Самостоятельная работа студентов. Практические занятия

Модуль 1. Архитектура и принципы функционирования современных ЭВМ

Тема 1.1. Основные характеристики, эволюция и классификация эвм

1. Задания для самостоятельной работы

1. Изучить эволюцию неэлектронных вычислительных машин.

2. Рассмотреть основные этапы развития электронных вычислительных машин (ЭВМ).

3. Ответить на вопрос – какова взаимосвязь между развитием элементной базы и этапами развития ЭВМ?

4. Изучить основные характеристики ЭВМ. Выделить основные характеристики ЭВМ. Пояснить выбор.

5. Рассмотреть основные подходы к классификации ЭВМ. Изучить классы персональных компьютеров (спецификация РС-99). Указать на недостатки РС-99.

6. Ответить на тестовые вопросы.

1. Сколько этапов развития средств вычислительной техники?

• Четыре;

• Шесть;

• Восемь;

• Пять.

2. В каком году был разработан первый микропроцессор?

• 1968;

• 1978;

• 1971;

• 1972.

3. Что определяет число пикселей по горизонтали и вертикали изображения?

• Разрешение;

• Расширение;

• Количество цветов;

• Формат графического файла.

4. Какой класс ЭВМ используется для решения узкого круга задач?

• Специализированные;

• Проблемно-ориентированные;

• Универсальные;

• Персональные.

5. Какое количество оттенков цвета одного пикселя возможно при битовой глубине 3?

• Три;

• Шесть;

• Семь;

• Восемь.

6. Какой тип ПК по спецификации РС-99 отличается наличием средств коммуникации отдаленного доступа?

• Массовые ПК;

• Деловые ПК;

• Портативные ПК;

• Рабочие станции ПК.

7. Какой тип ПК по спецификации РС-99 включает минимум средств воспроизведения графики и звука?

• Массовые ПК;

• Деловые ПК;

• Портативные ПК;

• Рабочие станции ПК.

2. План практического занятия (2ч)

Тема: Представление данных в ЭВМ.

1. Преобразование текстовых данных при вводе в ЭВМ.

2. Преобразование растровой графики при вводе в ЭВМ.

3. Расчет размеров файлов данных при их различном представлении.

3. Рекомендации по выполнению заданий и подготовке

к практическому занятию

Представление данных заключается в их преобразовании в вид, удобный для последующей обработки либо пользователем, либо ЭВМ.

Форма представления данных определяется их конечным предназначением. В зависимости от этого данные имеют внутреннее и внешнее представление. Внутреннее представление данных (для ЭВМ) определяется физическими принципами, по которым происходит обмен сигналами между узлами ЭВМ, принципами организации памяти, логикой работы ЭВМ. Внутреннее представление данных в большинстве современных ЭВМ является дискретным, т.е. цифровым, причем любые данные для обработки ЭВМ представляются последовательностями двух целых чисел – единицы и нуля. Такая форма представления данных получила название двоичной.

Во внешнем представлении (для пользователя) все данные хранятся в виде файлов. Файл – область памяти на внешнем носителе, которой присвоено имя.

Правило представления символьной информации (буквы алфавита и др. символы) заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальное число, т.е. каждый символ нумеруется.

Наиболее простой стандарт кодировки символов ASCII-код («Американский Стандартный Код для Обмена Информацией» – англ. American Standart Code for Information Interchange) был введён в США еще в 1963 г. и после модификации в 1977 г. был принят в качестве всемирного стандарта. Каждому символу поставлено в соответствие двоичное число от 0 до 255 (8-битовый двоичный код). Символы от 0 до 127 – специальные символы (0-31), латинские буквы, цифры и знаки препинания составляют постоянную (базовую) часть таблицы. Расширенная таблица с 128 по 255 символ отводится под национальный стандарт. Пример расширенной таблицы представлен на рисунке 1, где код символа записан сокращенно в виде шестнадцатеричного числа, например, символу Б соответствует шестнадцатеричный код С1 или в двоичной форме 11000001.

Таким образом, каждый введенный в компьютер с клавиатуры или другим образом символ запоминается и хранится на носителе в виде восьмиразрядного двоичного слова. Текстовый файл в этом случае представляет собой последовательность байт данных, за каждым из которых стоит символ текста. При выводе текста на экран или на принтер соответствующие программно-аппаратные средства вывода выполняют обратную перекодировку из цифровой формы в символьную по тем же правилам.

Рис. 1. Расширенная таблица ASCII кодов (кириллица windows 1251).

Более универсальным и мультиязычным является стандарт Unicode, который определяет кодировку каждого символа не одним байтом, а двумя. Соответственно, число одновременно кодируемых символов возрастает с 256 до 65536. Данный стандарт позволяет закодировать одновременно все известные символы, в том числе японские и китайские иероглифы.

1. Как и любые другие виды данных, графические данные в ЭВМ хранятся, обрабатываются и передаются в закодированном двоичном коде.

Существуют два принципиально разных подхода к представлению (оцифровке) графических данных: растровый и векторный.

Для оцифровки графических изображений при растровом представлении вся область данных разбивается на множество точечных элементов – пикселей, каждый из которых имеет свой цвет. Совокупность пикселей называется растром, а изображения, которые формируются на основе растра, называются растровыми.

Число пикселей по горизонтали и вертикали изображения определяетразрешение изображения. Каждый пиксель нумеруется, начиная с нуля, слева направо и сверху вниз. Пример представления треугольной области растровым способом показан на рис. 2.

При растровом способе представления графических данных под каждый пиксель отводится определенное число бит, называемое битовой глубиной и используемой для кодировки цвета пикселя. Каждому цвету соответствует определенный двоичный код (т.е. код из нулей и единиц).

Например, если битовая глубина равна 1, то под каждый пиксель отводится 1 бит. В этом случае 0 соответствует черному цвету, 1 – белому, а изображение может быть только черно-белым. Если битовая глубина равна 4, то каждый пиксель может быть закодирован цветовой гаммой из 16 цветов (). При битовой глубине 8 каждый пиксель кодируется одним байтом, при этом количество цветов – 256. Вполне естественно, что с увеличением глубины цвета увеличивается объем памяти, необходимой для хранения графических данных.

Одним из распространенных способов кодирования цвета в растровой графике – модель RGB (R - Red, G - Green, B - Blue), в соответствии с которой произвольный оттенок цвета является суммой трех базовых цветов красного, зеленого и синего с разной интенсивностью. Интенсивность каждого базового цвета кодируется одним байтом, поэтому общее количество кодируемых оттенков цвета в модели RGB составляет 16.7 млн.

Таким образом, в растровой графике кодируется цвет каждого пикселя.

Расчет размеров файлов данных при их различном представлении.

Задание №1. Рассчитать размер тестового файла в форматах ASCII и Unicode, содержащего текст: Вычислительные системы и сети. Сделать вывод.

Задание №2. Преобразовать текст Вычислительные системы и сети в двоичный код (используйте таблицу ASCII кодов).

Задание №3. Запишите двоичный код монохромного графического файла, представленного на рисунке 2.

Задание №4. Рассчитайте размер графического файла, представленного на рисунке 2 при глубине цвета: 1, 4 и 8. Сделать вывод.

Задание №5. Рассчитайте размер графического файла, представленного на рисунке 2 при исходном разрешении и глубине цвета 24, а также после увеличения разрешения в два раза и глубине цвета 24. Сделать вывод.