1.2. Вибір елементів пам’яті автомата
В якості елементів пам’яті структурного автомата використовують
D –тригери, Т – тригери, RS – тригери, JК – тригери.
Таблиці переходів тригерів.
Стан D–тригера
Вхідний
сигнал(D)
0
1
0
0
1
1
1
1
Стан RS–тригера
Вхідний
сигнал(R,S)
00
01
10
0
0
1
0
1
1
1
0
Стан JK–тригера
Вхідний
сигнал(J,K)
00
01
10
11
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
Стан T–тригера
Вхідний
сигнал(T)
0
1
0
0
1
1
1
0
Виберемо в якості елемента пам’яті Т – тригер. Складаємо таблицю функцій збудження автомата.
Таблиця збудження елементів пам’яті будується на основі таблиці переходів (табл. 6).
Таблиця переходів.
Стан автомата
Вхідні
сигнали
x=0
x=1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
a1
a2
u1
u2
u1
u2
Складаємо рівняння.
Символами u1 і u2 в таблиці позначають функції збудження елементів пам’яті a1 і a2 .
Складаємо рівняння для побудови комбінаційної схеми збудження цифрового автомата.
;
.
Таблиця виходів складається на основі таблиці 7.
Таблиця виходів
Стан автомата
Вхідні
сигнали
x=0
x=1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
a1
a2
y1
y2
y1
y2
Складаємо рівняння для побудови КС формування вихідних сигналів автомата.
;
,
де a1 і a2 – відповідно прямий і інвертований вихід тригера.
12. Подання (кодування) даних в пам’яті комп’ютера.
Оперативна пам'ять є одним з найважливіших елементів комп'ютера. Саме з її процесор бере програми і вихідні дані для обробки, у неї він записує отримані результати. Назва “оперативна” ця пам'ять одержала тому, що вона працює дуже швидко, так що процесору практично не приходиться чекати при читанні даних з чи пам'яті запису в пам'ять. Однак дані, що містяться в ній, зберігаються тільки поки комп'ютер включений. При вимиканні комп'ютера вміст оперативної пам'яті стирається. Часто для оперативної пам'яті використовують позначення RAM (Random Access Memory, тобто пам'ять з довільним доступом) .
Важко недооцінити все значення і усю важливість цих невеликих по своїх розмірах плат. Сьогоднішні програми стають усе вимогливіше не тільки до кількості, але і до швидкодії ОЗУ. Однак донедавна ця область комп'ютерної індустрії практично не розвивалася (у порівнянні з іншими напрямками). Узяти хоча б відео, аудіопідсистеми, продуктивність процесорів і. т.д. Удосконалення були, але вони не відповідали темпам розвитку інших компонентів і стосувалися лише таких параметрів, як час вибірки, був доданий кеш безпосередньо на модуль пам'яті, конвеєрне виконання запиту, змінений керуючий сигнал висновку даних, але технологія виробництва залишалася колишньої, що вичерпала свій ресурс. Пам'ять ставала вузьким місцем комп'ютера, а, як відомо, швидкодія всієї системи визначається швидкодією самого повільного її елемента. І от кілька років назад хвиля технологічного бума докотилася і до оперативної пам'яті. Стали з'являтися нові типи RAM мікросхем і модулів. Зустрічаються такі поняття, як FPM RAM, EDO RAM, DRAM, VRAM, WRAM, SGRAM, MDRAM, SDRAM, SDRAM II (DDR SDRAM) , ESDRAM, SLDRAM, RDRAM, Concurrent RDRAM, Direct Rambus. Більшість з цих технологій використовуються лише на графічних платах, і у виробництві системної пам'яті комп'ютера використовуються лише деякі з них.
У пам'яті комп'ютера зберігаються програми й оброблювана інформація.
Основними характеристиками різних типів і пристроїв пам'яті є їхні обсяг і швидкодія.
Внутрішня пам'ять -- це електронні схеми. Внутрішня пам'ять дискретна -- це означає, що вона складається з певних «часток» -- комірок. Комірка пам'яті називається біт. Один біт -- це двійковий розряд пам'яті. Він зберігає двійковий код (0 або 1). Слово «біт» -- скорочення від англійського binary digit -- двійкова цифра. Отже, пам'ять комп'ютера -- це впорядкована послідовність двійкових розрядів (біт). Ця послідовність поділяється на групи по 8 розрядів; кожна така група утворює байт пам'яті.
Отже, слова «біт» і «байт» позначають назви основних одиниць виміру ємності запам'ятовувальних пристроїв. Також використовуються похідні одиниці: кілобайт (1 Кбайт (Кб) = 210 байта = 1024 байта), мегабайт:
(1 Мбайт (Мб) - 1024 Кбайт). гігабайт: (1 Гбайт (Гб) - 1024 Мбайт).
Внутрішня пам'ять складається з оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП), або оперативної пам'яті (ОП), і постійного запам'ятовуючого пристрою (ПЗП).
ОЗП -- швидка напівпровідникова енергозалежна пам'ять. В ОЗП зберігаються програма, що виконується в даний момент, і дані, з якими вона безпосередньо працює. ОЗП -- це пам'ять, яку використовують як для читання, так і для запису інформації. У разі відключення електроживлення інформація в ОЗП зникає (енергозалежність). Англійська назва ОЗП -- Random Access Memory (RAM), що перекладається як «пам'ять із довільним доступом». Цією назвою підкреслюється той факт, що процесор може звертатися до комірок пам'яті в довільному порядку, при цьому час читання/запису інформації для всіх комірок є однаковим (він вимірюється мікросекундами).
ПЗП -- швидка, енергонезалежна пам'ять. ПЗП -- це пам'ять, призначена тільки для читання. Інформація заноситься в неї один раз (зазвичай у заводських умовах) і зберігається постійно (за ввімкненого й вимкненого комп'ютера). У ПЗП зберігається інформація, наявність якої постійно необхідна в комп'ютері.
Зовнішня пам'ять комп'ютера призначена для довгострокового зберігання інформації в компактній формі. До пристроїв зовнішньої пам'яті належать гнучкі й жорсткі магнітні диски, оптичні, магнітооптичні диски тощо. Суттєве значення мають такі їхні показники, як інформаційна ємність, час доступу до інформації, надійність її зберігання, час безвідмовної роботи.
В основу запису, зберігання і зчитування інформації на пристроях зовнішньої пам'яті покладено два принципи -- магнітний і оптичний, які забезпечують зберігання інформації і після вимикання комп'ютера.
В основі магнітного запису лежить цифрова інформація (у вигляді нулів і одиниць), перетворена на змінний електричний струм, що супроводжується змінним магнітним полем. Намагнічена ділянка відповідає 1, а ненамагнічена -- 0.
Оперативний запам'ятовуючий пристрій є, мабуть, одним з найперших побудов обчислювальної машини. Оперативна пам'ять була присутня вже в першому поколінні ЕОМ по архітектурі, створених у сорокових -- на початку п'ятидесятих років двадцятого століття. За ці п'ятдесят років перемінилося не одне покоління елементної бази, на яких була побудована пам'ять.
ЕОМ першого покоління по елементній базі були вкрай ненадійними. Так, середнє брешемо роботи до відмовлення для ЕОМ “ENIAC” складала 30 хвилин. Швидкість рахунка при цьому була не порівнянна зі швидкістю рахунка сучасних комп'ютерів. Тому вимоги до збереження даних у пам'яті комп'ютера при відмовленні ЕОМ були суворіше, ніж вимоги до швидкодії оперативної пам'яті. Унаслідок цього в цих ЕОМ використовувалася енергонезалежна пам'ять.
Енергонезалежна пам'ять дозволяла зберігати введені в неї дані тривалий час (до одного місяця) при відключенні харчування. Найчастіше як енергонезалежну пам'ять використовувалися ферритові сердечники. Вони являють собою тор, виготовлених зі спеціальних матеріалів -- ферритів. Ферріти характеризуються тим, що петля гістерезиса залежності їхньої намагніченості від зовнішню магнітну підлогу носить практично прямокутний характер.
Унаслідок цього намагніченість цього сердечника міняється стрибками (положення двоїчного 0 чи 1).
Пам'ять на ферритових сердечниках працювала повільно і неефективно: адже на перемагнічування сердечника був потрібно час і затрачалося багато електричної енергії. Тому з поліпшенням надійності елементної бази ЕОМ енергонезалежна пам'ять стала витіснятися енергозалежною -- більш швидкою, ощадливої і дешевий. Проте, учені різних країн як і раніше ведуть роботи з пошуку швидкої енергозалежної пам'яті, що могла б працювати в ЕОМ для критично важливих додатків, насамперед військових.
Машинне слово — машинозалежна і платформозалежна величина, що вимірюється в бітах або байтах (тритах або трайтах), що дорівнює розрядності регістрів процесораі/або розрядності шини даних (зазвичай певний ступінь двійки). На ранніх комп'ютерах розмір слова збігався також з мінімальним розміром адресованої інформації (розрядністю даних, розташованих за однією адресою); на сучасних комп'ютерах мінімальним блоком інформації, що адресуються, зазвичай є байт, а слово складається з декількох байтів. Машинне слово визначає наступні характеристики апаратної платформи:
Розрядність даних, що оброблюються процесором;
Розрядність адресованих даних (розрядність шини даних);
Максимальне значення беззнакового цілого типу, що безпосередньо підтримується процесором: якщо результат арифметичної операції перевершує це значення, то відбувається переповнення;
Максимальний об'єм оперативної пам'яті, безпосередньо адресується процесором.
Двійкове кодування Представлення інформації у двійковій системі використовувалася людиною з давніх часів. Так, жителі островів Полінезії передавали необхідну інформацію за допомогою барабанів: чергування дзвінких і глухих ударів. Звук над поверхнею води поширювався на досить велику відстань, таким чином «працював» полінезійський телеграф. У телеграфі в XIX-XX століттях інформація передавалася за допомогою азбуки Морзе - у виглядіпослідовності з точок і тире. Часто ми домовляємося відкривати вхідні двері тільки по «умовним сигналом» - комбінації коротких і довгих дзвінків. Самюел Морзе в 1838 р . винайшов код - телеграфну абетку - систему кодування символів короткими і довгими посилками для передачі їх по лініях зв'язку, відому як «код Морзе» або «морзянка». Сучасний варіант міжнародного «коду Морзе» (International Morse) з'явився зовсім недавно - у 1939 році, коли була проведена останнє коригування. Своя система існує і в обчислювальній техніці - вона називається двійковим кодуванням і заснована на представленні даних послідовністю всього двох знаків: 0 та 1. Ці знаки називаються двійковими цифрами, по-англійськи - binary digit або скорочено bit (біт). Одним бітом можуть бути виражені два поняття: 0 або 1 (так чи ні, чорне або біле, істина або брехня і т.п.). Кодування чисел Питання про кодування чисел виникає з тієї причини, що в машину не можна або нераціонально вводити числа в тому вигляді, в якому вони зображаються людиною на папері. По-перше, потрібно кодувати знак числа. По-друге, з різних причин, які будуть розглянуті нижче, доводиться іноді кодувати й іншу частину числа. Кодування цілих чисел здійснюватися через їх подання до двійковій системі числення: саме в цьому вигляді вони й містяться в осередку. Один біт відводитися при цьому для представлення знака числа (нулем кодується знак "плюс", одиницею - "мінус"). Для кодування дійсних чисел існує спеціальний формат чисел з плаваючою комою. Число при цьому представляється у вигляді: N = M * q p, де M - мантиса, p - порядок числа N, q - основа системи числення. Якщо при цьому мантиса M задовольняє умові 0,1 <= | M | <= 1 то число N називають нормалізованим. Кодування тексту Для кодування літер та інших символів, що використовуються в друкованих документах, необхідно закріпити за кожним символом числовий номер - код. В англомовних країнах використовуються 26 прописних і 26 малих літер (A ... Z, a ... z), 9 знаків пунктуації (.,:! ";? ()), Пробіл, 10 цифр, 5 знаків арифметичних дій (+,-,* , /, ^) і спеціальні символи (№,%, _, #, $, &,>, <, |, \) - всього трохи більше 100 символів. Таким чином, для кодування цих символів можна обмежитися максимальним 7-розрядним двійковим числом (від 0 до 1111111, у десятковій системі числення - від 0 до 127). Кодування графічної інформації У відеопам'яті знаходиться двійкова інформація про зображення, що виводиться на екран. Майже всі створені, в опрацюванні чи переглядаються за допомогою комп'ютера зображення можна розділити на дві великі частини - растрову і векторну графіку. Растрові зображення є одношаровою сітку точок, які називаються пікселями (pixel, від англ. Picture element). Код піксела містить інформації про його кольорі. На противагу растровій графіцівекторне зображення багатошаровий. Кожен елемент векторного зображення - лінія. Кожен елемент векторного зображення є об'єктом, який описується за допомогою математичних рівнянні. Складні об'єкти (ламані лінії, різні геометричні фігури) представляються у вигляді сукупності елементарних графічних об'єктів. Кодування звуку На комп'ютері працювати зі звуковими файлами почали в 90-х роках. В основі цифрового кодування звуку лежить - процес перетворення коливань повітря в коливання електричного струму і подальша дискретизація аналогового електричного сигналу. Кодування та відтворення звукової інформації здійснюється за допомогою спеціальних програм (редактор звукозапису). Часова дискретизація - спосіб перетворення звуку в цифрову форму шляхом розбивання звукової хвилі на окремі маленькі тимчасові ділянки де амплітуди цих ділянок квантуються (їм присвоюється певне значення). Це проводиться за допомогою аналого-цифрового перетворювача, розміщеного на звуковій платі. Таким чином, безперервна залежність амплітуди сигналу від часу замінюється дискретної послідовністю рівнів гучності. Сучасні 16-бітові звукові карти кодують 65536 різних рівнів гучності або 16-бітну глибину звуку (кожному значенню амплітуди звук. Сигналу присвоюється 16-бітний код) Якість кодування звуку залежить від: 1. глибини кодування звуку - кількість рівнів звуку 2. частоти дискретизації - кількість змін рівня сигналу в одиницю
Архівація даних - це злиття кількох файлів чи каталогів в єдиний файл - архів.
Стиснення даних - це скорочення обсягу вихідних файлів шляхом усунення надлишкової інформації.
Для виконання цих завдань існують програми-архіватори, які забезпечують як архівацію, так і стиснення даних. За допомогою спеціальних алгоритмів архіватори видаляють з файлів надлишкову інформацію, а при зворотній операції розпаковування вони відновлюють інформацію у первісному вигляді. При цьому стиснення та відновлення інформації відбувається без втрат.
Стиснення без втрат актуальне при роботі з текстовими і програмними файлами, у задачах криптографії.
Існують також методи стиснення із втратами. Вони видаляють з потоку інформацію, яка незначно впливає на дані або взагалі не сприймається людиною. Такі методи стиснення застосовуються для аудіо- та відеофайлів, деяких форматів графічних файлів.
Методи стиснення даних без втрат
На сьогодні розроблено багато способів стискання без втрат, в основі їх лежать такі методи кодування:
Кодування Хаффмана (англ. Huffman) - в основі лежить той факт, що деякі символи в тексті можуть траплятися частіше середньої частоти повторень, а інші - рідше.
Кодування Лемпеля-Зіва (англ. Lempel, Ziv) - використовує факт неодноразового повторення фрагментів тексту, тобто послідовностей байтів.
Групове кодування RLE. Використовується для зображень з великими одноколірними ділянками. Зображення, в яких мало сусідніх пікселів однакового кольору, не придатні для стиснення по методу RLE. Розмір стиснутого файлу в такому разі може перевищувати розмір вихідного файлу.
Завдання архівації
Досі йшлося про одне призначення архівації даних - економніше використання носіїв інформації. Однак за допомогою архівації можна виконувати цілий комплекс завдань:
Зменшення обсягу файлів. Це завдання виконується за допомогою методів стискання, що були розглянуті вище. Зменшення файлів актуальне не лише для економії вільного місця на дисках, а й для прискорення передачі файлів по мережі. Якщо дисковий простір можна "нарощувати" шляхом придбання сучасніших дисків більшої ємності, то швидкість передавання ще довго стримуватиме збільшення розміру файлів, що передаються.
Резервне копіювання. У процесі експлуатації комп'ютера не виключені ситуації, що загрожують невідновною втратою інформації (несправність пристрою накопичувача або дефекти на поверхні жорсткого диска, неправильні операції з файлами або випадкове знищення файлів, чи руйнування інформації комп'ютерним вірусом). Для збереження важливої інформації застосовується резервне копіювання на зовнішні носії (магнітооптичні диски, диски CD-R і CD-RW, вінчестери). Резервне копіювання виконується за допомогою спеціальних утиліт, що забезпечують створення компактних архівів. Одна з таких утиліт, Microsoft Backup, входить до комплекту Windows.
Архівація при шифруванні даних. Ця операція виконується з метою зменшення імовірності злому криптосистеми. Доведено, що чим менша кореляція (взаємозв'язок) між блоками вхідної інформації, тим нижча імовірність злому. Процедура архівації, знищуючи надмірну інформацію, ліквідує кореляції у вхідному потоці.
Архівні формати й архіватори
Для роботи з архівами існують програми, що називаються архіваторами.
Перші програми-архіватори з'явилися в середині 80-х років. Вони були зорієнтовані, насамперед, на роботу в MS-DOS і підтримували популярні архівні формати: ARC, ZIP, LZH, ARJ, RAR, ICE тощо. Тогочасні архіватори дозволяли створювати архівні файли та розкривати архіви, переглядати архіви, сортувати файли в архіві, виводити вміст архіву иа екран, знищувати файли в архіві. Існувала також група архіваторів (PKLITE, LZE,..), які запаковували дані у саморозпаковувані архіви - файли з розширеннями exe, com.
В MS-DOS програми-архіватори викликаються командним рядком з чи-сленними параметрами. Параметри забезпечують великі можливості, хоча й створюють труднощі пересічному користувачеві у роботі з архіваторами.
Значно зручнішою стала робота з архівами з появою ОС Windows 9.x і Windows-версій архіваторів.
Розглянемо принципи роботи з архіваторами на прикладі програми WinRAR.
WinRAR - потужний архіватор і менеджер архівів, який має зручну графічну оболонку й підтримує технологію Drag and Drop. Програма WinRAR дозволяє працювати з архівними файлами типу rar, zip, cab, arj.
Запускається WinRAR будь-яким з можливих способів, передбачених у Windows. Якщо піктограми WinRAR немає на робочому столі або на панелі інструментів Windows, то найпростіше запустити WinRAR з головного меню (Пуск - Программы - WinRAR - WinRAR).
13. Засоби парольної ідентифікації та адміністрування.