Ostreykovsky_Laboratorny_praktikum_po_informa

1.9. Представление текстовой информации

При вводе документов, текстов программ и другой информации вводимые символы (буквы, цифры, знаки) кодируются определенными комбинациями из восьми нулей и единиц и наоборот — при выводе их для чтения человеком (на монитор или принтер) по коду символа строится изображение символа.

При двоичном кодировании текстовой информации каждому сим­ волу назначается код — последовательность из фиксированного ко­ личества нулей и единиц со взаимно однозначным соответствием. Используя 1 двоичную цифру (один бит) можно закодировать всего 2 символа. Двухбитовых комбинаций может быть 4->00; 01, 10, 11, т. е. 22, с помощью трех битов можно получить восемь различных со­ четаний нулей и единиц (23). Аналогичным образом можно подсчи­ тать, что число битов, необходимое для кодирования 32 различных символов, равно 5 ( 2). Этот код использовался в работе телеграфа в 20-е годы прошлого столетия, вместо знаков препинания ставились ТЧК и ЗПТ. Используя 7 бит, можно закодировать 128 символов (дво­ ичный семибитовый код обмена информацией КОИ-7), а с помощью 24 бит — 16777216 различных символов или состояний.

Оптимальное количество символов, которые используются при на­ боре различных текстов, равно примерно 200 (буквы латинские и рус­ ские, заглавные и строчные, знаки препинания, цифры, математиче­ ские знаки, элементы псевдографики). В двоичной системе такое коли­ чество символов может быть закодировано последовательностью из 8 бит (28=256), т.е. 1 байтом.

Кодировка IBM (ASCII коды American Standard Coding for Information Interchange) состоит из двух частей: нижняя является обще­ принятой во всем мире (десятичные коды 0-127).

Фрагмент кодировки ASCII:

Первые 32 кода зарезервированы для различных управляющих символов, таких как возврат каретки, табуляция, отмена операции и т.п.

20

Вторая — «верхняя половина» представляет собой расширенные ASCII коды, в ней находятся национальные алфавиты и специальные символы. В России вторая половина подчиняется 4 разным стандар­ там: КОИ-8 (Код обмена информацией восьмизначный или кодовая страница 866, полученная путем замены греческих букв и некоторых элементов псевдографики из таблиц ASCII кодов на буквы русского алфавита), кодировка WINDOWS 1251, ISO, модифицированная аль­ тернативная кодировка ГОСТ. В последней прописные буквы от А до Я имеют десятичные коды 128 — 159, строчные буквы от а до п име­ ют десятичные коды 160 — 175, от р до я имеют коды 224 — 241.

Помимо восьмиразрядной системы кодирования символьной (тек­ стовой) информации разработана система шестнадцатиразрядного ко­ дирования символов, которая получила название универсальной, UNICODE. Такая система позволяет закодировать 216 = 65 536 различ­ ных символов, в том числе практически все алфавиты языков нашей планеты.

Расчет объема текстовой информации сводится к вычислению про­ изведения количества символов в тексте на число разрядов двоичного кода, необходимого для кодирования одного символа.

1.10. Кодирование цветовой и графической информации

Последовательностями нулей и единиц можно закодировать и гра­ фическую информацию.

Различают три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную.

Рассмотрим наиболее часто используемую при разработке элек­ тронных (мультимедийных) и полиграфических изданий растровую графику. Основным элементом растрового изображения является точ­ ка, или пиксель.

Для кодирования любого изображения нужно разбить его на точки и цвет каждой точки закодировать. Например, черно-белую картинку можно закодировать, используя два бита: И — белый цвет, 10 — светло-серый, 01 — темно-серый и 00 — черный цвет.

Для кодировки 256 различных цветов требуется 8 бит. Однако это­ го недостаточно для кодирования полноцветных изображений живой природы. Человеческий глаз может различать десятки миллионов цве­ товых оттенков. В современных компьютерах для кодирования цвета одной точки используется 3 байта.

21

Каждый цвет представляет собой комбинацию трех основных цве­ тов: красного, зеленого и синего. Первый байт определяет интенсив­ ность красной составляющей, второй — зеленой, третий — синей.

Белый цвет кодируется полными тремя байтами (255, 255, 255 или в двоичной системе 111111111, 11111111, Ш И Ш ) . Черный цвет — отсутствие всех цветов — (0,0,0). Красный цвет может быть темным

— (120,0,0) или ярко-красным (255,0,0). Такая система кодирования цветной графической информации называется системой RGB (Red, Green, Blue) и обеспечивает однозначное определение 16,5 млн. раз­ личных цветов и оттенков (224). Качество графического изображения зависит от количества точек (пикселей) на единице площади. Этот па­ раметр называется разрешением и измеряется в точках на дюйм — dpi.

Расчет объема графической информации сводится к вычислению произведения количества точек на изображении на количество разря­ дов, необходимых для кодирования цвета одной точки.

Например, для цветной картинки, составленной из 256 цветов в графическом режиме монитора 640 х 480, требуется объем видеопамя­ ти, равный:

8 • 640 • 480 = 2457600 бит = 307200 байт = 300 Кбайт.

Задания для самостоятельной работы

1. Преобразовать десятичные числа в восьмеричные и шестнадцатеричные: 35; 1024; 1135.

2. Перевести в восьмеричную и шестнадцатеричную системы счис­ ления следующие двоичные числа:

а) 11110101000100000100111100101000; 6)10001010101011001100110000000111.

3.Используя двоичное счисление, произвести сложение двух чи­ сел: а) 75 + 44; б) 158 + 36; в) 144 + 56. Проверить результат вычисле­ ний путем перевода его в десятичную систему.

4.Используя двоичное счисление, произвести вычитание путем сложения дополнений до двух : а) 75 - 44; б) -15 - 36; в) 14 - 56. Про­ верить результат вычислений путем перевода его в десятичную систе­ му.

5.Используя двоичное счисление, произвести деление : а) 75 : 5; б) 54 : 6; в) 56 ': 14. Проверить результат вычислений путем перевода его

вдесятичную систему.

22

Глава 2

Операционные системы ЭВМ

2.1. Основные понятия

Компьютер — электронное устройство для накопления и автомати­ ческой переработки информации.

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой программы — управление аппаратными средст­ вами.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Основные управ­ ляющие программы, рассматриваемые как единое целое, представляют собой операционную систему, наличие которой — непременное усло­ вие для практической работы пользователя.

Операционная система — это совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и при­ кладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система ЭВМ:

образует автономную среду, не связанную ни с одним языком про­ граммирования;

работает на конкретной аппаратной платформе, например IBM PC, однако для одной и той же платформы может существовать несколько операционных систем;

управляет работой конкретных прикладных программ, называемых приложениями.

Обычно файлы операционной системы хранятся на системном диске, который может быть реализован на любом внешнем носителе. При включении компьютера операционная система автоматически за­ гружается с диска в оперативную память и занимает там определен­ ное место.

24

Функции операционной системы. Операционная система ЭВМ предназначена для:

1. Обеспечения нескольких видов интерфейса: аппаратно-программного интерфейса (между программным и аппа­

ратным обеспечением); программного интерфейса (между разными видами программного

обеспечения); пользовательского интерфейса (между пользователем и программ­

но-аппаратными средствами).

2. Организации и хранения информации на внешних носителях ин­ формации.

Интерфейс (англ. inter — между, face — лицо) — средства и спо­ собы установления и поддерживания информационного обмена между исполнительными устройствами автоматической системы и человекомпользователем.

Понятие файла. Для обеспечения удобства работы с записанными на диск сведениями их размещают в файлах. Файл — логически свя­ занная совокупность данных, для которой во внешней памяти отводит­ ся поименованная область (данные — любая информация, включаю­ щая программы и исходные данные для их вьшолнения, результаты выполнения программ, тексты, иллюстрации и т. п.)

Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. Тип данных определяет тип файла. Файл хранится в виде после­ довательности произвольного числа байтов, обладающей уникальным именем. Файл может содержать любое число байтов или быть пустым (О байтов), отсюда — создать файл, значит, присвоить ему имя. Уни­ кальность имени файла гарантирует однозначность доступа к данным.

Правила задания имени файла. Составное (полное) имя файла представляет собой совокупность собственно имени файла и расшире­ ния имени файла. Имя от расширения отделяется точкой.

Расширение имени файла передает операционной системе инфор­ мацию о том, к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле,

ио формате, в котором они записаны.

Всемействе операционных систем MS DOS на имя файла отво­ дится 8 символов, а на расширение — 3. При именовании файла до­ пускается использовать цифры и символы латинского алфавита. Согла­ шение 8.3 назовем «коротким» именем файла.

Всемействе операционных систем Windows имя файла может со­ держать 256 символов — «длинное» имя, символы любые, кроме спе­ циальных / \ : * " < > |, можно использовать пробелы и несколько то­ чек. Расширением имени считаются все символы, идущие после по­ следней точки.

25

С точки зрения универсальности, т.е. возможности работы с фай­ лом на других рабочих местах, лучше использовать «короткое» имя файла.

Параметры, характеризующие файл (свойства): полное имя файла; объем файла в байтах; дата создания файла; время создания файла;

атрибуты файла, которые определяют степень доступа к файлу: R (Read only) — только для чтения, Н (Hidden) — скрытый, S (System) — системный файл, A (Archive) — архивированный файл.

Понятие файловой системы. Файловая система — функциональ­ ная часть операционной системы, обеспечивающая хранение данных на дисках и доступ к ним.

Принцип организации файловой системы в семействах операцион­ ных систем MS DOS и Windows — табличный. Поверхность диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой явля­ ются номера поверхности, цилиндра и сектора. Данные о том, в ка­ ком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT-таб- лицах).

Файловая система определяет способы организации и средства об­ служивания файловой структуры, преобразуя FAT-таблицы в иерар­ хическую структуру для обеспечения быстрого и удобного доступа к данным, простого и понятного пользователю способа задания адреса данных. Операции, выполняемые операционной системой по обслужи­ ванию файловой структуры:

создание файлов и присвоение им имен; создание каталогов (папок) и присвоение им имен; переименование файлов и каталогов (папок);

копирование и перемещение файлов и каталогов (папок); удаление файлов и каталогов (папок); навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному

файлу, каталогу (папке); управление атрибутами файлов.

Для обеспечения удобного доступа к файлам файловая система по­ зволяет объединять их в каталоги.

Каталогом называется специальный файл, в котором регистриру­ ются другие файлы и каталоги. Если файл зарегистрирован в каталоге, это означает, что в последнем содержится вся характеризующая файл

26

информация и сведения о том, в каком месте диска файл расположен. Сам же файл хранится как последовательность байтов без каких-либо дополнительных справочных сведений.

Правила именования каталогов совпадают с правилами именования файлов, однако расширения, как правило, не используются.

Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложен­ ности иерархической структуры является корневой каталог.

На каждом диске всегда имеется единственный корневой каталог, именуемый символом \, в который могут входить другие каталоги и файлы. Корневой каталог создается при форматировании (разметке) диска, хранится во вполне определенной области дисковой памяти, имеет ограниченный размер и не может быть удален никакими средст­ вами. Пользователь не имеет возможности что-либо сделать с корне­ вым каталогом, за исключением помещения в него файлов и других каталогов, а также удаления файлов и каталогов из него.

Каждый каталог хранит свою файловую структуру, которая форми­ руется по следующим правилам:

каталог или файл может входить только в один каталог; допускается вхождение в различные каталоги каталогов и файлов с

одинаковыми именами (но, конечно, не в один каталог); на порядок следования файлов и каталогов в каталоге никаких ог­

раничений (за исключением корневого каталога системного диска) не накладывается;

глубина вложенности каталогов не ограничивается.

В один каталог обычно объединяют группу файлов (каталогов), связанных между собой по какому-либо признаку. Например, файлы и каталоги одного владельца, функционально подобные файлы (катало­ ги), файлы, имеющие однотипное содержимое (тексты, исходные про­ граммы и т.п.).

С понятием файла и каталога в операционной системе связано по­ нятие логического диска. Логический диск создается и управляется специальной программой, имеет уникальное имя в виде одной латин­ ской буквы, например С, D, E, F и т.д. Логический диск может быть реализован на жестком диске, гибком диске, на CD-ROM (англ. compact disk — read only memory — компакт-диск только для чтения), в оперативной памяти (электронный диск). На одном физическом дис­ ке может быть создано несколько логических дисков.

Различают два состояния логического диска — текущее и пассив­ ное. Текущий диск — это диск, на котором пользователь работает в те­ кущее машинное время. Пассивным диском является диск, с которым в

27

данный момент времени связь отсутствует. Каталог также может быть текущим и пассивным. Операционная система помнит текущий ката­ лог на каждом логическом диске. Различают также еще одно состоя­ ние каталога — активное. Активный каталог определяется как теку­ щий каталог текущего диска, т.е. с каталогом установлена связь в на­ стоящий момент времени.

Способы обращения к файлу, группе файлов. Для обеспечения доступа к существующему файлу или определения места размещения файла в файловой структуре в общем случае требуется задать:

имя привода, на котором установлен диск, содержащий искомый файл или предназначенный для размещения нового файла;

путь к файлу по файловой структуре этого диска; составное имя файла (имя файла и расширение имени файла).

Данные сведения указываются в спецификации файла, которая имеет следующий синтаксис (представление, форму, структуру):

[имя носителя]:[маршрут\]имя_файла.[расширение].

Маршрут (путь) — цепочка соподчиненных каталогов, которую надо пройти по иерархической структуре к каталогу, где зарегистриро­ ван искомый файл. При задании пути имена каталогов записываются в порядке следования и отделяются друг от друга символом \.

Здесь необязательные элементы заключены в квадратные скобки, так как операционная система хранит информацию о текущем диске и текущем каталоге.

В случае, когда те или иные элементы отсутствуют, они восста­ навливаются по нижеприведенным правилам:

если привод не задан, то выбирается текущий привод;

если маршрут начинается с символа \ (указан полный маршрут), то поиск каталога, где должен содержаться файл, осуществляется, начи­ ная с корневого каталога диска на выбранном дисководе;

если условие в предыдущем пункте не выполняется, то поиск ката­ лога, где должен содержаться файл, осуществляется, начиная с теку­ щего каталога диска на выбранном дисководе;

если маршрут не задан, то считается, что файл содержится в теку­ щем каталоге диска на выбранном дисководе.

Достаточно часто необходимо выполнить одни и те же действия над несколькими файлами, например скопировать, переместить или удалить. Для работы с несколькими файлами одновременно операци­ онная система позволяет при помощи шаблона имени файла объеди­ нять их в группу.

28