Представление информации в ЭВМ

Понятие систем счисления

Определения

Система счисления - это способ наименования и изображения чисел с помощью символов, имеющих определенные количественные значения.

В зависимости от способа изображения чисел системы делятся на позиционные и непозиционные.

В позиционных системах количественное значение каждой цифры зависит от места (позиции) в числе.

В непозиционных системах цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения в числе.

Примеры,

позиционная система - арабская десятичная система (0 - 9),

непозиционная - римская, где для каждого числа используется специфическое сочетание символов XIV, CXXVII и т. д.

Информация в ЭВМ кодируется в двоичной форме.

В двоичной системе любое число представляется комбинацией 0 и 1, что является очень удобным с точки зрения технической реализации (два состояния: есть сигнал или нет сигнала, включено - выключено и т.д.).

Основанием системы является число 2, поэтому перевод в 10-ю систему осуществляется очень просто.

Например, 10011₂ = 1 *2⁴+ 0 *2³+ 0 *2²+ 1 *2¹+ 1 *2⁰.

При программировании иногда используется шестнадцатеричная система, основанием которой является число 16. Перевод в 10-ю систему осуществляется аналогично предыдущему примеру с заменой двойки на шестнадцать.

Таблица кодов десятичных и шестнадцатеричных цифр в двоичной системе

Цифра

А

В

С

D

E

F

Код

Независимо от типа информации, кодируется она в виде элементарных единиц памяти, принимающих значения 0 или 1 и называемых битами.

Определения

Бит (binary digit -bit ) - это двоичный разряд, принимающий значения 0 или 1.

Байт (byte)- это единица представления одного символа информации, состоящая из 8-ми бит.

Байт служит также единицей измерения компьютерной информации, но когда счет идет на сотни тысяч и миллионы байт, то используются более крупные единицы, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и т.д.

1 Кбайт=1024 байт (2¹⁰)

1 Мбайт=1024 Кбайт (2²⁰)

1 Гбайт=1024 Мбайт (2³⁰)

1 Тбайт=1024 Гбайт (2⁴⁰).

Для представления символов используются кодовые таблицы, в которых каждой букве, цифре или служебным знакам соответствует какой-либо код - десятичное число в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, можно закодировать 256 символов, поскольку каждый символ - это 8 разрядов, то число возможных перестановок равно 2⁸=256.

Во всем мире в качестве стандарта принята таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange), в которой кодируется ровно половина символов от 0 до 127.

Вторая половина не определена американским стандартом и предназначена для размещения символов национальных алфавитов (в частности кириллицы), псевдографических символов и некоторых математических знаков.

Таким образом, кодовая таблица ASCII состоит из основного стандарта и расширенного стандарта, который для различных операционных систем может различаться.

Основной стандарт содержит десятичные коды от 0 до 127 (или шестнадцатеричные коды 00 - 7F), расширенный - десятичные коды от 128 до 255 (или шестнадцатеричные коды 8F - FF).

Основной стандарт
Цифры, знаки	Буквы латинского алфавита
	Расширенный стандарт DOS	Расширенный стандарт Win
	Буквы национальных алфавитов	Символы псевдографики	Символы псевдографики	Буквы национальных алфавитов

Например, "0" - соответветствует десятичному коду 00, "." - соответветствует десятичному коду 46, латинская буква "А" - соответствует десятичному коду 65, строчная буква "q" - соответствует десятичному коду 113.

Основной стандарт является общепринятым в мире, а расширенный в зависимости от операционной системы может меняться, поэтому для кодирования русских букв существуют и другие кодовые таблицы, например КОИ - 8 (код для обмена информацией).

В настоящее время ведущими фирмами предложена новая система кодировки символов Unicode (Universal Code), в которой каждый символ кодируется не одним, а двумя байтами, один из которых содержит сведения о языке принадлежности символа. Правда, объем информации увеличивается вдвое, но зато можно избавиться от множества программ-перекодировщиков.

Из истории развития ЭВМ

Начало развития вычислительной техники можно отнести к периоду, когда были созданы первое счетное устройство, так называемый абак. Оно представляло собой ящик со струнами, по которым передвигались кости. Прошло несколько тысяч лет, прежде чем были созданы новые счетные устройства.

Вот несколько фактов:

Ø Конец XV - начало XVI вв. - Великий художник, скульптор и математик Эпохи Возрождения - Леонардо да Винчи сделал эскиз 32-х разрядного суммирующего устройства (по нему фирма IBM создала в целях рекламы действующее устройство).

Ø 1642 год - 18-летний французский математик и физик Блез Паскаль создает первую модель вычислительной машины, которая могла выполнять арифметические операции.

Ø

1823 год - английский ученый Чарльз Беббидж разрабатывает проект "Разностной машины", затем в 1833 г. и в последующий период разрабатывает и совершенствует проект аналитической машины, которая состоит из трех частей:

Одновременно дочь Джорджа Гордона Байрона Леди Ада Лавлейс разрабатывает программы для этой машины (первая в мире женщина-программист, именем которой назван один из языков программирования Ада, созданный по заказу Пентагона).

В развитие ЭВМ внесли свой вклад многие выдающиеся ученые, в частности английские математики Джордж Буль и Тьюринг, и, наконец, американский ученый, математик Джон фон Нейман разработал концепцию ЭВМ и завершил ее разработку к 1950 году.

Главные элементы концепции:

1. Двоичное представление информации и команд (взято из идей предшественников).

2. Принцип хранимой программы (данные и программа хранятся в оперативной памяти).

3. Прямой доступ к памяти по адресу (организация вычислений сразу по всем разрядам данного).

Джон фон Нейман предложил следующую структуру ЭВМ:

Следует отметить, что академик С. А. Лебедев предложил такую же архитектуру и принципы работы ЭВМ, но поскольку такого рода разработки были закрытыми в Советском Союзе, его имя стало известно гораздо позже, чем имя Джона фон Неймана.

С этого момента (1950 год) начинается развитие и совершенствование ЭВМ. Ее структура уточняется и становится основой любой ЭВМ, независимо от дизайна и архитектуры. Устройство управления и арифметико-логическое устройство соединяются в единый блок, который называется процессор.

Большой вклад в развитие отечественных ЭВМ и программных средствдля ЭВМ внесли: русский математик и механик П. Л. Чебышев, российские ученые советского периода - С. А. Лебедев, В. М. Глушков, А. А. Ляпунов, М. Р. Шура-Бура, А. П. Ершов и многие другие.

Технические средства информатики

К техническим средствам информатики относят электронно-вычислительные машины (ЭВМ) с периферийными устройствами и вычислительные сети.

В структуре любой ЭВМ можно выделить следующие компоненты:

Основные определения

Память - запоминающее устройство для хранения информации. Память делится на два основных вида - оперативную и внешнюю.

Оперативная память предназначена для временного хранения информации. Она состоит из ячеек, которые имеют адрес и содержимое. Ячейки состоят из более мелких элементов памяти - байтов, их может быть от 1 до 8.

Адрес ячейки - номер левого байта ячейки.

Содержимое - это данное, находящееся в ячейке и закодированное в двоичном виде.

Внешняя память предназначена для длительного хранения информации и обмена с оперативной памятью. К внешней памяти относят накопители (устройства для работы с носителями - дисками и лентами) на жестких и гибких магнитных дисках, магнитных лентах (стримеры), в последние годы приводы для оптических (лазерных дисков).

Единицами измерения памяти являются байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и т.д.

Процессор - устройство для выполнения арифметических, логических операций и контроля над работой всей ЭВМ.

Процессоры характеризуются своей архитектурой (набором команд и др.), разрядностью, скоростью выполнения операций.

УВВ - внешние устройства, предназначенные для общения пользователя с компьютером.

Особенности и классы современных ЭВМ

С момента создания первой ЭВМ прошло много времени, и архитектура ЭВМ претерпела большие изменения. Из больших громоздких ЭВМ превратились в малогабаритные, но еще более мощные, чем прежде. Элементная база компьютеров за довольно большой период времени видоизменилась от электронных ламп, полупроводников до сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Дата добавления: 2014-01-11