Флоппи дисковод – устройство для работы с дискетами .

Взаимодействие комплектующих:

Данные в оперативную память поступают из различных устройств, а результаты выполнения программ выводятся на внешние устройства.

Между любым внешним устройством и оперативной памятью имеется промежуточное звено контроллер (адаптер) – электронная схема, управляющая внешним устройством.

Взаимодействие всех контроллеров с процессором и оперативной памятью осуществляется через системную магистраль передачи данных – шину (системную шину) - набор проводников, связывающих воедино внутренние устройства с периферийными.

Основные виды шин:

• шина адреса (Address Bus) – предназначена для определения адреса (номера) устройства, с которым процессор обменивается информацией в данный момент.

• шина данных (Data Bus) - предназначена для передачи данных от оперативной памяти и устройств ввода-вывода к процессору и в обратном направлении.

• шина управления (Control Bus) – предназначена для синхронизации обмена информацией между устройствами, определения характера обмена информацией (считывание или запись информации из памяти нужно производить).

• шина питания (Power Bus) - предназначена не для пересылки информационных сигналов, а для питания системы электрическим током.

Программная конфигурация пк

Программа – упорядоченная последовательность команд, предназначенная для организации взаимодействия с пользователем и (или) для управления аппаратными средствами компьютера.

Программное обеспечение (англ. software) —представляет собой наборы инструкций, необходимых для управления работой компьютера.

Состав программного обеспечения компьютера называется программной конфигурацией.

Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию.

Большинство программ работают в тесном взаимодействии друг с другом: используют программы более низкого (близкого к оборудованию) уровня и, в свою очередь, являются основой для работы более высокоуровневых программ.

Уровни программного обеспечения (программ):

• базовый уровень – программы этого уровня предназначены для взаимодействия с основными аппаратными средствами – обычно входят непосредственно в состав оборудования и хранятся в специальных микросхемах, которые называются постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ).

• системный уровень – программы этого уровня обеспечивают взаимодействие других программ ПК с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением – драйверы устройств и программы отвечающие за взаимодействие с пользователем. Совокупность программного обеспечения системного уровня образуют ядро операционной системы.

• служебный уровень – программы этого уровня (их еще называют утилитами) предназначены для автоматизации проверки и настройки компьютера – эта программы взаимодействуют с программами базового и системного уровня.

• прикладной уровень – программы этого уровня предназначены для решения конкретных задач, стоящих перед пользователем.

Интерфейс - система унифицированных связей, посредством которых устройства компьютера взаимодействуют между собой, а также набор средств диалога, взаимодействия между пользователем и компьютером.

Операционная система (ОС) - набор системных и служебных программных средств, предназначенных для обеспечения следующих видов интерфейса:

• интерфейса пользователя – интерфейс между пользователем и программными и аппаратными средствами компьютера

• аппаратно-программный интерфейс – интерфейс между программным и аппаратным обеспечением

• программный интерфейс – интерфейс между разными видами программного обеспечения

Во многом именно ОС определяет наличие и доступность прикладного программного обеспечения.

Для одного типа компьютеров существует несколько операционных систем.

Наиболее известные ОС:

• Microsoft Windows – наиболее распространенная коммерческая операционная система.

• Linux – свободно распространяемая операционная система с открытым исходным кодом.

Деление программного обеспечения по способу распространения и использования:

• несвободное / закрытое

• открытое

• свободное

Деление программного обеспечения по назначению:

• системное - служит для обеспечения работы самой компьютерной системы и решения задач, связанных с ее нормальным функционированием.

• прикладное – используется для решения пользователем задач, не связанных с компьютерами, которые выступают лишь как средство для решения этих задач.

• инструментальное - предназначено для проектирования, разработки и сопровождения программ.

Системное программное обеспечение.

Это программы общего пользования не связаны с конкретным применением ПК и выполняют традиционные функции: планирование и управление задачами, управления вводом-выводом и т.д.

Другими словами, системные программы выполняют различные вспомогательные функции, например, создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.п.

К системному программному обеспечению относятся:

• операционные системы (эта программа загружается в ОЗУ при включении компьютера)

• программы – оболочки (обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером, чем с помощью командной строки DOS, например, Norton Commander)

• операционные оболочки – интерфейсные системы, которые используются для создания графических интерфейсов, мультипрограммирования и.т.

• драйверы - программы, предназначенные для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске компьютера.

  • утилиты - вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг. К утилитам относятся:

    • диспетчеры файлов или файловые менеджеры

• средства динамического сжатия данных (позволяют увеличить количество информации на диске за счет ее динамического сжатия)

• средства просмотра и воспроизведения

• средства диагностики; средства контроля позволяют проверить конфигурацию компьютера и проверить работоспособность устройств компьютера, прежде всего жестких дисков

• средства коммуникаций (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами

• средства обеспечения компьютерной безопасности (резервное копирование, антивирусное ПО).

Часть утилит входит непосредственно в состав операционной системы, а другая часть функционирует автономно.

Большая часть общего (системного) ПО входит в состав ОС.

Часть общего ПО входит в состав самого компьютера (часть программ ОС и контролирующих тестов записана в ПЗУ или ППЗУ, установленных на системной плате).

Часть общего ПО относится к автономными программам и поставляется отдельно.

Прикладное программное обеспечение.

Прикладные программы могут использоваться автономно или в составе программных комплексов или пакетов. Прикладное ПО – программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых работ на ПК:

редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, создание электронных таблиц и т.д.

Пакеты прикладных программ – это система программ, которые по сфере применения делятся на проблемно – ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные пакеты. Современные интегрированные пакеты содержат до пяти функциональных компонентов: тестовый и табличный процессор, СУБД, графический редактор, телекоммуникационные средства.

К прикладному программному обеспечению относятся:

• Комплект офисных приложений MS OFFICE

• Бухгалтерские системы

• Финансовые аналитические системы

• Интегрированные пакеты делопроизводства

• CAD – системы (системы автоматизированного проектирования)

• Редакторы HTML или Web – редакторы

• Браузеры – средства просмотра Web - страниц

• Графические редакторы

• Экспертные системы

• И так далее.

Инструментальное программное обеспечение.

Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты:

• Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.

• Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.

• Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код.

Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .ЕХЕ или

.СОМ.

• В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов.

Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:

• Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования

• Borland C++ Builder – это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений

• Microsoft Visual Basic – это популярный инструмент для создания

Windows-программ

• Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows

Системы счисления.

Число — это некоторая абстрактная сущность для описания количества (абстрактная мера количества).

Код числа — запись числа в некоторой системе счисления.

Цифры — это знаки, используемые для записи чисел (арабские цифры, римские цифры).

Система счисления — совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками:

• непозиционные системы счисления - это такие системы, в которых значение цифры не зависит от ее положения в числе (римская система счисления).

Для записи целых чисел в римской нумерации используются семь основных чисел:

• I = 1

• V = 5

• X = 10

• L = 50

• C = 100

• D = 500

• M = 1000

Соответствие чисел римской и десятичной систем счисления.

Примеры перевода из римской в десятичную систему счисления:

IV = 5 – 1 = 4

XI = 10 + 1 = 11

XL = 50 – 10 = 40

XC = 100 – 10 = 90

CM = 1000 – 100 = 900

XCIV=100-10+5-1=94

CCLXXXIII=100+100+50+30+3=283

CDLXVI = 500 – 100 + 50 + 10 + 5 + 1 = 466

• позиционные системы счисления - это системы счисления, в которых значение цифры зависит от её положения в числе (десятичная, двоичная (бинарная), восьмеричная, шестнадцатеричная системы счисления).

Любая позиционная система характеризуется её основанием.

Основание системы счисления — это количество различных цифр (знаков, символов), используемых для изображения цифр в данной системе.

Соответствие чисел записанных в различных системах счисления

За основание системы можно принять любое натуральное число — два, три, четыре и т.д. Следовательно, возможно бесчисленное множество позиционных систем: двоичная, троичная, четверичная и т.д.

Разряд– это место, занимаемое цифрой при записи числа.

Любое целое число в позиционной системе с основанием q можно записать в форме многочлена:

a_n-1 q^n-1 + a_n-2 q^n-2 + ... + a₁ q¹ + a₀ q⁰ + a_-1 q^-1 + ... + a_-m q^-m,

где a_i — цифры системы счисления; n и m — число целых и дробных разрядов, соответственно.

Например:

В десятичной системе счисления число 8027,614 означает выражение:

Разряд 3 2 1 0 , - 1 - 2 - 3

Число 8 0 2 7 , 6 1 4₁₀ = 8*10³+0*10²+2*10¹+7*10⁰+6*10^-1+1*10^-2+4*10^-3

В двоичной системе счисления число 1001,11 означает выражение

Разряд 3 2 1 0 , - 1 - 2 - 3

Число 1 0 0 1 , 0 1 1₂ = 1*2³+0*2²+0*2¹+1*2⁰+0*2^-1+1*2^-2+1*2^-3

В шестнадцатеричной системе счисления число 1001,11 означает выражение

Разряд 3 2 1 0 , - 1 - 2 - 3

Число 1 0 0 1 , 0 1 1₁₆ = 1*16³+0*16²+0*16¹+1*16⁰+0*16^-1+1*16^-2+1*16^-3

В позиционной системе счисления цифры упорядочены в соответствии с их значениями: 1 больше 0, 2 больше 1 и так далее.

Продвижением цифры называют её замену следующей по величине цифрой.

Продвинуть цифру 1 значит заменить её на 2, продвинуть цифру 2 значит заменить её на 3. Продвижение старшей цифры в десятичной системе (это цифра 9) означает замену её на 0.

В двоичной системе, использующей только две цифры — 0 и 1, продвижение 0 означает замену его на 1, а продвижение 1 — замену её на 0.

Целые числа в любой системе счисления формируются с помощью правила счета:

Для образования целого числа, следующего за любым данным целым числом,

нужно продвинуть крайнюю правую цифру числа, при этом если какая-либо цифра после продвижения стала нулем, то нужно также продвинуть цифру, стоящую слева от неё. Если цифры слева нет, вместо нее ставится ноль и продвигается.

Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему

Необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) при переводе из восьмеричной или тетрадой (четверкой цифр) при переводе из шестнадцатеричной системы счисления.

Например:

Перевод двоичных чисел в в восьмеричную или шестнадцатеричную систему

Необходимо разбить влево и вправо от запятой на триады (для восьмеричной) или тетрады (для шестнадцатеричной) и каждую такую группу заменить соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой.

Например:

Перевод из восьмеричной системы счисления в шестнадцатеричную и обратно.

При переходе из восьмеричной системы счисления в шестнадцатеричную и обратно, необходим промежуточный перевод чисел в двоичную систему.

Двоично-восьмеричная таблица

Двоично-шестнадцатеричная таблица

Пример перевода в восьмеричную систему счисления.

Пример перевода в шестнадцатеричную систему счисления.

Перевод целого число из десятичной системы в любую другую систему счисления

Для перевода целого десятичного числа N в систему счисления с основанием q

необходимо N разделить с остатком ("нацело") на q , записанное в той же десятичной системе. Затем неполное частное, полученное от такого деления, нужно снова разделить с остатком на q , и т.д., пока последнее полученное неполное частное не станет равным нулю. Представлением числа N в новой системе счисления будет последовательность остатков деления, изображенных одной q- ичной цифрой и записанных в порядке, обратном порядку их получения.

Алгоритм:

1. Разделить число на основание системы счисления и зафиксировать остаток и частное.

2. Если частное больше или равно основанию системы счисления, то продолжать делить, иначе записать все полученные остатки в обратной последовательности.

Пример перевода числа 75₁₀ в разные системы счисления.

Ответ: 7510 = 1 001 0112 = 1138 = 4B16.

Перевод правильной десятичной дроби в любую другую систему счисления

Для перевода правильной десятичной дpоби F в систему счисления с основанием q необходимо F умножить на q , записанное в той же десятичной системе, затем дробную часть полученного произведения снова умножить на q, и т. д., до тех пор, пока дpобная часть очередного пpоизведения не станет pавной нулю, либо не будет достигнута требуемая точность изображения числа F в q-ичной системе. Представлением дробной части числа F в новой системе счисления будет последовательность целых частей полученных произведений, записанных в порядке их получения и изображенных одной q-ичной цифрой. Если требуемая точность перевода числа F составляет k знаков после запятой, то предельная абсолютная погрешность при этом равняется q -(k+1) / 2.

Пример перевода числа 0,36₁₀ в разные системы счисления.

Перевод числа с целой и дробной частью из десятичной в любую другую систему счисления.

Для чисел, имеющих как целую, так и дробную части, перевод из десятичной системы счисления в другую осуществляется отдельно для целой и дробной частей по правилам, указанным выше.

Перевод числа из любой системы счисления в десятичную

Перевод в десятичную систему числа x, записанного в q-ичной cистеме счисления в виде x_q = (a_na_n-1 ... a₀ , a_-1 a_-2 ... a_-m)_q сводится к вычислению значения

многочлена

x₁₀ = a_n qⁿ + a_n-1 q^n-1 + ... + a₀ q⁰ + a_-1 q ^-1 + a_-2 q^-2 + ... + a_-m q^-m

средствами десятичной арифметики.

Алгоритм:

Для перевода в десятичную систему счисления необходимо записать число в любой системе счисления в развернутом виде и выполнить вычисления.

Примеры перевода чисел из разных систем счисления в десятичную.

Арифметические операции в позиционных системах счисления

Во всех позиционных системах счисления справедливы одни и те же законы арифметики и арифметические операции выполняются по одинаковым правилам в соответствии с составленными таблицами сложения и умножения. Наиболее простыми являются таблицы сложения и умножения в двоичной системе счисления.

Х 0 1 0 0 0 1 0 1 Сложение и умножение в двоичной системе счисления

+	0	1
0	0	1
1	1	10

На основании данных таблиц можно составить правила выполнения сложения,

вычитания и умножения над двоичными числами. Операция деления выполняется посредством операций умножения и вычитания.

Правила выполнения арифметических операций над двоичными числами

Двоичное сложение	Двоичное вычитание	Двоичное умножение
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10	0–0=0 1–0=1 1–1=0 10–1=1	0  0=0 0  1=0 1  0=0 1  1=1

Аналогичным образом можно составить таблицы сложения и умножения и

выписать правила выполнения арифметических действий для любой р-ичной системы счисления.

Сложение

Таблицы сложения легко составить, используя Правило Счета.

Сложение в двоичной системе

Сложение в восьмеричной системе

Сложение в шестнадцатеричной системе

При сложении цифры суммируются по разрядам, и если при этом возникает избыток, то он переносится влево.

Пример сложения числа 15 и 6 в различных системах счисления.

Шестнадцатеричная: F₁₆+6₁₆

Ответ: 15+6 = 21₁₀ = 10101₂ = 25₈ = 15₁₆.

Проверка.

Преобразуем полученные суммы к десятичному виду:

10101₂ = 2⁴ + 2² + 2⁰ = 16+4+1=21,

25₈ = 2 ^. 8¹ + 5 ^. 8⁰ = 16 + 5 = 21,

15₁₆ = 1 ^. 16₁ + 5 ^. 16₀ = 16+5 = 21.

Пример сложения числа 141,5 и 59,75 в различных системах счисления.

Ответ: 141,5 + 59,75 = 201,25₁₀ = 11001001,01₂ = 311,2₈ = C9,4₁₆

Проверка. Преобразуем полученные суммы к десятичному виду:

11001001,01₂ = 2⁷ + 2⁶ + 2³ + 2⁰ + 2^-2 = 201,25

311,2₈ = 3 ^. 8² + 18¹ + 1 ^. 8⁰ + 2 ^. 8^-1 = 201,25

C9,4₁₆ = 12 ^. 16¹ + 9 ^. 16⁰ + 4 ^. 16^-1 = 201,25

Вычитание

Пример вычитания 1 (единицы) из числа 10 в различных системах счисления.

Пример вычитания 1 (единицы) из числа 100 в различных системах счисления.

Пример вычитания числа 59,75 из 201,25 в различных системах счисления.

Ответ: 201,25₁₀ - 59,75₁₀ = 141,5₁₀ = 10001101,1₂ = 215,4₈ = 8D,8₁₆. Проверка. Преобразуем полученные разности к десятичному виду: 10001101,1₂ = 2⁷ + 2³ + 2² + 2⁰ + 2^-1 = 141,5;

215,4₈ = 2 ^. 8² + 1 ^. 8¹ + 5 ^. 8⁰ + 4 ^. 8^-1 = 141,5;

8D,8₁₆ = 8 ^. 16¹ + D ^. 16⁰ + 8 ^. 16^-1 = 141,5.

Умножение

Выполняя умножение многозначных чисел в различных позиционных системах счисления, можно использовать обычный алгоритм перемножения чисел в столбик, но при этом результаты перемножения и сложения однозначных чисел необходимо заимствовать из соответствующих рассматриваемой системе таблиц умножения и сложения.

Умножение в двоичной системе

Умножение в восьмеричной системе

Умножение в шестнадцатеричной системе

*	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
2	0	2	4	6	8	A	C	E	10	12	14	16	18	1A	1C	1E
3	0	3	6	9	C	F	12	15	18	1B	1E	21	24	27	2A	2D
4	0	4	8	C	10	14	18	1C	20	24	28	2C	30	34	38	3C
5	0	5	A	F	14	19	1E	23	28	2D	32	37	3C	41	46	4B
6	0	6	C	12	18	1E	24	2A	30	36	3C	42	48	4E	54	5A
7	0	7	E	15	1C	23	2A	31	38	3F	46	4D	54	5B	62	69
8	0	8	10	18	20	28	30	38	40	48	50	58	60	68	70	78
9	0	9	12	1B	24	2D	36	3F	48	51	5A	63	6C	75	7E	87
A	0	A	14	1E	28	32	3C	46	50	5A	64	6E	78	82	8C	96
B	0	B	16	21	2C	37	42	4D	58	63	6E	79	84	8E	9A	A5
C	0	C	18	24	30	3C	48	54	60	6C	78	84	90	9C	A8	B4
D	0	D	1A	27	34	41	4E	5B	68	75	82	8E	9C	A9	B6	C3
E	0	E	1C	2A	38	46	54	62	70	7E	8C	9A	A8	B6	C4	D2
F	0	F	1E	2D	3C	4B	5A	69	78	87	96	A5	B4	C3	D2	E1

Ввиду чрезвычайной простоты таблицы умножения в двоичной системе, умножение сводится лишь к сдвигам множимого и сложениям.

Пример умножения чисел 5 и 6 в различных системах счисления.

Ответ: 5 ^. 6 = 30₁₀ = 11110₂ = 36₈.

Проверка. Преобразуем полученные произведения к десятичному виду:

11110₂ = 2⁴ + 2³ + 2² + 2¹ = 30;

36₈ = 38¹ + 68⁰ = 30.

Пример умножения чисел 115 и 51 в различных системах счисления.

Ответ: 115 ^. 51 = 5865₁₀ = 1011011101001₂ = 13351₈.

Проверка. Преобразуем полученные произведения к десятичному виду:

1011011101001₂ = 2¹² + 2¹⁰ + 2⁹ + 2⁷ + 2⁶ + 2⁵ + 2³ + 2⁰ = 5865;

13351₈ = 1 ^. 8⁴ + 3 ^. 8³ + 3 ^. 8² + 5 ^. 8¹ + 1 ^. 8⁰ = 5865.

Деление

Деление в любой позиционной системе счисления производится по тем же правилам, как и деление углом в десятичной системе. В двоичной системе деление выполняется особенно просто, так как очередная цифра частного может быть только нулем или единицей.

Пример деления числа 30 на число 6 в различных системах счисления.

Ответ: 30 : 6 = 5₁₀ = 101₂ = 5₈.

Пример деления числа 35 на число 14 в различных системах счисления.

Восьмеричная: 43₈ : 16₈

Ответ: 35 : 14 = 2,5₁₀ = 10,1₂ = 2,4₈.

Проверка. Преобразуем полученные частные к десятичному виду:

10,1₂ = 2¹ + 2 ^-1 = 2,5;

2,4₈ = 2 ^. 8⁰ + 4 ^. 8^-1 = 2,5.

Единицы измерения объема информации

Впервые объективный подход к измерению информации был предложен американским инженером Р. Хартли в 1928 году, затем в 1948 году обобщен американским учёным К. Шенноном.

Хартли рассматривал процесс получения информации как выбор одного сообщения из конечного наперед заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N.

Формула Хартли:

I = log2N

Шеннон предложил другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе.

Формула Шеннона:

I=P₁log₂1/P₁+P₂log₂1/P₂+...+P_Nlog₂1/P_N,

где pi - вероятность i-го сообщения.

Поскольку каждый регистр арифметического устройства и каждая ячейка памяти состоит из однородных элементов, а каждый элемент может находиться в одном из двух устойчивых состояний (которые можно отождествить с нулем и единицей), то К. Шенноном была введена единица измерения информации - бит.

Один бит - сообщение, уменьшающее информационную неопределенность ровно вдвое.

Бит - слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица – байт.

1 байт = 8 бит.

Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=2⁸).

Широко используются также еще более крупные производные единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2¹⁰ байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2²⁰ байт, 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт.

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт.

Представление информации в компьютере

Вся информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр — 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами, или битами. С помощью двух цифр 1 и 0 можно закодировать любое сообщение.

В связи с этим в компьютере обязательно должно быть организовано два важных процесса:

• кодирование, которое обеспечивается устройствами ввода при преобразовании входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть в двоичный код;

• декодирование, которое обеспечивается устройствами вывода при преобразовании данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

Код — набор символов (условных обозначений) для представления информации.

Кодирование — процесс представления информации в виде кода.

Декодирование – процесс обратный кодированию.

В кодированном виде информация храниться в памяти компьютера, которая построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты памяти пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

С помощью одного байта можно закодировать 28=256 различных букв, цифр или положительных чисел в диапазоне от 0 до 255.

Возможности байта для кодирования данных ограничены из-за слишком малой разрядности. Поэтому компьютеры устроены так, что они могут оперировать как с единым целым не только с одним байтом, но также и с группами из двух, четырех, восьми и т.д. соседних байт.

Подобные группы байт принято называть:

• полусловом – группу из двух соседних байтов

• словом – группу из четырех соседних байтов

• двойным словом - группу из восьми соседних байтов

Такие единицы используются в основном для представления числовых данных.

Байт 0	Байт 1	Байт 2	Байт 3		Байт 4	Байт 5		Байт 6	Байт 7
Полуслово		Полуслово			Полуслово		Полуслово
СЛОВО				СЛОВО
ДВОЙНОЕ СЛОВО

Представление чисел.

Существуют два способа представления чисел в памяти компьютера: форма с фиксированной точкой – применяется к целым числам. форма с плавающей точкой – применяется к вещественным числам -

Под точкой здесь подразумевается знак-разделитель целой и дробной части числа (при письме мы обычно используем запятую).

Вещественные числа - числовые величины, которые могут принимать любые значения - целые и дробные (в математике такие числа называются «действительные числа»).

Представление целых чисел.

Целые числа могут представляться в компьютере:

• со знаком

• без знака.

Целые числа без знака.

Обычно занимают в памяти компьютера один или два байта.

В однобайтовом формате принимают значения от 00000000₂ до 11111111₂ (от

.0₁₀ до 255₁₀).

В двубайтовом формате - от 00000000 00000000₂ до 11111111 11111111₂ (от

10. до 65535₁₀).

Число 72₁₀ = 1001000₂ в однобайтовом формате: Число 72₁₀ = 1001000₂ в двубайтовом формате:

Целые числа со знаком.

Обычно занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта.

При этом самый левый (старший) разряд содержит информацию о знаке числа (0- положительное число, 1 – отрицательное число).

В компьютерной технике применяются три формы записи (кодирования) целых чисел со знаком:

• прямой код

• обратный код

• дополнительный код

Последние две формы применяются особенно широко, так как позволяют упростить конструкцию арифметико-логического устройства компьютера путем замены разнообразных арифметических операций операцией сложения.

Положительные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах изображаются одинаково - двоичными кодами с цифрой 0 в знаковом разряде.

Отрицательные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах имеют разное изображение:

• Прямой код отрицательного числа

В знаковый разряд помещается цифра 1, а в разряды цифровой части числа — двоичный код его абсолютной величины:

• Обратный код отрицательного числа

Получается инвертированием всех цифр двоичного кода абсолютной величины числа (модуля числа), включая разряд знака: нули заменяются единицами, а единицы — нулями:

• Обратный код отрицательного числа

Получается образованием обратного кода с последующим прибавлением единицы к его младшему разряду. Например:

Обычно отрицательные десятичные числа при вводе в компьютер автоматически преобразуются в обратный или дополнительный двоичный код и в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях. При выводе таких чисел из машины происходит обратное преобразование в отрицательные десятичные числа.

Представление вещественных (действительных) чисел.

Вещественные числа в памяти компьютера представляются в форме с плавающей точкой.

Форма с плавающей точкой использует представление вещественного числа R в виде произведения мантиссы m на основание системы счисления р в некоторой целой степени n, которую называют порядком:

R = m * рⁿ

Например,

Число 25,324 можно записать в таком виде: 0.25324х10².

Здесь m=0.25324 — мантисса, n=2 — порядок.

Порядок указывает, на какое количество позиций и в каком направлении должна «переплыть», т.е. сместиться десятичная точка в мантиссе. Отсюда название

«плавающая точка».

Однако справедливы и следующие равенства:

25,324 = 2,5324*10¹ = 0,0025324*10⁴ = 2532,4*10² и т.п.

Получается, что представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно?

Чтобы не было неоднозначности, в компьютере используют нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой.

Мантисса в нормализованном представлении должна удовлетворять условию:

ноль.

0,1_p <= m < 1_p.

Иначе говоря, мантисса меньше единицы и первая ее значащая цифра — не

Для числа 25,324 нормализованным представлением будет: 0.25324 * 102.

В нормализованном числе мантисса – это дробная часть вещественного

(действительного) числа, а порядок – это степень, в которую нужно возвести основание нормализованного числа.

Пример расположения информации в ячейке памяти компьютера вещественного числа представленного в форме с плавающей точкой в двоичной

системе счисления (р=2) и занимающего ячейку размером 4 байта:

В ячейке содержится следующая информация о числе: знак числа, порядок и

значащие цифры мантиссы.

В старшем бите 1-го байта хранится знак числа. В этом разряде 0 обозначает плюс, 1 — минус. Оставшиеся 7 бит первого байта содержат значение порядка. В следующих трех байтах хранятся значащие цифры мантиссы.

Представление текстовой информации.

Для представления текстовой информации в компьютере используют специальные кодовые таблицы. В таких таблицах с каждым символом сопоставляется число.

Множество символов, используемых при записи текста, называется

алфавитом. Количество символов в алфавите называется его мощностью.

Для представления текстовой информации в компьютере чаще всего используется алфавит мощностью 256 символов. Один символ из такого алфавита несет 8 бит информации, т. к. 2⁸ = 256. 8 бит составляют один байт, следовательно, двоичный код каждого символа занимает 1 байт памяти компьютера.

Международным стандартом на персональных компьютерах является таблица кодировки ASCII. (англ. American Standard Code for Information Interchange) — американская стандартная кодировочная таблица для печатных символов и некоторых специальных кодов.

Коды с 0 по 32 соответствуют операциям (пробел, перевод строки, удаление символа)

Коды с 33 по 127 соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций, знакам препинания

Коды с 128 по 255 используются для кодировки букв национальных алфавитов, символов псевдографики и научных символов.

Принцип последовательного кодирования алфавита заключается в том, что в кодовой таблице латинские буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке. Расположение цифр также упорядочено по возрастанию значений.

Для разных типов компьютеров и операционных систем используются различные таблицы кодировки, отличающиеся порядком размещения символов алфавита в кодовой таблице.

Существует несколько различных кодовых таблиц для русских букв (КОИ-8, СР-1251, СР-866, Mac, ISO), причем тексты, созданные в одной кодировке, могут неправильно отображаться в другой. Решается такая проблема с помощью специальных программ перевода текста из одной кодировки в другую.

Альтернативная кодировка не подошла для ОС Windows. Пришлось передвинуть русские буквы в таблице на место псевдографики, и получили

кодировку Windows 1251 (Win-1251).

В конце 80-х годов XX века остро встал вопрос о необходимости создания единого стандарта на кодирование символов позволяющего закодировать большое число символов из разных письменностей.

В 1991 году был предложен стандарт кодирования символов, позволяющий представить знаки практически всех письменных языков - Юникод (англ. Unicode).

Этот стандарт использует для кодирования 65536 кодов символов (для каждого символа отводится не один, а два байта, т.е. шестнадцать бит), в отличие от 256, принятого в стандарте ASCII, что достаточно для всех существующих языков, математических символов и других знаков. Первые 256 индексов используется для совместимости со стандартом ASCII.

Главный недостаток Unicode состоит в том, что все тексты в этой кодировке становятся в два раза длиннее.

Представление графической информации.

Все создаваемые, обрабатываемые или просматриваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две части - растровую и векторную графику.

Для представления графической информации растровым способом используется так называемый точечный подход.

На первом этапе вертикальными и горизонтальными линиями делят изображение на ячейки:

Далее, цвет в каждой из ячеек усредняется (с учетом двух цветов: белого и черного), в результате чего, мы получим "размытый" рисунок меньшего качества.

Следовательно, чем больше ячеек на единицу площади содержит изображение, тем более оно детально и тем точнее будет передана информация об изображении.

Разрешение — величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины).

Таким образом, растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями (pixel, от англ. picture element), а код пикселя содержит информацию о его цвете.

Цветные картинки на мониторе мы видим благодаря смешению трех составляющих цвета: красного (Red R), зеленого (Green G) и синего (Blue B) — принцип декомпозиции. Такая система кодирования называется системой RGB

Яркость каждой составляющей меняется от 0 до 255, благодаря чему при их смешении мы можем видеть более 16 миллионов цветов.

Для черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два значения: белый и черный (светится - не светится), а для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 - белый, 0 - черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску, поэтому одного бита на пиксель недостаточно.

На мониторах все разнообразие цветов получается сочетанием базовых

Цветов:

• Красного (Red),

• Зеленого (Green),

• синего (Blue),

из которых можно получить 8 основных комбинаций:

Для получения богатой палитры цветов к трем битам базовых цветов

добавляется еще один бит:

• бит интенсивности – управляющий яркостью всех трех цветов одновременно.

Чем больше битов используется, тем больше оттенков цветов можно получить.

На рисунке показано, как искажается цвет картинки в зависимости от количества отображаемых цветов.

16 миллионов цветов 256 цветов 16 цветов

При RGB кодировании цветного изображений для получения цвета одной точки используются следующие четыре компоненты:

• красный

• зеленый

• синий

• интенсивность

Качество картинки, которую мы видим на мониторе, напрямую зависит не только от количества отображаемых цветов, но и от разрешения

На рисунке видно как изменяется качество картинки с уменьшением разрешения.

В противоположность растровой графике векторное изображение состоит из геометрических примитивов: линия, прямоугольник, окружность и т.д.

Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (математических уравнения линий, дуг, окружностей и т.д.). Сложные объекты (ломаные линии, различные

геометрические фигуры) представляются в виде совокупности элементарных графических объектов.

Объекты векторного изображения, в отличие от растровой графики, могут изменять свои размеры без потери качества (при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость).

Представление звуковой информации.

Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой . Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал (аналоговый) преобразовывать в последовательность электрических импульсов, измеряя характеристики звука (период, амплитуду) через равные промежутки времени.

Этот процесс выполняется в компьютере аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и называется дискретизацией (или оцифровкой).

Для выполнения обратного преобразования служит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), которых получает ступенчатый сигнал и сглаживает его.

Дискретизация - процесс преобразования аналогового сигнала в набор чисел, соответствующих характеристикам звука, измеренным через равные промежутки времени, называемые шагом квантования.

Оцифровка звука включает в себя два процесса:

• процесс дискретизации (осуществление выборки) сигнала по времени

• процесс квантования по амплитуде.

При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали).

Квантование – приведение сигнала к заданным значениям, то есть, разбивание по уровню сигнала (на графике — по вертикали).

В результате дискретизации и квантования получается цифровой сигнал

который, после кодирования может храниться и обрабатываться компьютером.

Компьютерные сети

Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, совместно использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.

Компьютерная сеть – совокупность аппаратных средств, программного обеспечения и физической среды, обеспечивающая передачу данных между компьютерами.

Топология компьютерных сетей

Топологией (структурой, конфигурацией) компьютерных сетей называют схему соединения компьютеров линиями связи.

По топологии компьютерные сети можно разделить следующим образом:

• общая шина

• кольцо

• звезда

• дерево

• смешанная топология

Общая шина – характеризуется наличием одного кабеля, который является общей для всех компьютеров шиной передачи данных. Все компьютеры сети подключаются к этой шине.

Кольцо – объединение компьютеров между собой круговой связью. Каждый компьютер связывается с последующим отдельным кабелем (нет общей шины).

Звезда - предполагает наличие центрального компьютера (сервера), с которым связываются остальные компьютеры при помощи отдельного кабеля.

Дерево (иерархическая топология) – получается при объединении нескольких звезд в иерархическом порядке.

Смешанная топология – возникает при объединении различных топологий (характерна для больших сетей).

Иерархическая организация сети.

По иерархической организации различают:

• одноранговые сети – сети, в которых все компьютеры являются равноправными, то есть имеют одинаковый ранг.

• сети с выделенным сервером – сети, в которых один или более компьютеров выполняют дополнительные функции по предоставлению услуг остальным компьютерам сети. Это могут быть услуги по хранению и

выдаче файлов (файловый сервер), распространению электронной почты (почтовый сервер) и другие.

Если сервер только хранит файлы и передает их клиентам, а клиенты полностью осуществляют обработку данных, то такую конфигурацию называют файл-серверной.

Если обработка данных ведется и на клиентской, и на серверной частях (выборка данных и некоторые расчеты), то такую конфигурацию называют клиент- серверной.

Технологии передачи данных в сети.

По технологии передачи данных сети различают на:

• широковещательную передачу – технология, при которой сообщение, отправленное одним компьютером в сеть, «видят» все остальные компьютеры сети (так как в сообщении указано, какому именно компьютеру адресовано это сообщение, то принимает его только компьютер, для которого оно предназначено, а остальные компьютеры сети игнорируют данное сообщение).

• передача от узла к узлу (двухточечная передача) – технология, подразумевающая наличие изолированного канала между двумя компьютерами (в этом случае отпадает необходимость в каждом сообщении оповещать, для какого именно компьютера оно предназначено).

Типы коммутации между узлами сети.

Когда речь идет о коммутации, то имеется ввиду физический и логический уровни, на которых происходит соединение двух узлов сети между собой, а также технология, используемая для передачи данных между этими двумя узлами.

Физический уровень – определяет способ соединения узлов, относящийся к аппаратному обеспечению (модем и телефонная сеть, сетевая карта и кабель или радиоволны)

Логический уровень – определяет взаимодействие физически соединенных

узлов согласно определенному порядку обмена сигналами.

По типу коммутации между узлами различают:

• сети с коммутацией каналов – сети, в которых, на время передачи данных между двумя узлами образуется соединение, которое не может быть использовано другими узлами для передачи своих данных – канал (соединение домашнего компьютера с сервером провайдера Интернета по телефонной линии с зарезервированной и гарантированной скоростью прохождения данных).

• сети с коммутацией пакетов – сети, в которых логическая единица данных (файл), пересылаемая между двумя компьютерами в сети, разделяется на небольшие фрагменты (блоки) – пакеты (пакеты могут предаваться разными путям; пакеты, отправленные позже, могут быть приняты раньше; пакеты с ошибками могут быть посланы повторно).

Среда передачи данных

По среде передачи данных различают:

1. Проводные сети – передача информации осуществляется посредством проводов:

• проводные соединения – реализуются при помощи медного провода.

• кабельные соединения – реализуются при помощи групп проводов, объединенных общей оболочкой («витая пара» - кабель в котором каждая

пара проводников перекручена между собой с небольшим шагом).

• коаксиальные соединения – реализуются при помощи одножильного кабеля с экранирующей оплеткой, предназначенного для передачи электрического тока высокой (радио) частоты.

• оптоволоконные соединения – реализуются при помощи кабеля, проводящего не электрический ток, а световой луч (в центре такого кабеля находится специальный материал – оптоволокно).

2. Беспроводные сети – передача информации осуществляется без проводов:

• радиочастотные наземные каналы – данные передаются посредством электромагнитными волнами очень высокой частоты - наземная мобильная связь, технологии Wi-Fi и Blutooth.

• радиочастотные спутниковые каналы – данные передаются через искусственные спутники земли.

Скорость передачи данных

Скорость передачи информации измеряется в битах в секунду (килобитах в секунду и т. д.). Наименьшей системной единицей измерения скорости передачи информации является 1 бит/с.

По скорости передачи данных различают сети:

• низкоскоростные – до 10 Мбит/с

• среднескоростные – до 100 Мбит/с

• высокоскоростные – до 1 Гбит/с

• сверхвысокоскоростные – до 10 Гбит/с

Территории охвата

По территориальному охвату в компьютерные сети чаще всего подразделяются на два вида:

• локальные (Local Area Network — LAN) - имеет небольшую протяженность (до 10 км).

• глобальные (Wide Area Network — WAN) может охватывать значительные расстояния — десятки тысяч километров.

Данная классификация достаточно условна и зачастую применяют другие классификации.

Например: по расстоянию между связываемыми компьютерами и их

расположению:

Порядок расстояния	Расположение	Класс
1 м	Территория возле одного человека	Персональная
10 м	Комната (квартира)	Локальная
100 м	Здание	Локальная
1 км	Район города	Локальная
10 км	Город	Муниципальная
100 км	Страна	Глобальная
1000 км	Континент	Глобальная
10 000 км и более	Планета	Интернет

или в зависимости от расстояний между связываемыми компьютерами:

• корпоративные

• локальные

• региональные

• глобальные

Локальные вычислительные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) — это такая вычислительная сеть, в которой компьютеры с подключенными к ним периферийными устройствами расположены в географически ограниченном пространстве, чаще всего в пределах промышленного или коммерческого предприятия, банка, библиотеки, научной организации, учебного заведения и т. п.

Локальные сети позволяют организовать совместное использование дорогостоящей аппаратуры, а также распределенную обработку данных на нескольких компьютерах. Это дает значительную экономию материальных средств

и ускорение процесса обмена информацией.

Например, при наличии на предприятии десяти компьютеров не обязательно покупать десять лазерных принтеров. Можно купить один принтер, а локальная сеть предоставит доступ к нему для любого компьютера.

В локальной сети можно организовать коллективный доступ к жесткому диску большого объема, который установлен на единственном компьютере. Этим можно сэкономить средства за счет покупки винчестеров небольших объемов для каждого компьютера. В ЛВС достаточно установить один накопитель на оптических дисках, один плоттер, модем, а все компьютеры данной сети будут иметь поочередный доступ к этим устройствам.

На жестких дисках многих компьютеров записаны одинаковые программы (текстовые и графические редакторы, базы данных, электронные таблицы и т. п.). При подключении компьютера к локальной сети копии используемых программ можно хранить на диске одного компьютера. При этом дисковая память остальных компьютеров освобождается для решения собственных задач пользователей.

ЛВС позволяет группе пользователей выполнять совместные проекты.

Например, если несколько сотрудников должны использовать одну базу данных или бухгалтерскую программу, то эффективно решать такие задачи помогает локальная вычислительная сеть. Для этого обычно используются особые сетевые версии прикладных программ, специально предназначенные для работы в локальной сети и снабженные лицензией, которая дает право группового использования программы.

Каждый компьютер в составе ЛВС должен иметь следующие компоненты:

• Сетевой адаптер (карту)

• Сетевую операционную систему (сетевые программы).

Функцией сетевого адаптера (сетевой карты) является передача и прием сигналов, циркулирующих по кабелям связи.

Компьютеры ЛВС чаще всего соединены между собой проводом или коаксиальным кабелем.

Существуют беспроводные локальные сети.

Глобальные вычислительные сети

Глобальные сети (как и локальные) состоят из компьютеров, соединенных каналами связи.

Глобальные вычислительные сети (ГВС) всего мира объединены между собой с помощью Интернета.

Для работы в ГВС пользователю необходимо иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение.

В простейшем случае из аппаратных средств нужно дополнительно установить модем, с помощью которого осуществляется связь по телефонной линии (например, из квартиры).

Программное обеспечение делится на два класса:

• программы-серверы, размещенные на том узле сети, который обслуживает компьютер пользователя;

• программы-клиенты, которые находятся на компьютере пользователя и пользуются услугами сервера.

Глобальные сети предоставляют пользователям разнообразные услуги. ГВС позволяют работать с распределенными базами данных, обмениваться письмами с помощью электронной почты, сообщениями с помощью телеконференций, беседовать в реальном масштабе времени, пересылать файлы и т. д. Каждая услуга (иногда говорят: служба, сервис) работает по определенным правилам (протоколам).

Для реализации каждой сетевой услуги требуются своя программа-сервер и своя программа-клиент.

Например, существуют почтовые серверы и клиенты, серверы и клиенты телеконференций (новостей).

В то же время современные браузеры (программы-навигаторы, исследователи, обозреватели) берут на себя функции нескольких отдельных служб глобальной сети и становятся «универсальными» клиентами.

Сеть Интернет Общие принципы работы сети Интернет

Глобальная сеть Интернет представляет собой совокупность узлов, содержащих коммутационное оборудование и серверы.

Узлы объединяются между собой каналами связи.

Каждый узел содержит один или несколько мощных компьютеров-серверов, которые работают чаще всего под управлением операционной системы UNIX. Такой узел порой называют хостом.