий клин – для обозначения десятков.

108

Для определения значения числа надо было его изображение разбить на разряды справа налево. Новый разряд начинался с появления прямого клина после лежачего, если рассматривать число справа налево

(рис. 8.2).

Рис. 8.2. Число 32 в Древневавилонской системе счисления

Знаки прямой клин и лежачий клин служили цифрами в этой системе. Число 60 снова обозначалось тем же прямым клином, что и 1, этим же знаком обозначались и числа 3600=602, 216000=603 и все другие степени 60. Поэтому вавилонская система счисления получила название

шестидесятеричной (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Число 60 в Древневавилонской системе счисления

Шестидесятеричная вавилонская система – первая известная система счисления, частично основанная на позиционном принципе.

Система вавилонян сыграла большую роль в развитии математики и астрономии, еѐ следы сохранились и до наших дней. Так, мы до сих пор делим час на 60 минут, а минуту на 60 секунд. Следуя примеру вавилонян и окружность делят на 360 частей (градусов).

Недостатком египетской системы является громоздкая запись чисел. Для записи числа девять египтяне девять раз повторяли иероглиф для единицы. Этого недостатка лишены алфавитные системы записи чисел,

109

принятые в свое время у ионийцев, древних евреев, финикийцев, армян, грузин, славян.

Славянская алфавитная нумерация напоминает современную позиционную. В ней числа были закодированы буквами, а над этими буквами, чтобы избежать путаницы, ставился специальный знак титло

(рис. 8.4).

Рис. 8.4. Древнеславянская система счисления

110

Одной буквой кодировались числа от 1 до 9, затем 10, 20, ..., 90 и, наконец 100, 200, ..., 900. Для больших чисел использовались те же самые буквы с добавленными к ним специальными значками, например 10000

обозначалось как.

В римской системе счисления семь чисел обозначаются буквами:

Остальные числа записываются комбинациями этих букв. Если в комбинации буквы идут в порядке от больших к меньшим, то соответствующие числа складываются. Например:

XXVII означает 10+10+5+1+1=27, MMMD означает

1000+1000+1000+500=3500.

Если же какие-то буквы нарушают порядок, то их значения вычитаются из значения следующей буквы. Например:

IV означает 5-1=4,

XIX означает 10+(10–1)=19,

MCMXCIV означает 1000+(1000–100)+(100-10)+ (5–1)=1994.

Если складывать и вычитать в такой системе еще можно без особого труда, то умножать очень сложно, а деление представляет собой почти непосильную проблему.

Вместе с тем в римской системе счисления есть одна важная идея: вклад буквы в число зависит не только от самой буквы, но и от порядка следования (позиции) букв в записи числа. Так, например, буква I дает вклад +1 в число VI и вклад —1 в число IV. Развитие этой идеи приводит к современным позиционным системам нумерации.

8.2.2 Позиционные системы счисления

Самой популярной системой кодирования чисел является привычная нам позиционная десятичная система. В этой системе значение цифры в числе зависит от ее места (позиции) внутри числа. Именно свойство позиционности, позволяет производить нам арифметические операции столбиком, делая вычисления более простыми, чем в рассмотренных ранее системах счисления.

111

Знаменитый французский математик и физик Лаплас сказал: «Мысль выражать все числа десятью знаками, придавая им кроме значения по форме еще и значение по месту, настолько проста, что именно из-за этой простоты трудно понять, насколько она удивительна».

Десятичная система счисления пришла из Индии, где она появилась не позднее VI в. н. э.

В десятичной системе всего десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, б, 7, 8, 9, но информацию несет не только цифра, но также и место, на котором она стоит. В числе 444, например, три одинаковые цифры обозначают количество и единиц, и десятков, и сотен. А вот в числе 400 первая цифра 4 обозначает число сотен, а две цифры 0 сами по себе вклад в число не дают, а нужны лишь для указания позиции цифры 4.

Итак, в десятичной позиционной системе счисления особую роль играет число десять и его степени: 10, 100, 1000, 10 000, ... Правая цифра числа показывает число единиц, следующая цифра – число десятков, следующая – число сотен и т. д. Например, число 1995 составляют: 5 единиц, 9 десятков, 9 сотен и одна тысяча:

1995 5 9 10 9 100 1 1000

Поскольку 1000 = 103,100 =102,10 = 101, можно написать еще и так

Отсюда уже ясно, как записать любое четырехзначное число:

где ai –десятичные цифры числа, каждая из которых может быть 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 0, причем цифра an не должна быть ненулевой (иначе число не будет n-значным).

Число 10, степени которого записаны в формуле выше, называют

основанием системы счисления.

Если в качестве основания позиционной выбрать любое натуральное число р, то представить число N в р-ичной системе счисления можно так: