Podstawy przechowywania danych w komputerach. Reprezentacja danych w pamięci komputera. Działania z pamięcią
Funkcjonowanie każdego rodzaju komputera opiera się na urządzeniu pamięciowym zdolnym do przechowywania informacji, wykorzystywania ich do obliczeń i wydawania na pierwsze żądanie operatora.
Definicja
Urządzenie do przechowywania informacji to urządzenie powiązane z resztą komputera i zdolne do odbierania wpływów zewnętrznych. W nowoczesnych komputerach stosuje się jednocześnie kilka rodzajów takich produktów, z których każdy ma swoją własną funkcjonalność i cechy pracy. Urządzenia do przechowywania kluczowych informacji są klasyfikowane według zasad działania, wymagań dotyczących zasilania i wielu innych parametrów.
Działania z pamięcią
Głównym zadaniem każdego urządzenia rejestrującego jest zdolność operatora do pracy z nim. Wszystkie akcje są podzielone na trzy typy:
- Magazynowanie. Wszystkie informacje, które weszły do urządzenia rejestrującego, muszą tam pozostać, dopóki nie zostaną usunięte przez operatora lub komputer. Istnieją produkty, które mogą przechowywać dane przez długi czas nawet gdy komputer jest wyłączony. Tak jest standardowo dyski twarde. Inne podobne produkty (RAM) zawierają tylko część danych, dzięki czemu operator może uzyskać do nich jak najszybszy dostęp.
- Wejście. Informacje muszą jakoś dostać się do urządzenia rejestrującego. W takim przypadku podział może przebiegać według tej zasady. Niektóre modele współpracują bezpośrednio z operatorem. Inni kojarzą się z innymi elementami pamięci, przyspieszając ich pracę.
- Wniosek. Odebrane dane są wyświetlane w interfejsie interakcji użytkownika lub przekazywane do obliczeń do innych urządzeń pamięci masowej.
Wszystkie urządzenia do przechowywania, wprowadzania i wyprowadzania informacji są połączone w taki czy inny sposób w jedną sieć w ramach jednego komputera. Razem sprawiają, że to działa.
Forma
Klasyfikacja nośników informacji według formy zapisu dzieli je wszystkie na dwie kategorie: analogową i cyfrową. Pierwsze we współczesnym świecie praktycznie nie są używane. Najbliższym przykładem analogowego urządzenia nagrywającego jest kaseta magnetofonowa, która od dawna jest przestarzała. Niemniej jednak w tym kierunku zachodzą pewne zmiany. W tej chwili istnieje już kilka prototypów produktów tego typu, które nie są złe pod względem pojemności i szybkości działania, ale w porównaniu z urządzeniami cyfrowymi znacznie tracą pod względem kosztów produkcji. Standardowy dysk twardy komputera przechowuje informacje w postaci jedynek i zer. To urządzenie do rejestracji cyfrowej, jak zdecydowana większość nowoczesnych produktów tego typu. Ich działanie opiera się na zasadzie zachowania stanu fizycznego nośnika w jednej z dwóch możliwych postaci (dla układu binarnego). Obecnie używane są bardziej nowoczesne opcje, które mogą używać notacji trój- lub nawet dziesiętnej. Było to możliwe dzięki wykorzystaniu unikalnych właściwości różne materiały oraz pojawienie się nowych technologii zapisu danych na dyskach. Ludzkość stopniowo zwiększa ilość informacji możliwych do zapisania, jednocześnie zmniejszając rozmiar przewoźnika.
Rekordowa stabilność
Klasyfikacja według tego wskaźnika dzieli wszystkie urządzenia do przechowywania i przetwarzania informacji na cztery grupy:
- Rejestratory operacyjne(BARAN). Operator otrzymuje możliwość wprowadzania nowych informacji, odczytywania już istniejących i pracy z nimi bezpośrednio w procesie eksploatacji. Przykładem jest pamięć RAM komputera. Przechowuje większość danych, które są stale wymagane, więc nie musisz stale uzyskiwać dostępu do głównych twardy dysk. W większości przypadków wszystkie informacje są usuwane z takich nośników po wyłączeniu zasilania.
- Wielokrotnego zapisu(PEPROM). Takie produkty pozwalają nagrywać, usuwać i ponownie wprowadzać dane niemal nieograniczoną ilość razy. Przykładem są dyski CD-RW i standardowe dyski twarde. W każdym komputerze jest najwięcej takiej pamięci i to na nim przechowywane są prawie wszystkie informacje o użytkowniku.
- Nagrywalny(BAL STUDENCKI). Na takich urządzeniach dane można zapisać tylko raz. Nie da się nadpisać lub usunąć informacji, co jest główną wadą takich produktów. Przykładem są płyty CD-R. W dzisiejszym świecie jest rzadko używany.
- Stały(ROM). Tego typu urządzenie zapisuje raz zapisane informacje i nie pozwala na ich usunięcie lub zmianę w żaden sposób. Przykład - BIOS komputera. W nim wszystkie dane pozostają niezmienione, a użytkownik ma możliwość wyboru tylko innych ustawień z listy istniejących. W przeciwieństwie do PROM, do takich nośników wciąż można dodawać nowe dane, ale z reguły wymaga to całkowitego usunięcia starych. Oznacza to, że BIOS można ponownie zainstalować, ale nie można go uzupełniać ani aktualizować.
Niezależność energetyczna
Do pracy komputer potrzebuje prądu, bez którego wykonanie wszystkich czynności byłoby niemożliwe. Gdyby jednak za każdym razem po wyłączeniu komputera dane o całej wykonanej pracy zostały usunięte, wówczas znaczenie komputera w naszym życiu byłoby znacznie mniejsze. Jakie są więc urządzenia do przechowywania informacji o potrzebach żywieniowych?
- Lotny. Produkty te działają tylko wtedy, gdy jest do nich dostarczana energia elektryczna. Tego typu są standardowe moduły. pamięć o dostępie swobodnym DRAM lub SRAM.
- Nielotny. Urządzenia nagrywające nie wymagają zasilania do przechowywania informacji. Przykładem jest dysk twardy komputera.
Typ dostępu
Urządzenia do przechowywania informacji są również podzielone według tego wskaźnika. W zależności od rodzaju dostępu pamięć to:
- Asocjacyjny. Rzadko używane. Produkty te obejmują specjalne urządzenia, które służą do zwiększania szybkości dużych macierzy danych.
- Prosty. Pełny i nieograniczony dostęp oferują dyski twarde należące do tego typu dostępu.
- spójny. Teraz praktycznie nie używany. Wcześniej stosowany w taśmach magnetycznych.
- Bezpłatny. Zgodnie z tą zasadą działa pamięć RAM, dając użytkownikowi możliwość: dowolna forma uzyskać dostęp do najnowsze informacje z którym system pracował. Służy do przyspieszenia komputera.
Wykonanie
Urządzenia przeznaczone do przechowywania informacji są klasyfikowane według rodzaju wykonania.
- Obwody drukowane. Ten typ obejmuje moduły pamięci RAM i wkłady do starych dekoderów. Działają bardzo szybko, ale potrzebują stałego dopływu energii, dlatego ich obecne wykorzystanie pełni rolę wspomagającą.
- Dysk. Są magnetyczne i optyczne. Najpopularniejszym przedstawicielem jest dysk twardy komputera. Używany jako główny nośnik informacji.
- Karta. Istnieje wiele opcji wykonania. Spośród tych ostatnich można zauważyć karty flash. Wcześniej ten typ był używany do produkcji kart perforowanych i ich magnetycznych odpowiedników.
- bębny. Przykładem jest bęben magnetyczny. Praktycznie nie używany.
- Taśma. Przykładem są taśmy perforowane lub magnetyczne. Prawie nigdy nie występuje we współczesnym świecie.
zasada fizyczna
Zgodnie z fizyczną zasadą działania urządzenia wejściowe, wyjściowe, magazynujące i przetwarzające dzielą się na:
- Magnetyczny. Wykonywane są w formie rdzeni, dysków, taśm lub kart. Przykładem jest dysk twardy. To nie jest najlepsze szybki sposób przetwarzanie informacji pozwala jednak na przechowywanie danych przez długi czas bez zasilania, co zapewnia ich obecną popularność.
- Perforowany. Wykonane są jako wstążki lub karty. Przykładem jest stara karta dziurkowana używana do zapisywania informacji w pierwszych modelach komputerów. Ze względu na złożoność produkcji i niewielką ilość przechowywanych danych zasada ta jest obecnie praktycznie nie stosowana.
- Optyczny. Płyty CD wszelkiego rodzaju. Wszystkie działają na zasadzie odbijania światła od ich powierzchni. Laser wypala ścieżki, tworząc odcinki różniące się masą całkowitą, co pozwala na użycie tego samego systemu kodu binarnego, w którym jeden stan dysku jest wskazywany przez jeden, a drugi przez zero.
- magneto-optyczny. Dyski MO. Są rzadko używane, ale łączą zalety obu systemów.
- Elektrostatyczny. Działają na zasadzie akumulacji ładunku elektrycznego. Przykładami są CRT, urządzenia do przechowywania kondensatorów.
- Półprzewodnik. Wykorzystaj cechy materiałów o tej samej nazwie do zbierania i przechowywania danych. Tak działa pendrive.
Między innymi istnieją urządzenia pamięci, które działają na innych zasady fizyczne. Na przykład nadprzewodnictwo lub dźwięk.
Liczba stanów
Ostateczna klasyfikacja trwałego urządzenia pamięci masowej to liczba stanów, które może obsługiwać. Jak wspomniano powyżej, media cyfrowe działają poprzez zmianę swojej fizycznej części w oparciu o dostarczoną energię elektryczną. Najprostszy przykład: jeśli jest namagnesowany, to jest równy liczbie 1, jeśli nie, to jest 0. Jest to zasada działania systemów binarnych, które mogą obsługiwać tylko dwa stany. Obecnie w użyciu są również urządzenia działające w trzech lub więcej formach. Otwiera to bardzo szerokie perspektywy wykorzystania nośników danych, pozwala na zmniejszenie ich rozmiarów, przy jednoczesnym zwiększeniu łącznej ilości przechowywanych informacji.
Wyniki
Stare dyski były bardzo duże. Pierwsze komputery wymagały przestrzeni porównywalnej do dzisiejszych sal gimnastycznych, a jednocześnie działały bardzo wolno. Postęp nie stoi w miejscu i teraz urządzenia do przechowywania informacji, nawet te najbardziej obszerne, można po prostu schować do kieszeni. Dalszy rozwój może przebiegać zarówno na drodze poszukiwania nowych materiałów lub sposobów interakcji ze starymi, jak i tworzenia trwałej i stabilnej więzi na całym świecie. W takim przypadku pojemne dyski będą zlokalizowane w specjalnych serwerowniach, a użytkownik otrzyma wszystkie dane za pomocą technologii „chmury”.
Zadania gromadzenia (przechowywania), przetwarzania i przekazywania informacji stanęły przed ludzkością na wszystkich etapach jej rozwoju. Każdy etap odpowiadał pewnemu poziomowi rozwoju środków pracy informacyjnej, których postęp za każdym razem nadawał społeczeństwu ludzkiemu nową jakość. Wcześniej wyróżniono główne etapy przetwarzania informacji i są one wspólne dla wszystkich nauk przy przetwarzaniu informacji za pomocą komputera. Podstawą naukową ich rozwiązania była taka nauka jak informatyka.
Informatyka jest złożoną dyscypliną naukowo-techniczną, która bada strukturę i ogólne właściwości informacji, procesów informacyjnych, na tej podstawie rozwija informatykę i technologię, a także rozwiązuje problemy naukowo-techniczne tworzenia, wdrażania i efektywnego wykorzystania technologii i technologii komputerowych w wszystkie obszary praktyki społecznej.
Początków informatyki można doszukiwać się we mgle czasu. Wiele wieków temu potrzeba wyrażania i zapamiętywania informacji doprowadziła do pojawienia się mowy, pisma i liczenia. Ludzie próbowali wymyślać, a następnie ulepszać sposoby przechowywania, przetwarzania i rozpowszechniania informacji. Do tej pory zachowały się dowody na próby zachowania informacji przez naszych odległych przodków – prymitywne malowidła naskalne, zapisy na korze brzozowej i glinianych tabliczkach, potem odręcznie pisane księgi.
Pojawienie się prasy drukarskiej w XVI wieku umożliwiło znaczne zwiększenie zdolności człowieka do przetwarzania i przechowywania niezbędnych informacji. Był to ważny etap w rozwoju ludzkości. Informacje w wersja papierowa był główną metodą przechowywania i wymiany i tak było aż do połowy XX wieku. Dopiero wraz z pojawieniem się komputerów pojawiły się zasadniczo nowe, znacznie wydajniejsze sposoby gromadzenia, przechowywania, przetwarzania i przesyłania informacji (ryc. 1.1).
Rysunek 1.1. Rozwój metod przechowywania informacji
Rozwinięte sposoby przekazywania informacji. Prymitywna metoda przekazywania wiadomości od osoby do osoby została zastąpiona bardziej postępową usługą pocztową. Usługi pocztowe dał wystarczająco dużo niezawodny sposób wymiana informacji. Nie należy jednak zapominać, że w ten sposób można przesyłać tylko wiadomości zapisane na papierze. A co najważniejsze, szybkość przekazu wiadomości była współmierna jedynie do szybkości poruszania się człowieka. Wynalezienie telegrafu, telefonu, dało zupełnie nowe możliwości przetwarzania i przesyłania informacji.
Pojawienie się komputerów elektronicznych umożliwiło przetwarzanie, a następnie przesyłanie informacji z prędkością kilka milionów razy większą niż prędkość przetwarzania (ryc. 1.2) i przesyłania informacji przez człowieka (ryc. 1.3).
Rysunek 1.2. Rozwój metod przetwarzania informacji
Rysunek 1.3. Rozwój metod przekazywania informacji
Podstawę współczesnej informatyki tworzą trzy komponenty, z których każdy można uznać za stosunkowo niezależną dyscyplinę naukową (ryc. 1.4).
Informatyka teoretyczna jest działem informatyki, który bada strukturę i ogólne właściwości informacji i procesów informacyjnych, opracowuje ogólne zasady budowy technologii i technologii informacyjnej. Opiera się na wykorzystaniu metod matematycznych i obejmuje takie podstawowe działy matematyczne jak teoria algorytmów i automatów, teoria informacji i teoria kodowania, teoria języków formalnych i gramatyk, badania operacyjne itp.).
Narzędzia informatyzacji (sprzęt i oprogramowanie) – dział zajmujący się badaniem ogólnych zasad budowy urządzeń obliczeniowych oraz systemów przetwarzania i przesyłania danych, a także zagadnień związanych z rozwojem systemów oprogramowanie.
Systemy i technologie informacyjne to dział informatyki zajmujący się analizą przepływów informacji, ich optymalizacją, strukturalizacją w różnych złożonych systemach, wraz z opracowaniem zasad realizacji procesów informacyjnych w tych systemach.
Informatyka znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach współczesnego życia: w produkcji, nauce, edukacji i innych dziedzinach ludzkiej działalności.
Rozwój nowoczesna nauka obejmuje złożone i kosztowne eksperymenty, takie jak na przykład rozwój reaktorów termojądrowych. Informatyka pozwala zastąpić prawdziwe eksperymenty maszynowymi. Oszczędza to ogromne zasoby i umożliwia przetwarzanie uzyskanych wyników najnowocześniejszymi metodami. Ponadto takie eksperymenty zajmują znacznie mniej czasu niż prawdziwe. A w niektórych dziedzinach nauki, na przykład w astrofizyce, po prostu niemożliwe jest przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Tutaj w zasadzie wszystkie badania przeprowadzane są poprzez eksperymenty obliczeniowe i modelowe.
Rysunek 1.4. Struktura informatyki jako dyscypliny naukowej
Dalszy rozwój informatyki, jak każdej innej nauki, pociąga za sobą nowe osiągnięcia, odkrycia, a co za tym idzie, nowe obszary zastosowań, które dziś trudno sobie wyobrazić.
Informatyka to bardzo szeroka dziedzina wiedzy naukowej, która powstała na przecięciu kilku podstawowych i stosowanych dyscyplin.
Jak powiązana jest złożona dyscyplina naukowa informatyka (rys. 1.5):
Z filozofii i psychologii - poprzez doktrynę informacji i teorię wiedzy;
Z matematyką - poprzez teorię modelowania matematycznego, matematykę dyskretną, logikę matematyczną i teorię algorytmów;
Z językoznawstwem – poprzez doktrynę języków formalnych i systemów migowych;
Z cybernetyką - poprzez teorię informacji i teorię sterowania;
Z fizyki i chemii, elektroniki i radiotechniki – poprzez „materialną” część systemów komputerowych i informacyjnych.
Rysunek 1.5. Komunikacja informatyki z innymi naukami
Rola informatyki w rozwoju społeczeństwa jest niezwykle duża. Jest naukowym fundamentem procesu informatyzacji społeczeństwa. Wiąże się z tym postępujący wzrost możliwości technologii komputerowej, rozwój sieci informacyjne, stworzenie nowego Technologie informacyjne, które prowadzą do znaczących zmian we wszystkich sferach społeczeństwa: w produkcji, nauce, edukacji, medycynie itp.
Główną funkcją informatyki jest opracowywanie metod i środków przetwarzania informacji za pomocą komputera i ich zastosowania w organizacji proces technologiczny transformacja informacji.
Pełniąc swoją funkcję, informatyka rozwiązuje następujące zadania:
Bada procesy informacyjne w systemach społecznych;
Rozwija technologie informacyjne i tworzy najnowsze technologie transformacji informacji w oparciu o wyniki uzyskane podczas badania procesów informacyjnych;
Rozwiązuje naukowe i inżynierskie problemy tworzenia, wdrażania i zapewnienia efektywnego wykorzystania sprzętu i technologii komputerowej we wszystkich sferach ludzkiej działalności.
1.2. Pojęcie informacji. Ogólna charakterystyka procesów gromadzenia, przesyłania, przetwarzania i gromadzenia informacji
Całe życie ludzkie jest w jakiś sposób związane z gromadzeniem i przetwarzaniem informacji, które otrzymuje ze świata zewnętrznego, za pomocą pięciu zmysłów - wzroku, słuchu, smaku, węchu i dotyku. Jako kategoria naukowa „informacja” jest przedmiotem badań dla różnych dyscyplin: informatyki, cybernetyki, filozofii, fizyki, biologii, teorii komunikacji itp. Mimo to do tej pory nie ma ścisłej naukowej definicji tego, czym jest informacja, zamiast tego zwykle używa się pojęcia informacji. Pojęcia różnią się od definicji tym, że różne dyscypliny w różnych dziedzinach nauki i techniki nadają im różne znaczenia, tak aby były jak najbardziej spójne z przedmiotem i zadaniami danej dyscypliny. Istnieje wiele definicji pojęcia informacja - od najogólniejszych filozoficznych (informacja jest odzwierciedleniem świata rzeczywistego) do najbardziej szczegółowych (informacja to informacja będąca przedmiotem przetwarzania).
Początkowo znaczenie słowa „informacja” (z łac. Informatio - wyjaśnienie, prezentacja) interpretowano jako coś nieodłącznego tylko w ludzkiej świadomości i komunikacji: „wiedza, informacje, wiadomości, wiadomości przekazywane przez ludzi ustnie, pisemnie lub w inny sposób droga."
Informacja nie jest ani materią, ani energią. W przeciwieństwie do nich może powstawać i znikać.
Specyfika informacji polega na tym, że objawia się ona tylko podczas interakcji obiektów, a wymiana informacji może odbywać się na ogół nie między jakimikolwiek obiektami, ale tylko między tymi z nich, które reprezentują zorganizowaną strukturę (system). Elementami tego systemu mogą być nie tylko ludzie: wymiana informacji może odbywać się w świecie zwierząt i roślin, między przyrodą ożywioną i nieożywioną, ludźmi i urządzeniami.
Informacja jest najważniejszym zasobem nowoczesnej produkcji: zmniejsza zapotrzebowanie na ziemię, pracę, kapitał, zmniejsza zużycie surowców i energii, ożywia nową produkcję, jest towarem, a sprzedawca informacji nie traci jej po sprzedaż, może się kumulować.
Pojęcie „informacji” zwykle oznacza obecność dwóch obiektów - „źródła” informacji i „odbiorcy” (konsument, adresat) informacji.
Informacje są przesyłane ze źródła do odbiornika w postaci materialnej i energetycznej w postaci sygnałów (na przykład elektrycznych, świetlnych, dźwiękowych itp.) propagujących się w określonym środowisku.
Sygnał (z łac. signum - znak) to proces fizyczny (zjawisko), który niesie w sobie komunikat (informację) o zdarzeniu lub stanie przedmiotu obserwacji.
Informacje mogą mieć postać analogową (ciągłą) lub dyskretną (w postaci sekwencji pojedynczych sygnałów). W związku z tym rozróżnia się informacje analogowe i dyskretne.
Pojęcie informacji można rozpatrywać z dwóch pozycji: w szerokim tego słowa znaczeniu to otaczający nas świat, wymiana informacji między ludźmi, wymiana sygnałów między przyrodą ożywioną i nieożywioną, ludźmi i urządzeniami; w wąskim znaczeniu tego słowa informacja to każda informacja, która może być przechowywana, przekształcana i przekazywana.
Informacja jest swoistym atrybutem świata rzeczywistego, który jest jego obiektywnym odzwierciedleniem w postaci zestawu sygnałów i przejawia się w interakcji z „odbiorcą” informacji, co umożliwia wyodrębnienie, rejestrację tych sygnałów od otaczającego świata i identyfikuj je według jednego lub drugiego kryterium.
Z tej definicji wynika, że:
Informacja jest obiektywna, ponieważ ta właściwość materii jest odbiciem;
Informacja pojawia się w postaci sygnałów i tylko wtedy, gdy obiekty wchodzą w interakcję;
Te same informacje mogą być różnie interpretowane przez różnych odbiorców w zależności od „ustawienia” „odbiorcy”.
Osoba odbiera sygnały poprzez narządy zmysłów, które są „identyfikowane” przez mózg. Odbiorniki informacji w technologii odbierają sygnały za pomocą różnych urządzeń pomiarowych i rejestrujących. Jednocześnie odbiornik, który posiada większą czułość przy rejestracji sygnałów oraz bardziej zaawansowane algorytmy ich przetwarzania, umożliwia uzyskanie dużej ilości informacji.
Informacja ma określone funkcje. Najważniejsze z nich to:
Poznawczo - odbieranie Nowa informacja. Funkcja realizowana jest głównie poprzez takie etapy obiegu informacji jak:
– jego synteza (produkcja)
- wydajność
– magazynowanie (transmisja w czasie)
– percepcja (konsumpcja)
Komunikatywny - funkcja komunikacji między ludźmi, realizowana poprzez takie etapy obiegu informacji jak:
– transmisja (w kosmosie)
– dystrybucja
Kierownicze – kształtowanie odpowiedniego zachowania sterowanego systemu odbierającego informacje. Ta funkcja informacji jest nierozerwalnie związana z funkcją poznawczą i komunikacyjną i realizuje się na wszystkich głównych etapach obiegu, w tym przetwarzania.
Bez informacji życie w jakiejkolwiek formie nie może istnieć, a systemy informacyjne stworzone przez człowieka nie mogą funkcjonować. Bez niego systemy biologiczne i techniczne to kupa pierwiastków chemicznych. Komunikacja, komunikacja, wymiana informacji są nieodłączne od wszystkich żywych istot, ale szczególnie u ludzi. Gromadzone i przetwarzane z pewnych stanowisk informacje dostarczają nowych informacji, prowadzą do nowej wiedzy. Pozyskiwanie informacji z otaczającego świata, ich analiza i generowanie to jedna z głównych funkcji człowieka, która odróżnia go od reszty świata żywego.
Generalnie rola informacji może ograniczać się do emocjonalnego oddziaływania na osobę, ale najczęściej jest wykorzystywana do rozwijania działań kontrolnych w systemach automatycznych (czysto technicznych) i zautomatyzowanych (człowiek-maszyna). W takich systemach można wyróżnić odrębne etapy (fazy) obiegu informacji, z których każdy charakteryzuje się określonymi działaniami.
Sekwencja działań wykonywanych z informacją nazywana jest procesem informacyjnym.
Główny procesy informacyjne są:
– zbieranie (postrzeganie) informacji;
– przygotowanie (przekształcenie) informacji;
- transfer informacji;
– przetwarzanie (przekształcanie) informacji;
- przechowywanie danych;
– wyświetlanie (reprodukcja) informacji.
Ponieważ materialnym nośnikiem informacji jest sygnał, to w rzeczywistości będą to etapy przetwarzania i przetwarzania sygnałów (ryc. 1.6).
Rysunek 1.6. Podstawowe procesy informacyjne
Na etapie percepcji informacji dokonuje się celowego wydobycia i analizy informacji o przedmiocie (procesie), w wyniku czego powstaje obraz obiektu, dokonuje się jego identyfikacji i oceny. Głównym zadaniem na tym etapie jest oddzielenie informacji użytecznych od informacji zakłócających (szumu), co w niektórych przypadkach wiąże się ze znacznymi trudnościami.
Na etapie przygotowania informacji następuje jej pierwotna transformacja. Na tym etapie przeprowadzane są takie operacje jak normalizacja, konwersja analogowo-cyfrowa, szyfrowanie. Czasami etap przygotowania uważany jest za pomocniczy w stosunku do etapu percepcji. W wyniku percepcji i przygotowania otrzymuje się sygnał w postaci dogodnej do transmisji, przechowywania lub przetwarzania.
Na etapie transmisji informacje przesyłane są z miejsca na miejsce (od nadawcy do odbiorcy – adresata). Transmisja odbywa się za pośrednictwem kanałów o różnym charakterze fizycznym, z których najczęstsze to elektryczny, elektromagnetyczny i optyczny. Ekstrakcja sygnału na wyjściu kanału poddanego działaniu szumu ma charakter percepcji wtórnej.
Na etapach przetwarzania informacji ujawniają się jej ogólne i istotne współzależności, które są interesujące dla systemu. Przekształcenie informacji na etapie przetwarzania (jak również na innych etapach) odbywa się za pomocą technologii informatycznej lub przez osobę.
Przetwarzanie informacji rozumiane jest jako dowolne jej przekształcanie, dokonywane zgodnie z prawami logiki, matematyki, a także nieformalnymi regułami opartymi na „zdrowym rozsądku”, intuicji, uogólnionym doświadczeniu, ustalonych poglądach i normach zachowania. Wynikiem przetwarzania jest również informacja, ale albo przedstawiona w innej formie (np. uporządkowana według pewnych kryteriów), albo zawierająca odpowiedzi na postawione pytania (np. rozwiązanie pewnego problemu). Jeżeli proces przetwarzania można sformalizować, można go przeprowadzić środkami technicznymi. Kardynalne przesunięcia w tym obszarze nastąpiły w związku z powstaniem komputera jako uniwersalnego konwertera informacji, w związku z którym pojawiły się pojęcia danych i przetwarzania danych.
Dane to tak zwane fakty, informacje przedstawione w formie sformalizowanej (zakodowane), zapisane na różnych nośnikach i umożliwiające przetwarzanie przy użyciu specjalnych środków technicznych (przede wszystkim komputerów).
Przetwarzanie danych polega na wykonywaniu na nich różnych operacji, przede wszystkim arytmetycznych i logicznych, w celu pozyskania nowych danych, które są obiektywnie niezbędne (np. przy przygotowywaniu odpowiedzialnych decyzji).
Na etapie przechowywania informacje są zapisywane na urządzeniu pamięci do późniejszego wykorzystania. Nośniki półprzewodnikowe i magnetyczne służą głównie do przechowywania informacji.
Etap wyświetlania informacji powinien poprzedzać etapy związane z udziałem człowieka. Celem tego etapu jest dostarczenie osobie potrzebnych informacji za pomocą urządzeń, które mogą oddziaływać na jego zmysły.
Każda informacja posiada szereg właściwości, które łącznie decydują o stopniu jej zgodności z potrzebami użytkownika (jakość informacji). Można przytoczyć wiele różnych właściwości informacji, ponieważ każda dyscyplina naukowa bierze pod uwagę te właściwości, które są dla niej najważniejsze. Z punktu widzenia informatyki najważniejsze są:
Znaczenie informacji jest właściwością informacji, która zachowuje wartość dla konsumenta w czasie, to znaczy nie podlega „moralnemu” starzeniu się.
Kompletność informacji to właściwość informacji charakteryzująca się miarą wystarczalności do rozwiązania określonych problemów. Kompletność informacji oznacza, że zapewnia podjęcie właściwej (optymalnej) decyzji. Oceniane w odniesieniu do dobrze zdefiniowanego zadania lub grupy zadań.
Adekwatność informacji to właściwość polegająca na korespondencji znaczącej informacji ze stanem obiektu. Naruszenie tożsamości wiąże się z technicznym starzeniem się informacji, w którym występuje rozbieżność między rzeczywistymi cechami obiektów a tymi samymi cechami prezentowanymi w informacji.
Bezpieczeństwo informacji to właściwość informacji charakteryzująca się stopniem gotowości określonych tablic informacyjnych do zamierzonego wykorzystania i określona przez zdolność do kontroli i ochrony informacji w celu zapewnienia stałej dostępności i terminowego dostarczania tablicy informacyjnej niezbędnej do zautomatyzowanego rozwiązania docelowe i funkcjonalne zadania systemu.
Wiarygodność informacji jest właściwością informacji charakteryzującą się stopniem zgodności rzeczywistych jednostek informacyjnych z ich prawdziwa wartość. Wymagany poziom wiarygodności informacji osiąga się poprzez wprowadzanie metod monitorowania i ochrony informacji na wszystkich etapach ich przetwarzania, zwiększając niezawodność kompleksu technicznego i narzędzia programowe System informacyjny, a także środki administracyjne i organizacyjne.
Społeczeństwo informacyjneWspółczesne społeczeństwo charakteryzuje się gwałtownym wzrostem ilości informacji krążących we wszystkich sferach ludzkiej działalności. Doprowadziło to do informatyzacji społeczeństwa.
Informatyzacja społeczeństwa rozumiana jest jako zorganizowany społeczno-gospodarczy, naukowy i techniczny proces tworzenia optymalnych warunków do zaspokojenia potrzeb informacyjnych i realizacji praw jednostek i osoby prawne oparte na tworzeniu i wykorzystaniu zasobów informacyjnych – dokumentów w różnych formach prezentacji.
Celem informatyzacji jest stworzenie społeczeństwa informacyjnego, w którym większość ludzi zajmuje się produkcją, przechowywaniem, przetwarzaniem, sprzedażą i wykorzystaniem informacji. Aby rozwiązać ten problem, wyłaniają się nowe kierunki w naukowej i praktycznej działalności członków społeczeństwa. Tak powstała informatyka i technologia informacyjna.
Cechami charakterystycznymi społeczeństwa informacyjnego są:
1) brak problemu kryzysu informacyjnego, eliminacja sprzeczności między lawiną informacyjną a głodem informacyjnym;
2) pierwszeństwo informacji przed innymi zasobami;
3) tworzenie gospodarka informacyjna jako główna forma rozwoju społeczeństwa;
4) tworzenie zautomatyzowanego generowania, przechowywania, przetwarzania i wykorzystywania wiedzy z wykorzystaniem najnowszych technologii i technologii informatycznych.
5) technologie informacyjne, nabierając globalnego charakteru, obejmują wszystkie sfery ludzkiej aktywności społecznej;
6) kształtowanie jedności informacyjnej całej cywilizacji ludzkiej;
7) wprowadzenie swobodnego dostępu każdej osoby do zasobów informacyjnych całej cywilizacji;
8) rozwiązanie humanistycznych zasad zarządzania społecznego i oddziaływania na środowisko.
Oprócz wymienionych pozytywnych wyników procesu informatyzacji społeczeństwa, możliwe są również negatywne trendy, które temu procesowi towarzyszą:
1) nadmierny wpływ mediów;
2) wtargnięcie technologii informacyjnych w życie prywatne osoby;
3) trudności w przystosowaniu niektórych osób do społeczeństwo informacyjne;
4) problem jakościowego doboru rzetelnych informacji.
W tej chwili najbliżej społeczeństwa informacyjnego są Stany Zjednoczone, Japonia, Anglia i kraje Europy Zachodniej.
1.3. Systemy liczbowe
System liczbowy to sposób pisania liczb przy użyciu danego zestawu znaków specjalnych (liczb).
Istnieją systemy pozycyjne i niepozycyjne.
W niepozycyjnych systemach liczbowych waga cyfry nie zależy od pozycji, jaką zajmuje w liczbie. Na przykład w rzymskim systemie liczbowym w liczbie XXXII (trzydzieści dwa) waga cyfry X na dowolnej pozycji wynosi po prostu dziesięć.
W systemach liczb pozycyjnych waga każdej cyfry zmienia się w zależności od jej pozycji w sekwencji cyfr reprezentujących liczbę.
Każdy system pozycyjny charakteryzuje się swoją podstawą. Podstawą pozycyjnego systemu liczbowego jest liczba różnych znaków lub symboli używanych do reprezentowania liczb w danym systemie.
Za podstawę można przyjąć dowolną liczbę naturalną - dwa, trzy, cztery, szesnaście itd. W związku z tym możliwa jest nieskończona liczba systemów pozycyjnych.
System liczb dziesiętnychDo Europy przybył z Indii, gdzie pojawił się nie później niż w VI wieku naszej ery. mi. W tym systemie jest 10 cyfr: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, jednak informację niesie nie tylko numer, ale także miejsce, w którym ten numer się znajduje (czyli jest jego pozycja). W systemie liczb dziesiętnych szczególną rolę odgrywa liczba 10 i jej potęgi: 10, 100, 1000 itd. Pierwsza cyfra z prawej strony oznacza liczbę jednostek, druga od prawej - liczba dziesiątek, następna - liczba setek itp.
System liczb binarnychW tym systemie są tylko dwie cyfry - 0 i 1. Cyfra 2 i jej potęgi odgrywają tu szczególną rolę: 2, 4, 8 itd. Pierwsza cyfra liczby to liczba jednostek, następna cyfra to liczba dwójek, następna to liczba czwórek itd. System liczb binarnych pozwala zakodować dowolną liczbę naturalną - przedstawić ją jako ciąg zer i jedynek. W formie binarnej możesz reprezentować nie tylko liczby, ale także wszelkie inne informacje: teksty, zdjęcia, filmy i nagrania audio. Kodowanie binarne przyciąga inżynierów, ponieważ jest łatwe do wdrożenia technicznie.
System liczb ósemkowychW tym systemie liczbowym jest 8 cyfr: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Liczba 1, wskazana w najmniej znaczącej cyfrze, oznacza, podobnie jak w liczbie dziesiętnej, tylko jedną. Ta sama 1 w następnej cyfrze oznacza 8, w następnej 64 itd. Liczba 100 (ósemka) to nic innego jak 64 (dziesiętnie). Aby przekonwertować na system binarny, na przykład liczbę 611 (ósemkową), musisz zastąpić każdą cyfrę odpowiadającą jej triadą binarną (trójcyfrową). Łatwo zgadnąć, że aby zamienić wielocyfrową liczbę dwójkową na system ósemkowy, należy podzielić ją na triady od prawej do lewej i zastąpić każdą triadę odpowiednią cyfrą ósemkową.
System liczb szesnastkowychNotacja liczby w systemie ósemkowym jest dość zwarta, ale jeszcze bardziej zwarta w systemie szesnastkowym. Jako pierwsze 10 z 16 cyfr szesnastkowych brane są zwykłe cyfry 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ale pierwsze litery alfabetu łacińskiego są używane jako pozostałe 6 cyfr : A, B, C, D, E, F. Liczba 1, zapisana najmniej znaczącą cyfrą, oznacza po prostu jeden. To samo 1 w następnym to 16 (dziesiętny), następny to 256 (dziesiętny) itd. F w najmniej znaczącej cyfrze oznacza 15 (dziesiętny). Tłumaczenie z system szesnastkowy na binarny i odwrotnie odbywa się w taki sam sposób, jak dla systemu ósemkowego.
Tabela 1. Korespondencja między pierwszymi kilkoma liczbami naturalnymi wszystkich trzech systemów liczbowych1.4. Kodowanie informacji
Obecnie we wszystkich komputery informacje są reprezentowane przez sygnały elektryczne. W tym przypadku możliwe są dwie formy jego reprezentacji - w postaci sygnału ciągłego (przy użyciu podobnej wartości - analogowej) oraz w postaci kilku sygnałów (przy użyciu zestawu napięć, z których każde odpowiada jednemu z cyfry reprezentowanej wartości).
Pierwsza forma reprezentacji informacji nazywana jest analogową lub ciągłą. Ilości przedstawione w tej formie mogą przyjmować zasadniczo dowolne wartości w pewien zakres. Liczba wartości, jakie może przyjąć taka wartość, jest nieskończona. Stąd nazwy - ciągła wartość i ciągła informacja. Słowo ciągłość wyraźnie podkreśla główną właściwość takich wielkości - brak luk, luki między wartościami, jakie może przyjąć dana wartość analogowa. Przy zastosowaniu postaci analogowej do budowy komputera potrzeba by mniej urządzeń (każda wartość reprezentowana przez jeden, a nie kilka sygnałów), ale urządzenia te byłyby bardziej złożone (muszą rozróżniać znacznie większą liczbę stanów sygnałów). Ciągła forma reprezentacji jest używana w komputerach analogowych (AVM). Maszyny te przeznaczone są głównie do rozwiązywania problemów opisywanych układami równań różniczkowych: badania zachowania poruszających się obiektów, modelowania procesów i układów, rozwiązywania problemów optymalizacji parametrycznej i sterowania optymalnego. Urządzenia do przetwarzania sygnałów ciągłych mają większą prędkość, mogą integrować sygnał, wykonywać dowolną jego transformację funkcjonalną itp. Jednak ze względu na złożoność wykonania technicznego urządzeń wykonawczych operacje logiczne przy ciągłych sygnałach, długotrwałe przechowywanie takich sygnałów, ich dokładny pomiar AVM nie może skutecznie rozwiązać problemów związanych z przechowywaniem i przetwarzaniem dużych ilości informacji.
Druga forma reprezentacji informacji nazywana jest dyskretną (cyfrową). Takie wielkości, które nie przyjmują wszystkich możliwych, a jedynie całkiem określonych wartości, nazywamy dyskretnymi (nieciągłymi). W przeciwieństwie do ilości ciągłej, liczba wartości wielkości dyskretnej zawsze będzie skończona. Dyskretna forma reprezentacji stosowana jest w cyfrowych komputerach elektronicznych (komputerach), które z łatwością rozwiązują problemy związane z przechowywaniem, przetwarzaniem i przesyłaniem dużej ilości informacji.
Aby zautomatyzować pracę komputera z informacjami związanymi z różnymi typami, bardzo ważne jest ujednolicenie ich formy prezentacji - do tego zwykle stosuje się technikę kodowania.
Kodowanie to reprezentacja sygnału w określonej formie, która jest dogodna lub odpowiednia do późniejszego wykorzystania sygnału. Ściśle mówiąc, jest to reguła opisująca mapowanie z jednego zestawu znaków na inny zestaw znaków. Następnie wyświetlany zestaw znaków nazywany jest alfabetem źródłowym, a zestaw znaków używany do wyświetlania nazywany jest alfabetem kodu lub alfabetem kodowania. W tym przypadku zarówno poszczególne znaki alfabetu źródłowego, jak i ich kombinacje podlegają kodowaniu. Podobnie do budowy kodu wykorzystywane są zarówno pojedyncze symbole alfabetu kodowego, jak i ich kombinacje.
Zestaw znaków alfabetu kodowego używany do zakodowania jednego znaku (lub jednej kombinacji znaków) alfabetu źródłowego nazywany jest kombinacją kodu lub w skrócie kodem znaku. W takim przypadku kombinacja kodowa może zawierać jeden znak alfabetu kodowego.
Znak (lub kombinacja znaków) alfabetu źródłowego, który odpowiada kombinacji kodu, nazywany jest znakiem źródłowym.
Zestaw kombinacji normowych nazywany jest kodem.
Relacja znaków (lub kombinacji znaków, jeśli nie są zakodowane poszczególne znaki alfabetu źródłowego) alfabetu źródłowego z ich kombinacjami kodowymi tworzy tabelę korespondencji (lub tabelę kodów).
Przykłady obejmują system do pisania wyrażeń matematycznych, kod Morse'a, alfabet flagi morskiej, system Braille'a dla niewidomych itp.
W Informatyka ma również swój własny system kodowania - nazywa się to kodowaniem binarnym i opiera się na reprezentacji danych za pomocą ciągu tylko dwóch znaków: 0 i 1 (stosowany jest system liczb binarnych). Znaki te nazywane są cyframi binarnymi lub bitami (cyfrowe binarne).
Jeśli zwiększysz liczbę cyfr w binarnym systemie kodowania o jeden, liczba wartości, które można wyrazić w tym systemie, podwaja się. Do obliczenia liczby wartości stosuje się następujący wzór:
gdzie N jest liczbą niezależnie zakodowanych wartości,
a m to głębia bitowa kodowania binarnego przyjętego w danym systemie.
Na przykład, ile wartości (N) można zakodować za pomocą 10 bitów (m)?
W tym celu podnosimy 2 do potęgi 10 (m) i otrzymujemy N=1024, czyli w systemie kodowania binarnego 10 bitów może zakodować 1024 niezależnie zakodowanych wartości.
Kodowanie informacji tekstowychDo kodowania danych tekstowych wykorzystywane są specjalnie zaprojektowane tabele kodowania, oparte na porównaniu każdego znaku alfabetu z określoną liczbą całkowitą. Osiem bitów wystarcza do zakodowania 256 różnych znaków. To wystarczy do wyrażenia w różnych kombinacjach ośmiu bitów wszystkich znaków języka angielskiego i rosyjskiego, zarówno małych, jak i wielkich, a także znaków interpunkcyjnych, symboli podstawowych operacji arytmetycznych i niektórych ogólnie przyjętych znaków specjalnych. Ale nie wszystko jest takie proste i są pewne trudności. W pierwszych latach rozwoju techniki komputerowej wiązały się one z brakiem niezbędnych standardów, a obecnie przeciwnie, spowodowane są obfitością jednocześnie obowiązujących i sprzecznych norm. Prawie wszystkie języki rozpowszechnione na świecie mają własne tabele kodów. Aby cały świat mógł kodować dane tekstowe w ten sam sposób, potrzebne są ujednolicone tabele kodowania, co nie stało się jeszcze możliwe.
Kodowanie informacje graficzneKodowanie informacji graficznej polega na tym, że obraz składa się z maleńkich kropek, które tworzą charakterystyczny wzór zwany rastrem. Każdy punkt ma swoje współrzędne liniowe i właściwości (jasność), dlatego można je wyrazić za pomocą liczb całkowitych - kodowanie rastrowe pozwala na użycie kodu binarnego do reprezentacji informacji graficznej. Czarno-białe ilustracje są przedstawiane w komputerze jako kombinacje kropek o 256 odcieniach szarości - ośmiobitowa liczba binarna wystarcza do zakodowania jasności dowolnej kropki.
Do kodowania kolorowych obrazów graficznych stosuje się zasadę dekompozycji (dekompozycji) dowolnego koloru na podstawowe składniki. W takim przypadku można zastosować różne metody kodowania informacji o kolorowej grafice. Na przykład w praktyce uważa się, że każdy kolor widoczny dla ludzkiego oka można uzyskać przez mechaniczne mieszanie kolorów podstawowych. Jako takie składniki używane są trzy podstawowe kolory: czerwony (czerwony, R), zielony (zielony, G) i niebieski (niebieski, B). Ten system kodowania nazywa się systemem RGB.
Zakodowanie koloru jednego punktu kolorowego obrazu zajmuje 24 bity. Jednocześnie system kodowania zapewnia jednoznaczną definicję 16,5 miliona różnych kolorów, co w rzeczywistości jest bliskie wrażliwości ludzkiego oka. Tryb reprezentacji grafiki kolorowej za pomocą 24 cyfr binarnych nazywa się pełnokolorowym (True Color).
Każdemu z kolorów podstawowych można przypisać kolor uzupełniający, czyli kolor uzupełniający kolor podstawowy do bieli. Odpowiednio, kolory dopełniające to: cyjan (Cyan, C), magenta (Magenta, M) i żółty (Yellow, Y). Ta metoda kodowania jest akceptowana w druku, ale w druku stosuje się również czwarty atrament - czarny (czarny, K). Ten system kodowanie jest oznaczone jako CMYK, a aby reprezentować grafikę kolorową w tym systemie, musisz mieć 32 bity. Ten tryb nazywa się pełnym kolorem (True Color).
Jeśli zmniejszysz liczbę bitów używanych do zakodowania koloru każdego punktu, możesz zmniejszyć ilość danych, ale zakres zakodowanych kolorów jest zauważalnie zmniejszony. Kodowanie kolorowej grafiki za pomocą 16-bitowych liczb binarnych nazywa się trybem High Color.
Kodowanie informacja dźwiękowaTechniki i metody kodowania informacji dźwiękowych pojawiły się w technice komputerowej jako najnowsze i wciąż są dalekie od standaryzacji. Wiele indywidualnych firm opracowało własne standardy korporacyjne, chociaż można wyróżnić dwa główne nurty.
Metoda modulacji częstotliwości FM (Frequency Modulation) opiera się na fakcie, że teoretycznie każdy złożony dźwięk można rozłożyć na sekwencję prostych sygnałów harmonicznych o różnych częstotliwościach, z których każdy reprezentuje regularną sinusoidę, a zatem można go opisać za pomocą parametrów liczbowych, to znaczy za pomocą kodu. W naturze sygnały audio mają ciągłe widmo, to znaczy są analogowe. Ich dekompozycja na szeregi harmoniczne i reprezentacja w postaci dyskretnych sygnały cyfrowe wykonywać specjalne urządzenia - przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC). Odwrotna konwersja w celu odtworzenia dźwięku zakodowanego kodem numerycznym jest wykonywana przez przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC). Przy takich przekształceniach część informacji jest tracona, przez co jakość nagrania dźwiękowego zazwyczaj nie jest do końca zadowalająca i odpowiada jakości dźwięku najprostszych elektrycznych instrumentów muzycznych o „kolorystyce” charakterystycznej dla muzyki elektronicznej.
Metoda syntezy fal stołowych (Wave-Table) lepiej odpowiada obecnemu stanowi techniki. Istnieją wstępnie przygotowane tabele, które przechowują próbki dźwięków dla wielu różnych instrumentów muzycznych. W technologii takie próbki nazywane są próbkami. Kody numeryczne wyrażają rodzaj instrumentu, jego numer modelu, wysokość, czas trwania i intensywność dźwięku, dynamikę jego zmian. Ponieważ jako próbki wykorzystywane są „prawdziwe” dźwięki, jakość dźwięku uzyskanego w wyniku syntezy jest bardzo wysoka i zbliża się do jakości dźwięku prawdziwych instrumentów muzycznych.
Jednostki danychNajmniejszą jednostką informacji jest bajt równy ośmiu bitom. Jeden bajt może zakodować jedną z 256 wartości. Istnieją również większe jednostki, takie jak kilobajt (KB), megabajt (MB), gigabajt (GB) i terabajt (TB).
1 bajt = 8 bitów
1 KB = 1024 bajty
1 MB = 1024 KB = 2 20 bajtów
1 GB = 1024 MB = 2 30 bajtów
1 TB = 1024 GB = 2 40 bajtów
pytania testowe
1. Co studiuje informatyka?
2. Jak rozwijały się sposoby gromadzenia, przechowywania i przekazywania informacji?
3. Jaka jest struktura współczesnej informatyki?
4. Co to są informacje?
5. Jakie funkcje pełni informacja?
6. Opisz główne procesy informacyjne.
7. Jaka jest główna różnica między danymi a informacjami?
8. Jakie właściwości ma informacja?
9. Co oznacza informatyzacja społeczeństwa?
10. Jakie są cechy społeczeństwa informacyjnego?
11. Czym są systemy liczbowe i czym one są? Daj przykłady.
12. Podaj opis głównych systemów liczb pozycyjnych.
13. W jakich dwóch formach można przedstawić informacje? Opisz je i podaj przykłady.
14. Co to jest kodowanie? Podaj przykłady kodowania z życia wzięte.
15. Jaka jest podstawowa jednostka do prezentacji informacji w komputerze?
16. W jaki sposób różne rodzaje informacji są zakodowane w komputerze?
17. Jakie jednostki są używane do pomiaru informacji?
3.1 Prezentacja danych w komputerze
Podczas wykonywania obliczeń matematycznych liczby w komputerze mogą być reprezentowane za pomocą naturalnych i normalnych form notacji.
Przykładem rekordu w postaci naturalnej jest liczba 456.43. Aby zapisać taką liczbę, słowo maszynowe (operand) dzieli się na dwa stałe pola (części). Pierwsze pole jest zarezerwowane do wpisania części całkowitej liczby, a drugie do wpisania części ułamkowej liczby. Najbardziej znaczący bit służy do wskazania znaku liczby.
W obliczeniach zwyczajowo oddziela się część całkowitą liczby od części ułamkowej kropką. Ponieważ w tym przypadku położenie punktu między liczbą całkowitą a część ułamkowa jest dobrze zdefiniowana, to taka reprezentacja liczb nazywana jest reprezentacją z stały punkt. Poniżej na ryc. 3.1 pokazuje słowo maszynowe o długości 16 bitów (2 bajty).
słowo maszyny to strukturalna jednostka informacji komputerowej. Słowa maszynowe służą do zapisywania liczb, symboli i poleceń. W nowoczesnych komputerach długość słów maszynowych wynosi 32 ... 128 bitów. Fizycznie każda cyfra słowa maszynowego jest oddzielnym elementem pamięci (wyzwalaczem lub kondensatorem magazynującym).
Ryż. 3.2. Reprezentacja liczb całkowitych
Normalna postać liczby jest następująca:
gdzie jest m? mantysa liczby; p- zamówienie; d- baza systemy liczbowe.
Kolejność wskazuje położenie w numerze punktu, który oddziela część całkowitą liczby od części ułamkowej. W zależności od kolejności punkt porusza się (pływa) wzdłuż mantysy. Ta forma reprezentacji liczb nazywa się formą z zmiennoprzecinkowy. Ryż. 3.3 ilustruje postać liczby zmiennoprzecinkowej na przykładzie 32-bitowego słowa maszynowego.
Na przykład niech m = 0,3, d = 10, a kolejność będzie inna:
0,3 10 -1 = 0,03; 0,3 10-2 = 0,003; 0,3 10 2 = 30; 0,3 10 3 = 300.
Z powyższego przykładu widać, że ze względu na zmianę kolejności punkt porusza się (unosi) wzdłuż mantysy. W tym przypadku, jeśli kolejność jest ujemna, punkt przesuwa się wzdłuż mantysy w lewo, a jeśli jest dodatni, to w prawo.
31 | … | … |
Ryż. 3.3. Reprezentacja liczby zmiennoprzecinkowej
W tym przypadku słowo maszynowe dzieli się na dwa główne pola. W jednym polu zapisana jest mantysa liczby, w drugim - wskazana jest kolejność liczby. Zakres reprezentacji liczb zmiennoprzecinkowych jest znacznie większy niż zakres reprezentacji liczb stałoprzecinkowych. Jednak szybkość komputera podczas przetwarzania liczb zmiennoprzecinkowych jest znacznie mniejsza niż podczas przetwarzania liczb stałoprzecinkowych.
3.2 Reprezentacja poleceń w komputerze
Program komputerowy składa się z sekwencji poleceń.
Pod zespół jest rozumiany jako informacja, która zapewnia generowanie sygnałów sterujących generowanych w urządzeniu sterującym procesorem w celu wykonania określonej czynności przez maszynę.
Pole poleceń składa się z dwóch części: sala operacyjna oraz adres zamieszkania. Część operacyjna wskazuje kod operacji (COP). Kod definiuje akcję, jaką ma wykonać komputer (arytmetyka - dodawanie, odejmowanie, logiczna - odwracanie itp.).
Część adresowa instrukcji zawiera adresy operandów (liczby lub symbole) biorących udział w operacji. Pod adres zamieszkania odnosi się do numeru komórki pamięci RAM lub ROM, w której przechowywane są informacje niezbędne do wykonania polecenia.
W ten sposób komputer (a dokładniej procesor) wykonuje akcję określoną przez kod operacji na danych, których lokalizacja jest wskazana w części adresowej polecenia.
Liczba adresów określonych w poleceniu może być różna. W zależności od liczby adresów rozróżnia się następujące formaty poleceń: jedno-, dwu- i trzyadresowe. Istnieją również polecenia nieadresowane. Na ryc. 3.4 przedstawia strukturę różnych poleceń.
KOP | A1 | ||
KOP | A1 | A2 | |
KOP | A1 | A2 | A3 |
Adres operacyjny część polecenia
część zespołu
Ryż. 3.4. Struktura zespołu
Polecenie trzech adresów, który wykonuje np. operację dodawania, musi zawierać kod operacji dodawania oraz trzy adresy.
Akcje wykonywane przez to polecenie są opisane przez następującą sekwencję operacji.
1. Weź numer zapisany pod pierwszym adresem A1.
2. Weź numer zapisany pod drugim adresem A2 i dodaj go do pierwszego numeru.
3. Wpisz wynik dodawania do trzeciego adresu A3.
W przypadku polecenia dwuadresowego nie ma trzeciego adresu, a wynik można zapisać albo na drugi adres (z utratą informacji, które tam zostały zapisane), albo pozostawić w rejestrze sumatorów, w którym dokonano operacji dodawania wykonywane. Następnie, aby zwolnić rejestr sumatora, wymagane jest dodatkowe polecenie przepisania numeru pod wymaganym adresem. Organizując dodawanie dwóch liczb zapisanych pod adresami A1 i A2 z wynikiem zapisanym w A3 za pomocą polecenia unicast, wymagane są trzy polecenia.
1. Zadzwoń do sumatora (ALU) numeru zapisanego pod adresem A1.
2. Zadzwonienie na numer zapisany pod adresem A2 i dodanie go do pierwszego numeru.
3. Wpisz wynik na adres A3.
Zatem im mniej adresów zawiera instrukcja, tym większa liczba instrukcji wymaganych do utworzenia tego samego programu maszynowego.
Zwiększając liczbę adresów w poleceniu, konieczne jest zwiększenie długości słowa maszynowego w celu przydzielenia w nim niezbędnych pól dla części adresowej poleceń. Wraz ze wzrostem ilości pamięci komputera zwiększa się długość pola wymaganego do wskazania jednego adresu. Jednocześnie nie wszystkie polecenia w pełni wykorzystują pola adresowe. Na przykład polecenie zapisania numeru pod podany adres wymaga tylko jednego pola adresu. Nieuzasadnione zwiększenie długości słowa maszynowego do korzystania z poleceń multiemisji prowadzi do zmniejszenia szybkości komputera, ponieważ. większe pola muszą zostać przetworzone.
Istnieją instrukcje bezadresowe, które zawierają tylko kod operacji, a niezbędne dane są wstępnie umieszczane w określonych rejestrach procesora.
Nowoczesne komputery automatycznie wykonują kilkaset różnych poleceń. Wszystkie instrukcje maszynowe można podzielić na grupy w zależności od rodzaju wykonywanych operacji:
· operacje przesyłania danych;
działania arytmetyczne;
operacje logiczne;
Operacje dostępu do zewnętrznych urządzeń komputera;
Przeniesienie operacji kontrolnych
operacje serwisowe i wsparcia.
Projektując nowe procesory, programiści muszą rozwiązać trudne zadanie doboru długości instrukcji i określenia listy wymaganych instrukcji (systemów instrukcji). Sprzeczne wymagania dotyczące konfiguracji instrukcji doprowadziły do powstania procesorów o różnych formatach instrukcji (architektury CISC i RISC).
3.3 Tabela kodów
tabela kodów- Jest to wewnętrzna (zakodowana) reprezentacja w maszynie liter, cyfr, symboli i sygnałów sterujących. Tak więc łacińska litera A w tabeli kodów jest reprezentowana przez liczbę dziesiętną 65D (wewnątrz komputera ta liczba będzie reprezentowana przez liczbę binarną 01000001B), łacińska litera C przez liczbę 67D, łacińska litera M przez 77D itd. . Tak więc słowo „SAMARA”, napisane wielkimi łacińskimi literami, będzie krążyć wewnątrz komputera w postaci cyfr:
67D-65D-77D-65D-80D-65D.
Mówiąc dokładniej, wewnątrz komputera to słowo jest przechowywane i używane w postaci liczb binarnych:
0000011В-01000001В-01001101В-01000001В-0101000В-01000001В
Cyfry (na przykład 1 - 49D, 2 - 59D) i symbole (na przykład ! - 33D, + - 43D) są kodowane podobnie.
Wraz ze znakami alfanumerycznymi w tabeli kodów zakodowane są sygnały sterujące. Na przykład kod 13D powoduje powrót głowicy drukującej do początku aktualna linia, a kod 10D przesuwa papier załadowany do drukarki o jeden wiersz do przodu.
Tablica kodów może być reprezentowana nie tylko za pomocą dziesiętnego SS, ale także za pomocą szesnastkowego SS. Zauważamy jeszcze raz, że wewnątrz komputera krążące sygnały są prezentowane w systemie liczb binarnych, aw tabeli kodów dla większej łatwości odczytu przez użytkownika - w postaci dziesiętnej lub szesnastkowej SS.
Każda litera, cyfra, znak interpunkcyjny lub sygnał sterujący jest zakodowany jako ośmiobitowa liczba binarna. Za pomocą liczby ośmiobitowej (liczba jednobajtowa) można reprezentować (kodować) 256 dowolnych znaków - liter, cyfr i dowolnych obrazów graficznych.
Tabela kodów ASCII (American Standard Code for Information Interchange) została przyjęta jako standard na całym świecie. Tabela ASCII reguluje (ściśle definiuje) dokładnie połowę możliwych znaków (litery łacińskie, cyfry arabskie, znaki interpunkcyjne, sygnały sterujące). Do ich kodowania wykorzystywane są kody od 0D do 127D.
Druga połowa tabeli kodów ASCII (z kodami od 128 do 255) nie jest zdefiniowana przez normę amerykańską i jest zaprojektowana tak, aby pomieścić znaki alfabetów narodowych innych krajów (w szczególności cyrylica - litery rosyjskie), znaki pseudograficzne i niektóre znaki matematyczne. W różnych krajów, na różnych modelach komputerów, w różnych systemach operacyjnych, można używać różnych wersji drugiej połowy tabeli kodów (nazywane są rozszerzeniami ASCII). Na przykład tabela używana w systemie operacyjnym MS-DOS nosi nazwę CP-866. Używając tej tabeli do zakodowania słowa „SAMARA”, pisanego rosyjskimi literami, otrzymujemy następujące kody:
145D-128D-140D-128D-144D-128D.
Podczas pracy na sali operacyjnej System Windows stosowana jest tabela kodów CP-1251, w której kodowanie liter łacińskich pokrywa się z kodowaniem tabel CP-866 i ASCII, a druga połowa tabeli ma swój własny układ (kodowanie) znaków. Dlatego słowo „SAMARA”, napisane dużymi rosyjskimi literami, będzie miało inną reprezentację wewnątrz komputera:
209D-192D-204D-192D-208D-192D.
W ten sposób pozornie identyczne słowo (na przykład „SAMARA”) w komputerze może być reprezentowane w inny sposób. Oczywiście powoduje to pewne niedogodności. Podczas pracy w Internecie tekst narodowy czasami staje się nieczytelny. Najbardziej prawdopodobnym powodem w tym przypadku jest niezgodność kodowania drugiej połowy tabel kodów.
Powszechną wadą wszystkich jednobajtowych tabel kodów (używają one ośmiobitowych liczb binarnych do kodowania) jest brak jakichkolwiek informacji w kodzie znaków, które informują maszynę, która tabela kodów jest używana w tym przypadku.
Wspólnota firm Unicode jako standard zaproponowano inny system kodowania znaków. W tym systemie dwa bajty (16 bitów) są używane do reprezentowania (kodowania) jednego znaku, co pozwala zawrzeć w kodzie znaku informację o tym, do jakiego języka należy znak i jak ma być odtwarzany na ekranie monitora lub na drukarka. Dwa bajty kodują 65 536 znaków. To prawda, że ilość informacji zajmowanych przez ten sam tekst podwoi się. Ale teksty zawsze będą „czytelne” niezależnie od używanego języka narodowego i system operacyjny.
3.4 Organizacja przechowywania danych na dyskach magnetycznych
3.4.1. Dyski
Dyski– urządzenia do Stałe składowanie Informacja. Każdy komputer ma dysk twardy przeznaczony do odczytu i zapisu na niewymiennym twardym dysku magnetycznym (dysku twardym) oraz napęd (lub napęd) dyskietek. dyski magnetyczne Służy do odczytu i zapisu na dyskietkach (dyskietkach). Ponadto mogą istnieć napędy do pracy z płytami CD, dyskami magneto-optycznymi itp.
Dowolny dysk twardy lub dysk magnetooptyczny można podzielić na kilka części, które dla użytkownika będą wyglądały na ekranie w taki sam sposób, jak fizycznie istniejące dyski. Te części nazywają się dyski logiczne. Każdy dysk logiczny ma nazwę (literę), pod którą można uzyskać do niego dostęp. Tak więc dysk logiczny jest częścią zwykłego dysku twardego, który ma własną nazwę. Na przykład dysk twardy o pojemności 3 GB można podzielić na dwa dyski logiczne: dysk C: 2 GB i dysk D: 1 GB.
Dysk, na którym przechowywany jest system operacyjny, nazywa się systemowy(lub bootowalny) dysk. Dysk twardy C: jest najczęściej używany jako dysk rozruchowy.
W systemach operacyjnych DOS i Windows każdemu dyskowi można dodatkowo nadać nazwy (etykiety) odzwierciedlające jego zawartość, np.: System, Grafika, Teksty, Dystrybucje itp.
3.4.2. Akta
Informacje o dyskach ( dyski twarde, dyskietki, dyski magneto-optyczne, płyty CD itp.) są przechowywane w plikach.
Plik to zestaw powiązanych ze sobą danych postrzeganych przez komputer jako pojedyncza jednostka, o wspólnej nazwie, znajdujących się na dysku lub innym nośniku pamięci. Pliki mogą przechowywać teksty programów, dokumenty, gotowe do uruchomienia programy, rysunki itp.
Aby system operacyjny i inne programy miały dostęp do plików, pliki muszą być oznaczone etykietami. Ta notacja nazywa się Nazwa pliku. Nazwa pliku zwykle składa się z dwóch części- samą nazwę (w DOS od 1 do 8 znaków, w Windows od 1 do 254 znaków) oraz rozszerzenie do 3 znaków. Nazwa i rozszerzenie są oddzielone od siebie kropką. Często nazwa i rozszerzenie razem są również określane jako nazwa. Przykłady nazw plików:
vova.doc tetris.exe doc.arjconfig.sys
Nazwa i rozszerzenie mogą składać się z wielkich i małych liter łacińskich (możliwe są również litery rosyjskie), cyfr i symboli, z wyjątkiem znaków kontrolnych i symboli \ / : * ?< >; , + = . Rosyjskich liter w nazwach plików należy używać z ostrożnością — niektóre programy nie „rozumieją” nazw z rosyjskimi literami. Nazwy plików mogą zawierać znaki „-” (łącznik), „_” (podkreślenie), „$” (dolar), „#” (krzyżyk), „&” (ampersand, typograficzne „i” w krajach języka angielskiego), „@” („pies”), „!”, „%”, nawiasy kwadratowe, cudzysłowy, „ ^ ” („pokrywka”), „ ’ ” (apostrof), „~” (tylda lub fala).
Rozszerzenie nazwy pliku jest opcjonalne. Zwykle opisuje zawartość pliku, więc korzystanie z rozszerzenia jest dość wygodne. Wiele programów ustawia określone rozszerzenie nazwy pliku i można na jego podstawie stwierdzić, który program utworzył plik. Ponadto wiele programów (na przykład programy powłoki) umożliwia wywołanie odpowiedniego programu przez rozszerzenie nazwy pliku i natychmiastowe załadowanie do niego danego pliku. Przykłady typowych rozszerzeń:
com, exe - pliki wykonywalne (programy gotowe do uruchomienia); jeśli wybierzesz plik z tym rozszerzeniem i naciśniesz klawisz Enter, program natychmiast zacznie działać;
bat - pliki poleceń (wsadowe);
txt, doc, wp, wri - pliki tekstowe (dokumenty). Rozszerzenie doc jest nadawane swoim dokumentom przez MS Word, wp - WordPerfect, wri - MS Write. Pliki z rozszerzeniem txt zwykle zawierają tekst bez dekoracji (tylko tekst, tylko tekst);
piec- Ostatnia wersja tekst ( kopia zapasowa);
tif, pcx, bmp, pic, gif, jpg, cdr - pliki graficzne w różnych formatach;
arj, zip, lzh, rar - specjalnie skompresowane (archiwizowane) pliki;
hlp - pliki pomocy, podpowiedzi do różnych programów;
drv, ega, vga, sys, dll i wiele innych to programy narzędziowe i sterowniki, dzięki którym komputer uczy się pracować z różnymi monitorami, klawiaturami, drukarkami, myszami i używać języka rosyjskiego. Programy te nie działają jako pliki wykonywalne;
ttf, fon, fnt, sfp, stl, xfr - czcionki dla różne programy;
bas, c, pas, asm - zawierają tekst programów w języku BASIC, C, Pascal, Assembler.
Mogą istnieć pliki z innymi rozszerzeniami.
Najważniejsza cecha plik - jego Rozmiar. Jest mierzony w bajtach, kilobajtach, megabajtach.
3.4.3. Lornetka składana
Nazwy plików są rejestrowane na dysku w katalogach (lub katalogach). W systemie Windows katalogi nazywane są folderami.
Lornetka składana to specjalne miejsce na dysku, które przechowuje nazwy plików, informacje o rozmiarze plików, czasie ich ostatniej aktualizacji, atrybutach (właściwościach) plików itp. Jeśli nazwa pliku jest przechowywana w folderze, mówi się, że plik znajduje się w tym folderze. Każdy dysk może mieć wiele folderów.
Każdy folder ma nazwę. Wymagania dotyczące nazw folderów są takie same, jak w przypadku nazw plików. Z reguły rozszerzenie nazwy dla folderów nie jest używane, chociaż nie jest to zabronione.
Pełna nazwa pliku ma następującą postać (nawiasy [ i ] oznaczają elementy opcjonalne):
[dysk:] [ścieżka \] nazwa pliku
Ścieżka to sekwencja nazw folderów (katalogów) lub znaków „..” oddzielonych znakiem „\”. Ścieżka określa trasę z bieżącego lub głównego folderu dysku do folderu, w którym znajduje się plik. Jeśli ścieżka zaczyna się od znaku „\”, trasa jest obliczana z folderu głównego dysku, w przeciwnym razie z bieżącego folderu. Każda nazwa folderu w ścieżce odpowiada wpisowi folderu o tej nazwie, symbol „..” odpowiada wpisowi folderu o jeden poziom wyżej. Na przykład:
A:\text1.txt - plik text1.txt znajduje się w folderze głównym dysku A: ;
C:\WORKS\PASCAL\prog1.pas — Plik prog1.pas znajduje się w folderze PASCAL, który z kolei znajduje się w folderze WORKS znajdującym się w folderze głównym dysku C:.
3.4.4. Struktura pliku na dysku
Aby informacje zostały zapisane na nowym dysku magnetycznym, musi być on wstępnie sformatowany. Formatowanie- jest to przygotowanie dysku do zapisu informacji.
Podczas formatowania dysk jest zapisywany informacje serwisowe(wykonywany jest znacznik), który jest następnie używany do zapisywania i odczytywania informacji. Znakowanie odbywa się za pomocą pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez głowicę nagrywającą napędu.
Informacje są rejestrowane przez utwory, a każdy utwór jest podzielony na sektory na przykład po 1024 bajty (rys. 3.5). Dyskietka 3,5 cala o pojemności 1,44 MB zawiera 80 ścieżek i 18 sektorów.
Ryż. 3.6. Cylinder Winchester
Rysunek przedstawia dwa cylindry (pierwszy i drugi), utworzone przez równoodległe ścieżki na trzech dyskach twardych. Gdy dysk twardy działa, kilka głowic jednocześnie odczytuje informacje z torów jednego cylindra.
Aby uzyskać dostęp do danych w pliku, musisz znać adres pierwszego sektora tych, które przechowują dane pliku. Adres sektora jest określony przez trzy współrzędne: numer toru (cylindra), numer powierzchni i numer sektora.
System operacyjny (OS) dba o przechowywanie tych informacji dla każdego pliku. Aby zaimplementować dostęp do pliku systemu operacyjnego, używany jest katalog główny, tabela alokacji plików FAT (tabela alokacji plików) i sektor rozruchowy dysku. Te elementy tworzą obszar systemu dyskowego(lub dyskietek) i są tworzone podczas inicjalizacji dysku (formatowania).
Sektor rozruchowy, tabela alokacji plików, katalog główny i pozostałe wolne miejsce na dysku, zwane obszarem danych, to elementy struktura plików na dysku.
Dysk twardy można podzielić na kilka sekcji. Dlatego w początkowym ciężko dysk zawiera informacje o liczbie partycji, ich lokalizacji i rozmiarze. Sekcje trudne dyski są dalej traktowane jako dyski autonomiczne, z których każdy jest oddzielnie inicjowany, ma własne oznaczenie literowe (C:, D:, E:, F: itd.) oraz własne elementy struktury plików.
sektor rozruchowy(zapis rozruchowy) to wizytówka płyty, która zawiera dane niezbędne do pracy z płytą. Znajduje się na każdym dysku w sektorze logicznym numer 0. Do sektora rozruchowego zapisywane są następujące cechy:
identyfikator systemu, jeśli dysk zawiera system operacyjny;
rozmiar sektora dysku w bajtach;
liczba sektorów w klastrze;
liczba pozycji w katalogu;
liczba sektorów na dysku itp.
Jeśli dysk jest przygotowany jako dysk systemowy (startowy), sektor rozruchowy zawiera program rozruchowy systemu operacyjnego. W przeciwnym razie zawiera program, który podczas próby uruchomienia systemu operacyjnego z tego dysku wyświetla komunikat informujący, że ten dysk nie jest dyskiem systemowym.
Po sektorze rozruchowym na dysku następuje tabela alokacji plików.
Tabela alokacji plików(Tabela alokacji plików - w skrócie FAT) zawiera opis kolejności lokalizacji wszystkich plików w sektorach ten dysk, a także informacje o uszkodzonych obszarach dysku. Po tabeli FAT następuje jej dokładna kopia, co zwiększa niezawodność zapisu tej bardzo ważnej tabeli.
Gdy użytkownicy pracują na komputerze, zmienia się zawartość dysku: dodawane są nowe pliki, usuwane niepotrzebne, niektóre pliki rozszerzają się lub kurczą itp.
Wykonywanie tych operacji wymaga specjalnego mechanizmu przydzielania przestrzeni dyskowej między plikami i zapewniania do nich dostępu. Ten mechanizm jest zaimplementowany przy użyciu tabeli alokacji plików.
Podczas wykonywania operacji odczytu i zapisu danych wymiana informacji między dyskiem a pamięcią komputera odbywa się blokami. Minimalny rozmiar bloku to sektor. Aby zmniejszyć liczbę dostępów do dysku w jednym dostępie, informacje mogą być zapisywane lub odczytywane z kilku kolejnych sektorów, tworząc rodzaj superbloku zwanego grupa. W ten sposób, grupa- kilka kolejnych sektorów, które są odczytywane lub zapisywane do pliku w jednym dostępie do niego. Rozmiar klastra może być inny.
Plikowi zapisanemu na dysku przydzielana jest całkowita liczba klastrów, a przydzielone klastry mogą znajdować się w różnych miejscach na dysku. w odróżnieniu pliki ciągłe znajdujące się w tym samym obszarze pamięci, nazywane są pliki zajmujące kilka obszarów na dysku fragmentowane. Celem FAT jest przechowywanie informacji o lokalizacji na dysku fragmentów plików.
Mechanizm dostępu do plików za pomocą FAT jest zaimplementowany w następujący sposób. Obszar danych dysku jest postrzegany jako sekwencja ponumerowanych klastrów. Do każdego klastra przypisany jest wpis FAT o tym samym numerze. Na przykład wpis 2FAT odpowiada klastrowi 2 obszaru danych dysku, wpis 3FAT klastro 3 i tak dalej. Katalog, który zawiera informacje o plikach na dysku, zawiera numer pierwszego klastra zajmowanego przez plik dla każdego pliku. Ten numer nazywa się punktem wejścia FAT. System po odczytaniu numeru pierwszego klastra plików w katalogu uzyskuje dostęp do tego klastra, np. zapisuje do niego dane. W systemie FAT pierwszy klaster plików zawiera numer drugiego klastra plików lub znak końca pliku i tak dalej. Przykład mechanizmu dostępu do plików z wykorzystaniem FAT przedstawiono w tabeli. 3.1.
Tabela 3.1
Mechanizm dostępu do plików za pomocą FAT
Zaloguj się do FAT | Numer elementu FAT | Znaczenie elementów FAT |
Inżynieria komputerowa- zestaw urządzeń przeznaczonych do automatycznego lub automatycznego przetwarzania danych na informacje.
System obliczeniowy to specyficzny zestaw połączonych ze sobą urządzeń. Centralnym urządzeniem większości systemów obliczeniowych jest komputer elektroniczny (komputer) lub komputer.
Komputer- urządzenie składające się z elementów elektronicznych i elektromechanicznych, wykonujące operacje wprowadzania, przechowywania i przetwarzania danych zgodnie z określonym programem w celu uzyskania informacji, których wyprowadzanie odbywa się w formie odpowiedniej do percepcji człowieka.
Architektura komputerowa. W architekturze komputera należy zrozumieć zestaw cech, których potrzebuje użytkownik. Są to przede wszystkim główne urządzenia i bloki komputerowe, a także struktura połączeń między nimi oraz sterowanie programem.
Ogólne zasady budowy komputerów, które odnoszą się do architektury:
- struktura pamięci komputera;
- sposoby dostępu do pamięci i urządzeń zewnętrznych”;
- możliwość zmiany konfiguracji;
- system dowodzenia;
- formaty danych;
- organizacja interfejsu.
Na tej podstawie można stwierdzić, że Architektura- są to najbardziej ogólne zasady budowy komputera realizującego programową kontrolę działania i współdziałania jego głównych jednostek funkcjonalnych.
Klasyczne zasady budowania architektury komputerowej zostały zaproponowane w pracy J. von Neumanna. G. Goldsteig i A. Burks w 1946 i są znane jako „zasady von Neumanna”. Zasady te deklarują następujące postanowienia architektury:
- Korzystanie z binarnego systemu reprezentacji danych. Zalety systemu binarnego do realizacji technicznej dały wygodę i łatwość wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych. Komputery zaczęły przetwarzać nienumeryczne typy informacji - tekstowe, graficzne, dźwiękowe i inne. Binarne kodowanie danych jest nadal podstawą informacyjną każdego nowoczesnego komputera.
- Zasada programu przechowywanego. Neumann jako pierwszy domyślił się, że program może być również przechowywany w postaci zer i jedynek oraz w tej samej pamięci, co przetwarzane przez niego liczby. Brak zasadniczej różnicy między programem a danymi umożliwił samemu komputerowi utworzenie dla siebie programu zgodnie z wynikami obliczeń. Von Neumann nie tylko przedstawił podstawowe zasady urządzenia logicznego komputera, ale także zaproponował jego strukturę, która została odtworzona w pierwszych dwóch generacjach komputera.
- Zasada sekwencyjnego wykonywania operacji. Strukturalnie pamięć składa się z ponumerowanych komórek. Każda komórka jest dostępna dla procesora w dowolnym momencie. Stąd wynika możliwość nazywania obszarów pamięci w ten sposób. tak, aby zapisane w nich wartości można było później uzyskać dostęp lub zmienić podczas wykonywania programu przy użyciu przypisanych nazw.
- Zasada losowego dostępu do komórek RAM. Programy i dane są przechowywane w tej samej pamięci. Dlatego komputer nie rozróżnia, co jest przechowywane w danej komórce pamięci – liczby, tekstu czy polecenia. Na poleceniach można wykonywać te same czynności, co na danych.
Rys 3. Urządzenie sterujące (CU). Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU). Pamięć (pamięć) przechowuje informacje (dane) i programy, w tym pamięć o dostępie swobodnym (RAM) i zewnętrzne urządzenia pamięci masowej (VSD).
Nowoczesna architektura komputerowa. Rzeczywista struktura komputera jest znacznie bardziej skomplikowana niż schemat omówiony powyżej (rys. 3). We współczesnych komputerach, w szczególności mikrokomputerach (osobistych), coraz częściej następuje odejście od tradycyjnej architektury von Neumanna, ze względu na dążenie programistów i użytkowników do poprawy jakości i wydajności komputerów (rys. 4).
Jakość komputerów charakteryzuje się wieloma wskaźnikami. Jest to zestaw poleceń, które komputer jest w stanie zrozumieć i wykonać, szybkość pracy (prędkość) procesor, liczbę urządzeń peryferyjnych podłączonych do komputera w tym samym czasie i wiele więcej. Jednocześnie głównym wskaźnikiem charakteryzującym komputer (komputer) jest jego szybkość.
Wydajność to liczba operacji, które procesor może wykonać w jednostce czasu. W praktyce użytkownik jest bardziej zainteresowany wydajność komputera- wskaźnik jego efektywnej szybkości, czyli zdolności nie tylko do szybkiego działania, ale także szybkiego rozwiązywania określonych zadań.
W rezultacie wszystkie te i inne czynniki przyczyniają się do fundamentalnej i konstruktywnej poprawy bazy elementów komputerów, czyli tworzenia nowych, szybszych, bardziej niezawodnych i wygodniejszych procesorów, urządzeń pamięci masowej, urządzeń wejścia-wyjścia itp. Należy jednak wziąć pod uwagę, że prędkości elementów nie można zwiększać w nieskończoność (istnieją współczesne ograniczenia technologiczne i ograniczenia wynikające z praw fizycznych). Dlatego twórcy technologii komputerowych szukają rozwiązań tego problemu poprzez ulepszenie architektury komputera.
Tak pojawiły się komputery o architekturze wieloprocesorowej (lub wieloprocesorowej), w której kilka procesorów pracuje jednocześnie, co oznacza, że wydajność takiego komputera jest równa sumie wydajności procesorów.
W potężnych komputerach przeznaczonych do złożonych obliczeń inżynierskich i systemów projektowanie wspomagane komputerowo,(CAD), często instalują dwa lub cztery procesory. W superpotężnych komputerach (takie maszyny potrafią np. symulować reakcje jądrowe w czasie rzeczywistym, przewidywać pogodę w skali globalnej, symulować pełnowymiarowe sceny do kina i animacji) liczba procesorów sięga kilkudziesięciu.
Ryż. 4. Ogólna budowa współczesnego mikrokomputera
Wszystkie główne bloki architektoniczne składają się z oddzielnych mniejszych urządzeń, które wykonują dobrze zdefiniowane funkcje.
W szczególności jednostka centralna zawiera jednostkę arytmetyczno-logiczną ( ALU). pamięć wewnętrzna w postaci rejestrów procesora i wewnętrznej pamięci podręcznej, urządzenie sterujące ( uu).
Urządzenie wejściowe z reguły również nie jest jedną jednostką strukturalną. Ponieważ rodzaje informacji wejściowych są zróżnicowane, może istnieć kilka źródeł danych wejściowych. To samo dotyczy urządzeń wyjściowych.
procesor jest centralną jednostką obliczeniową w każdym typie komputera. Wykonuje obliczenia na programie przechowywanym w pamięci RAM i zapewnia ogólną kontrolę nad komputerem.
Procesor zawiera co najmniej:
- Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU), przeznaczony do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych;
- Urządzenie sterujące (CU), przeznaczony do wykonywania ogólnej kontroli procesu obliczeniowego zgodnie z programem i koordynacji wszystkich urządzeń komputerowych. Jednostka sterująca w określonej kolejności wybiera polecenie po poleceniu z pamięci RAM. Następnie: każde polecenie jest dekodowane, w razie potrzeby elementy danych z komórek RAM określonych w poleceniu są przesyłane do jednostki ALU. Jednostka ALU jest skonfigurowana do wykonywania akcji określonej przez bieżące polecenie (urządzenia I/O mogą również brać udział w tej akcji); wydane jest polecenie, aby wykonać tę akcję. Ten proces będzie trwał do tego czasu. do momentu wystąpienia jednej z następujących sytuacji: wyczerpanie danych wejściowych, odebranie polecenia zatrzymania pracy z jednego z urządzeń, wyłączenie zasilania komputera.
urządzenie magazynujące (pamięć)- jest to jednostka architektoniczna komputera przeznaczona do tymczasowego (RAM) i długotrwałego (pamięć stała) przechowywania programów, danych wejściowych i wynikowych oraz wyników pośrednich na zewnętrznych urządzeniach pamięci (VZU).
Pamięć o dostępie swobodnym (RAM)- służy do odbierania, przechowywania i wydawania informacji. Zawiera programy i dane dostępne do wykorzystania przez mikroprocesor, a także pośrednie i końcowe wyniki obliczeń. Proces wykonywania programu sprowadza się do zamiany początkowego stanu pamięci na końcowy (końcowy). Pamięć RAM jest urządzeniem ulotnym, co oznacza, że informacje są tracone po wyłączeniu zasilania. Szybkość komputera zależy w znacznym stopniu od szybkości pamięci RAM. Dlatego stale poszukuje się elementów pamięci RAM, spędzając mniej czasu na operacjach odczytu i zapisu. Problem rozwiązuje budowanie pamięci wielopoziomowej.
RAM składa się z dwóch lub trzech części: główna część o większej pojemności zbudowana jest na stosunkowo wolnych (tańszych) elementach, a dodatkowa (tzw. pamięć podręczna) składa się z elementów o dużej szybkości. Dane najczęściej używane przez procesor znajdują się w pamięci podręcznej, podczas gdy większość informacji operacyjnych jest przechowywana w pamięci głównej.
Pamięć tylko do odczytu (ROM). Nieulotne urządzenie przeznaczone do długoterminowego przechowywania informacji serwisowych i pierwotnych. Przedstawione w postaci mikroukładów umieszczonych na płycie głównej (płycie systemowej).
Zewnętrznyurządzenie magazynujące (VZU). Nieulotne urządzenia zapewniające niezawodne przechowywanie i wydawanie informacji. Przechowują często używane programy i dane (patrz urządzenia pamięci masowej). Jednak szybkość wymiany danych między pamięcią stałą a procesorem centralnym w zdecydowanej większości przypadków jest znacznie mniejsza niż w przypadku pamięci RAM.
Urządzenia wejściowe (IUV) i wyjściowe (UV) należą do kategorii urządzeń peryferyjnych. Wcześniej działaniem urządzeń I/O sterował centralny procesor, co zajmowało dużo czasu. Architektura nowoczesnych komputerów zapewnia obecność kanałów bezpośredniego dostępu do pamięci RAM w celu wymiany danych z urządzeniami we/wy bez udziału procesora centralnego, a także przeniesienie większości funkcji kontrolnych urządzeń peryferyjnych na wyspecjalizowane procesory, odciążenie procesora centralnego i zwiększenie jego wydajności.
System przerwań. przerwanie Sytuacja nazywana jest sytuacją, która wymaga pewnego działania ze strony mikroprocesora, gdy wystąpi określone zdarzenie. System przerwań jest rozumiany jako kompleks oprogramowania i sprzętu, który zapewnia wykonywanie i przetwarzanie przerwań.
Procesor musi szybko reagować na różne zdarzenia zachodzące w komputerze w wyniku działań operatora lub bez jego wiedzy. Przykładami tego rodzaju są naciśnięcia klawiszy na klawiaturze, próba dzielenia przez zero (podczas wykonywania programu), awaria zasilania (inne awarie sprzętu), zaplanowane wywołania jądra systemu operacyjnego i inne. Niezbędną reakcję na przerwania zapewnia system przerwań.
Obsługa przerwań sprowadza się do wstrzymania wykonania bieżącej sekwencji poleceń, zamiast której zaczyna być interpretowana inna sekwencja, odpowiadająca ten typ przerywa i jest nazywany obsługą przerwań. Po jego wykonaniu wykonywanie programu może być kontynuowane, jeśli jest to możliwe lub właściwe, w zależności od typu przerwania.
System portów we/wy zapewnia bezpośrednie podłączenie adaptera urządzenia peryferyjnego do magistrali systemowej, czyli w rzeczywistości jest punktem takiego podłączenia urządzenia peryferyjnego do systemu komputerowego. Każdy port I/O ma swój własny adres, a do urządzenia peryferyjnego można przypisać wiele portów I/O. Zestaw portów wejścia-wyjścia tworzą system portów wejścia-wyjścia. W uproszczeniu port I/O można uznać za rejestr, w którym zapisywane są informacje w celu przesłania ich do urządzenia peryferyjnego lub z którego odczytywane są informacje otrzymane z urządzenia peryferyjnego.
Z punktu widzenia użytkownika, Port- jest to interfejs (złącze) do podłączenia urządzenia (klawiatury, myszy, wyświetlacza, drukarki, słuchawek itp.) do komputera. Zwykle porty We/Wy znajdują się na tylnym panelu obudowy modułu systemowego, niektóre z nich mogą być również umieszczone na panelu przednim.
Adapter, kontroler. Pojęcie „adaptera urządzeń peryferyjnych” można uznać za synonim terminu „kontroler”, ale ten ostatni jest częściej używany w przypadku urządzeń realizujących bardziej złożone funkcje sterowania urządzeniami peryferyjnymi (rys. 5).
Ryż. 5. Kontroler wideo. Steruje wyświetlaniem obrazu
Zaawansowane kontrolery peryferyjne obejmują wyspecjalizowane mikroprocesory i pamięć. To samo dotyczy urządzeń peryferyjnych o złożonych algorytmach działania, które wymagają wyrafinowanych jednostek sterujących. Z punktu widzenia użytkownika (adapter lub kontroler) to płytka z kompletem chipów i portów I/O, jej zadaniem jest sterowanie podłączonym do niej urządzeniem. Może to być wyświetlacz, drukarka, urządzenia audio itp.
adapter interfejsu- jest to sposób na połączenie centralnej części komputera z urządzeniami peryferyjnymi, w którym wszystkie parametry fizyczne i logiczne odpowiadają zadanym parametrom (pewnemu protokołowi) i są szeroko stosowane w innych urządzeniach.
Ryż. 6. Adapter interfejsu
Nowoczesna architektura systemu komputerowego. Zachowując zasady budowania architektury komputerowej według Neumanna, nowoczesna architektura została wzbogacona o dodatkowe zasady, a dziś architekturę komputerową wyznaczają następujące zasady:
- Zasada kontroli programu. Zapewnia automatyzację procesu obliczeniowego na komputerze Zgodnie z tą zasadą do rozwiązania każdego problemu tworzony jest program, który określa kolejność działań komputera. Skuteczność sterowania programem będzie wyższa, gdy problem będzie rozwiązywany wielokrotnie przez ten sam program (choć z różnymi danymi początkowymi).
- Zasada działania programu przechowywanego w pamięci. Zgodnie z tą zasadą polecenia programu są podawane, podobnie jak dane, w postaci liczb i są przetwarzane w taki sam sposób jak liczby, a sam program jest ładowany do pamięci RAM przed wykonaniem, co przyspiesza proces jego wykonywania.
- Zasada losowego dostępu do pamięci. Zgodnie z tą zasadą elementy programów i danych mogą być zapisywane w dowolnej lokalizacji w pamięci RAM, co pozwala na dostęp do dowolnego adresu (do określonej lokalizacji pamięci) bez patrzenia na poprzednie.
- Zasada rozdzielenia funkcji. Procesor kontroluje wszystkie operacje na najwyższy poziom, a swoista jego interpretacja komendy ogólne dla poszczególnych urządzeń realizowane są specjalne urządzenia sterujące - kontrolery. Procesor może przetwarzać informacje tylko wtedy, gdy zostały już poddane przetwarzaniu pierwotnemu. Funkcję tę przejmują kontrolery urządzeń wejściowych. Sprowadzają dane wejściowe do jednego standardu. Następnie dane są przesyłane do pamięci RAM, gdzie są uporządkowane w komórki i zaopatrzone w łącza (adresy) niezbędne do ich wykorzystania. Wyprowadzanie informacji odbywa się również za pośrednictwem urządzeń sterujących danymi wyjściowymi, które ponownie wytwarzają przeformatowane dane w żądanym standardzie. W zasadzie wszystkie urządzenia komputerowe posiadają własne sterowniki (napędy, monitor, drukarka, ploter, streamer itp.) Na tej podstawie można sformułować jedną z ważnych zasad działania komputera.
Podsystemy funkcjonalne. W trakcie swojej pracy komputer wykonuje:
- Wprowadzanie informacji z zewnątrz;
- Składowanie tymczasowe;
- konwersja;
- Wniosek w formie dostępnej do percepcji przez jej osobę.
Proces pozyskiwania danych przez komputer nazywany jest w skrócie „ Wejście” i wydanie go użytkownikowi - "wniosek". Procesy te są tak ważne, że do ich realizacji zaproponowano wiele różnych urządzeń. Ponadto nie wolno nam zapominać, że „wejście” i „wyjście” to dwie strony jednego procesu wymiany informacji, a bez jednej z nich nie ma drugiej. Dlatego, gdy mówią nie o transformacji danych, ale o ich przeniesieniu do komputera w celu obliczeń i uzyskania ostatecznych wyników, używa się terminu „wejście-wyjście”.
Podczas procesu wejściowego dane są konwertowane do formatu, który może być postrzegany przez komputer, a podczas wyjścia do postaci znanej ludziom.
W każdym z wymienionych etapów procesu realizowany jest odrębny podsystem funkcjonalny:
- podsystem wprowadzania danych;
- podsystem przechowywania danych;
- podsystem konwersji danych;
- podsystem wyprowadzania informacji.
Wszystkie podsystemy są połączone kanałami wymiany pogrupowanymi w przepływy. Oprócz danych i poleceń przenoszą one sygnały timera i dostarczają napięcie do wszystkich bloków komputerowych. Strumienie te mają konstruktywny wyraz w postaci przewodów i złączy, które mają nazwę magistrali (patrz niżej).
Podsystem urządzeń wejściowych. Wprowadzanie informacji do komputera odbywa się za pomocą wyspecjalizowanych urządzeń, zarówno standardowych (patrz niżej), jak i niestandardowych (opcjonalnie).
Wprowadzanie informacji do Komputer osobisty realizowany w trzech etapach:
- postrzeganie informacji z zewnątrz;
- doprowadzenie danych do określonego formatu zrozumiałego dla komputera;
- transfer danych do magistrali komputerowej;
Podsystem urządzeń wyjściowych. Podsystem wyprowadzania informacji umożliwia użytkownikowi komputera uzyskanie wyników pracy w znanej mu formie. również urządzenia wyjściowe. podobnie jak urządzenia wejściowe, mogą być standardowe (patrz poniżej) i niestandardowe (opcjonalnie).
Wyprowadzanie informacji również odbywa się w trzech etapach, a ich kolejność jest odwrotna niż w procesie wprowadzania:
- odbiór informacji przesyłanych kanałami autobusowymi;
- doprowadzenie informacji do formatu charakterystycznego dla urządzenia wyjściowego;
- wydawanie wyników pracy. urządzenia zewnętrzne.
Podsystem konwersji. Przekształcenie danych w informacje w komputerze jest realizowane przez procesor. Procesor zawiera co najmniej urządzenie sterujące ( uu) i jednostka arytmetyczno-logiczna ( ALU). Urządzenie sterujące jest zasadniczo „masterem” komputera i wykonuje następujące funkcje:
- ustala kolejność zadań wykonywanych przez system;
- generuje sygnały sterujące dla dystrybucji operacji i przepływów danych zarówno wewnątrz jednostki arytmetyczno-logicznej, jak i poza nią;
- zarządza przesyłaniem informacji na szynie adresowej i szynie danych;
- odbiera i przetwarza sygnały serwisowe podążające za magistralą sterowania systemem.
Podsystem przechowywania. Aby efektywnie pracować z danymi, procesor musi mieć do nich szybki i swobodny dostęp. Funkcje pamięci pośredniej realizuje podsystem przechowywania informacji. Po wejściu do komputera z podsystemu wejściowego informacje zredukowane do pewnego standardu wewnętrznego znajdują się w komórkach pamięci RAM, po czym w razie potrzeby. przetwarzane przez procesor.
Pamięć komputera osobistego jest zaimplementowana na elementach elektronicznych i, jak wspomniano powyżej, jest ulotna. Ten sposób przechowywania informacji jest bardzo wrażliwy. Pod koniec sesji zawartość pamięci RAM jest zapisywana na dysku. Teraz nagła przerwa w zasilaniu nie jest groźna dla danych, ponieważ informacje zapisane na dysku przywrócą wszystko w pamięci. co było wcześniej.
Stworzono wiele bardziej niezawodnych urządzeń do długotrwałego i niezawodnego przechowywania danych; napędy magnetyczne i magnetooptyczne, napędy taśm magnetycznych i inne.
Do zewnętrznych urządzeń pamięci masowej ( VZU) ma dwie główne zalety w stosunku do pamięci RAM:
- przechowywanie informacji nie wymaga dostarczania energii;
- ilość informacji może być bardzo duża.
Na podstawie tych zasad można argumentować, że nowoczesny komputer- jest to urządzenie techniczne, które po wprowadzeniu do pamięci danych początkowych w postaci kodów cyfrowych oraz programu do ich przetwarzania, również wyrażonych w kodach cyfrowych, jest w stanie automatycznie przeprowadzić określony przez program proces obliczeniowy oraz wydaje gotowe wyniki rozwiązania problemu w formie odpowiedniej do percepcji człowieka.
Metody klasyfikacje komputerowe. Zakres typów komputerów jest dziś ogromny: maszyny różnią się przeznaczeniem, mocą, rozmiarem, podstawą elementów itp. Dlatego komputery są klasyfikowane według różnych kryteriów. Należy zauważyć, że każda klasyfikacja jest do pewnego stopnia warunkowa, ponieważ rozwój informatyki i technologii jest tak szybki, że. na przykład dzisiejszy mikrokomputer nie jest gorszy od pięcioletnich minikomputerów, a nawet superkomputerów z niedawnej przeszłości. Ponadto przypisanie komputerów do określonej klasy jest raczej warunkowe ze względu na niejasność podziału grup, a także ze względu na wprowadzenie do praktyki niestandardowego montażu komputerów, gdzie nomenklatura węzłów i konkretne modele dostosować się do wymagań klienta. Rozważ wspólne kryteria klasyfikacji komputerów.
Klasyfikacja według celu
- duże komputery elektroniczne (BEVM);
- minikomputer;
- mikrokomputer:
- komputery osobiste.
Komputery mainframe(Głównyrama) . Służą do obsługi dużych obszarów gospodarki narodowej. Charakteryzują się wydajnymi procesorami równoległymi (których liczba dochodzi do 100), wydajnością integralną do dziesiątek miliardów operacji na sekundę oraz trybem pracy dla wielu użytkowników.
Na bazie dużych komputerów tworzone jest centrum komputerowe, które składa się z kilku działów lub grup (tab. 1). Struktura centrum komputerowego opartego na komputerze typu mainframe może wyglądać następująco:
- procesor- jednostka główna komputera. w którym przetwarzane są dane i obliczane są wyniki. Składa się z kilku jednostek systemowych w oddzielnym pomieszczeniu, w którym utrzymywana jest stała temperatura i wilgotność.
- Grupa programowania systemu- zajmuje się tworzeniem, debugowaniem i wdrażaniem oprogramowania niezbędnego do funkcjonowania systemu komputerowego. Programy systemowe zapewniają interakcję programów ze sprzętem, czyli interfejsem programowo-sprzętowym systemu komputerowego.
- Grupa programowania aplikacji- zajmuje się tworzeniem programów do wykonywania określonych czynności z danymi, czyli dostarczaniem interfejs użytkownika system komputerowy.
- Grupa przygotowania danych- zajmuje się przygotowaniem danych, które będą przetwarzane w dniu programy użytkowe stworzony przez programistów aplikacji. W szczególności jest to pisanie, skanowanie obrazów, wypełnianie baz danych.
- Grupa Wsparcia Technicznego- zajmuje się utrzymaniem całego systemu komputerowego, naprawą i debugowaniem sprzętu, podłączaniem nowych urządzeń.
- Grupa wsparcie informacyjne - zapewnia Specyfikacja wszystkie działy centrum komputerowego, tworzy i przechowuje archiwa opracowanych programów (biblioteki programów) oraz zgromadzone dane (banki danych).
- Departament Wydawania Danych- odbiera dane z centralnego procesora i przekształca je w dogodną dla klienta formę (wydruk).
Duże komputery wiążą się z wysokimi kosztami sprzętu i utrzymania, więc praca jest zorganizowana w ciągłym cyklu.
Minikomputer. Ta kategoria jest podobna do komputerów mainframe, ale mniejsza. Stosowany w dużych przedsiębiorstwach, instytucjach naukowych i organizacjach. Często używany do sterowania procesami przemysłowymi. Charakteryzują się architekturą wieloprocesorową, podłączeniem do 200 terminali, dyskowymi urządzeniami pamięci masowej rozrastającymi się do setek gigabajtów, rozgałęzionymi peryferiami. Aby zorganizować pracę z minikomputerami, potrzebne jest centrum komputerowe, ale mniejsze niż w przypadku dużych komputerów.
Mikrokomputer. Mikrokomputer (mikrokomputer) - system obliczeniowy, w którym mikroprocesor jest używany jako urządzenie sterujące i arytmetyczne. W bardziej zaawansowanych mikrokomputerach można zastosować kilka mikroprocesorów. Wydajność tego systemu zależy nie tylko od cech zastosowanego procesora, ale także od pojemności dostępnej pamięci RAM, typów urządzeń peryferyjnych, jakości rozwiązań projektowych, możliwości rozbudowy itp. Teraz stały się narzędziami do rozwiązywania złożonych problemów problemy. Mikroprocesory stały się potężniejsze i urządzenia peryferyjne bardziej wydajne, więc mikrokomputery zastępują obecnie minikomputery, a różnica między nimi stopniowo się zmniejsza. Ten kierunek studiów jest przeznaczony dla komputerów tej kategorii.
Mikrokomputery można warunkowo podzielić na profesjonalne i domowe. Ze względu na tańsze sprzęt komputerowy, granica między nimi stopniowo się zaciera. Od 1999 roku wprowadzono międzynarodowy standard certyfikacji - specyfikacja RS99:
- masowy komputer osobisty (Consumer PC) - stosunkowo niedrogie systemy spełniające wymagania użytkownika;
- biznesowy komputer osobisty (komputer biurowy) - posiadać minimum środków do odtwarzania grafiki i dźwięku;
- przenośny komputer osobisty (komputer mobilny) - różnią się obecnością środków komunikacji zdalnego dostępu (komunikacja komputerowa);
- stacja robocza (Workstation) - różnią się zwiększonymi wymaganiami dotyczącymi urządzeń do przechowywania i przetwarzania;
- rozrywkowy komputer osobisty (Entertainment PC) - skupiają się na multimediach za pomocą zaawansowanych środków odtwarzania grafiki i dźwięku.
Klasyfikacja mikrokomputerów według celu lub poziomu specjalizacji.
- mikrokomputery dla wielu użytkowników(Serwery) to mikrokomputery pracujące w trybie współdzielenia czasu zapewniające pracę kilku użytkowników jednocześnie. Działają w jednym małym stojaku lub formie stacjonarnej iw większości przypadków stanowią podzbiór sieci komputerowej.
- specjalistyczne lub stanowiska pracy(AWP) - to mikrokomputer wyposażony we wszystkie narzędzia niezbędne do wykonywania określonego rodzaju pracy. Rozróżnij inżynierię, grafikę, projektowanie wspomagane komputerowo, publikacje (desktop publishing) i inne.
- wbudowane mikrokomputery- są systemami obliczeniowymi przeznaczonymi do rozwiązywania konkretnych problemów. Służy do sterowania (np. obrabiarki lub zestawu obrabiarek, sprzętu naukowego, jednostki bojowej itp.) oraz pomiarów procesowych. Strukturalnie są zaimplementowane w postaci jednej lub więcej płyt i nie zapewniają szerokiego zakresu funkcji obliczeniowych, jak również standardowej interakcji użytkownika.
Klasyfikacja rozmiaru. Poza przeznaczeniem, w zależności od zastosowania konstrukcyjnego, mikrokomputery dzielą się na stacjonarne i przenośne.
- Mikrokomputery stacjonarne. Montowany na stole, szafce lub w formie małego stojaka na podłogę.
- Mikrokomputery przenośne. Mają stosunkowo niewielką masę i wymiary, są transportowane przez jedną osobę, z reguły nie posiadają autonomicznego zasilania;
- Przenośne mikrokomputery z samozasilany . Dzielą się na kilka kategorii:
- Podkolanówki(Laptop), wykonany w formie dyplomaty;
- Kieszeń(Kieszeń), które zmieszczą się w Twojej kieszeni.
Najczęściej spotykane są mikrokomputery stacjonarne, które pozwalają na łatwą rekonfigurację. Przenośne są wygodne w użytkowaniu, posiadają środki komunikacji komputerowej. Modele kieszonkowe można nazwać „inteligentnymi” notebookami, umożliwiają przechowywanie danych operacyjnych i szybki dostęp do nich.
Klasyfikacja zgodności. Istnieje wiele rodzajów komputerów, które są składane z części wykonanych przez różnych producentów. Ważne jest, aby zapewnić kompatybilność komputera, która ma kilka poziomów:
- kompatybilność sprzętowa (platforma IBM PC i Apple Macintosh);
- kompatybilność na poziomie systemu operacyjnego;
- kompatybilność oprogramowania;
- zgodność na poziomie danych.
Pytania do samokontroli
- Co nazywa się przetwarzaniem?
- Co to jest system komputerowy?
- Czym jest komputer?
- Czym jest architektura komputerowa?
- Wymień zasady budowania architektury komputerowej według Neumanna?
- Czym jest prędkość?
- Jaka jest wydajność komputera?
- Co to jest procesor?
- Co to jest jednostka arytmetyczno-logiczna?
- Co to jest urządzenie sterujące?
- Co to jest urządzenie pamięci masowej?
- Co to jest pamięć robocza?
- Co to jest zewnętrzne urządzenie pamięci masowej?
- Co to jest przerwanie?
- Co to jest system przerwań?
- Co to jest obsługa przerwań i obsługa przerwań?
- Co to jest port we/wy?
- Co to jest adapter i kontroler?
- Co to jest adapter interfejsu?
- Jakie funkcje pełni komputer podczas swojej pracy?
- Wymień podsystemy funkcjonalne komputera.
- Jakie funkcje spełnia podsystem wprowadzania danych?
- Jakie funkcje spełnia podsystem wyprowadzania danych?
- Jakie funkcje spełnia podsystem konwersji danych?
- Co to jest mikrokomputer?
- Co to jest serwer?
- Co to jest ARM?
- Wymień rodzaje kompatybilności systemów komputerowych?