Общие сведения об ЭВМ и преобразовании информации в них

Понятия вычислительной математики, информации, и алгоритмической обработки тесно связаны между собой. Это следует из определения в энциклопедии кибернетики - ”машина - физическая система (устройство или комплекс устройств), предназначенная для автоматизации процесса алгоритмической обработки информации и вычислений”.
Информация определяет многие процессы, происходящие в вычисли­тельной машине. (ЭВМ)-машина получает информацию, запоминает ее, обрабатывает по заданным алгоритмам и направляет пользователю или в другие системы обработки. Общение с ЭВМ предполагает наличие опре­деленных аппаратных средств и соответствующего программного обеспе­чения для ввода, обработки и вывода информации, ориентированной на ведение диалога в системе “человек - ЭВМ”. Большинство диалоговых сис­тем содержат функциональные программы, обеспечивающие стандартные применения ЭВМ. Это текстовые редакторы, отладчики, сервисные сред­ства просмотра и корректировки содержимого памяти. Важное значение имеют интенсивно развивающиеся средства машинной графики.
1.1. Современные компьютеры (ПК )
Основными компонентами компьютера являются процессор, память, устройства ввода и вывода ( ВВ ). С помощью устройства ввода про­грамма и исходные данные попадают в память. Программа содержит по­следовательность инструкций, которую выполняет процессор. Результаты выполнения программы поступают в устройство вывода. Обычно в каче­стве устройства ввода используют клавиатуру, “мышь”; в качестве устрой­ства вывода - дисплей или принтер.
Наряду с перечисленными устройствами ВВ широко в настоящее время применяются дисководы и магнитофоны - устройства, осуществляющие запись и считывание информации с магнитных носителей (дисков и лент). Развитие лазерной технологии привело к созданию компакт-дисков CD-ROM с емкостью памяти в несколько Гбайт. Ближайшее будущее оптиче­ских дисков связывают с DVD-дисками, приходящими на смену накопите­лям CD-ROM и CD-R. Первые устройства памяти на дисках DBD-RAM ожидаются в начале 1998 года и их емкость составит около 2,6 Гбайт.
На эволюционном пути развития оптических дисков ценной альтернативой может стать магнитооптическая технология ( МО ), способная бросить вызов технологии изменения фазы DVD-RAM.
Процессор ( ЦП ) -это сердце ПК. В настоящее время наилучшим признается процессор класса Pentium Pro - он обеспечивает оптимальную производительность при работе с 32-разрядными операционными системами (ОС) и приложениями. Скорость работы процессора тем больше, чем выше тактовая частота - количество элементарных операций выполняемые им в одну секунду. Для Ptntium Pro тактовая частота на конец 1996 г. достигла 200 MНz и более.
Очень важным элементом ПК является оперативная память, откуда процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Следует помнить, что данные и результаты сохраняются в ней только при включенном компьютере. Для компьютеров с тактовой частотой более 25 Мгц, с целью быстрого доступа к оперативной памяти, предусмотрена КЭШ-память или “сверхоперативная память” небольшого обьема. Добавление КЭШ-памяти приводит к значительно большему увеличению производительности процессора.
Особое место в конструкции ПК занимает Системная плата, на которой кроме ЦП размещаются наборы микросхем, шины и системы BIOS ( базовая система ввода-вывода ). Если ЦП - сердце ПК, то набор микросхем служит его электрокардиостимулятором. Наборы микросхем управляют обменом с памятью, шиной ввода-вывода и во многих случаях встроенными контролерами жесткого диска с интерфейсом. Они обрабатывают также запросы прерывания и прямого доступа в память. Наиболее популярными до сих пор пользуются наборы, изготавливаемые фирмой Intel. Системная BIOS представляет собой часть программного кода, как провило хранящегося в микросхеме программируемой постоянной памяти ( ППЗУ ), которая устанавливается во всех ПК. BIOS выполняет самотестирование при включении питания ( Power-on self-test, POST ) при включении ПК и управляет прерываниями от клавиатуры и передачами через порты.
Монитор - наиболее интенсивно используемая часть компьютера. Правильно выбранный монитор сможет повысить продуктивность работы, а неподходящий монитор способен вызывать головные боли, усталость и чрезмерное напряжение зрения. Краткий обзор основных устройств ПК можно закончить перечислением требований к нему и блоков, выполнение которых и наличие необходимо для подключения к INTERNET. Самый простой способ подготовки пользователя к присоединению к INTERNET - это присвоение каждому ПК адреса IP ( Internet Protocol ). При создании хорошей схемы сети INTERNET можно ограничиться четырьмя видами наиболее распространенных приложений INTERNET - для просмотра WEB, для реализации электронной почты, телеконференций Usenet и доступа FTP ( протокола передачи файлов ). В ПК должны быть установлены быстродействующий ЦП, чтобы максимальна ускорить процесс визуализации документов в формате HTML (язык разметки гипертекста ), 16-Мбайт ОЗУ для выполнения современных программ просмотра, богатство функций которых постоянно растет, и диск большой емкости для приложений, загрузки информации из сети и буферизации страниц HTML. К этому следует также добавить и аппаратный графический акселератор, средства для 16-бит представления цвета, звуковую плату и громкоговорители для работы с насыщенными графикой страницами Web и всеми новыми технологиями мультимедиа Web, требуется и накопитель CD-ROM для некоторых инструментальных средств поиска INTERNET. Конкретная конфигурация зависит от вида прикладных программ, от способов связи пользователей и требуемых уровней производительности и безопасности.
1.2. Представление информации в ЭВМ.
Обьектом передачи и преобразования в ЭВМ является дискретная информация. Носителем информации в ЭВМ является электрический сигнал, у которого меняется какой-либо параметр - частота, амплитуда. Обычно для записи этих сигналов используют магнитные ленты, диски или магнитооптические диски. В процессе ввода, хранения, вывода и обработки информации в ЭВМ осуществляется ее многократное преобразование из одной формы представления в другую. С каждой формой представления информации связаны различные алфавиты. Процесс преобразования информации из одного алфавита в другой называется кодированием. Обратное преобразование информации называют декодированием. Преимущественное распространение получило двоичное кодирование, алфавит которого состоит из двух цифр - 0 и 1.
Прямой перевод чисел из десятичной системы счисления (СС ) в двоичную и наоборот громоздок и в ЭВМ не применяется. Для этих целей используют промежуточную (комбинированную) - двоично-десятичную СС, в которой каждая цифра десятичного числа заменяется 4-разрядным двоичным эквивалентом, т.н. тетрадой. Такой перевод чисел не представляет труда, т.к. достаточно запомнить только двоичные эквиваленты соответствующих десятичных цифр: 0-000, 1-0001, 2-0010, 3-0011, 4-0100, 5-0101, 6-0110, 7-0111, 8-1000, 9-1001.
Например, десятичное число N10 = 1988 в двоично-десятичной СС будет иметь вид
1 9 8 8
Nz-10 = 0001 1001 1000 1000 (1.1)
По этому же правилу преобразуются и дробные числа.
Перевод чисел из двоично - десятичной в десятичную СС осуществляется в обратном порядке. Подобные преобразования чисел называют методом прямого замещения. Наряду с двоично-десятичной в ЭВМ могут применяться и другие СС - восьмеричная, шестнадцатеричная, двоично -восьмеричная, двоично-шестнадцатеричная. Главными достоинствами этих СС являются компактность записи чисел и простота представления их в двоичном коде. Применение этих СС оказалось удобным для выполнения в ЭВМ ускоренных сдвигов двоичных чисел сразу на четыре и восемь разрядов, необходимых для выполнения операций умножения и деления. Кроме того, они обеспечивают удобную форму представления данных в ЭВМ.
Полуслово=2 байта
10101101 10111101
0...........7 8...........15
В настоящее время в современных ЭВМ для кодирования алфавитов применяется байтовый алфавит. В нем в качестве основной единицы представления данных применяется байт, состоящий из восьми двоичных разрядов (бит). Бит - двоичная цифра. В байтовом алфавите байт является минимальной единицей информации, адресуемой и обрабатываемой в ЭВМ, в связи с чем в ЭВМ применяется единая иерархическая структура организации данных, которая включает полуслово, слово двойное слово и поле (рис.1.1)
Байт
01101001
01234567
Слово = 4 байта
01110101 11001001 10001100 10110100
0............7 8...........15 16..........23 24.........31
Рис.1.1. Форматы данных.
Двойное слово состоит из 8 байт. Поле имеет переменную длину от 1 до 256 байт.
Знаковый разряд Цифровые разряды
а)
€|€€€€€€€€€
Условное место запятой
Знаковый разряд Цифровые разряды

€ | €€€ |€ | €€€€€€€€€ б)
Порядок Мантисса
Рис.1.2. Представление чисел :
а) в естественной форме, б) в полулогарифмической форме
Запись числа в полулогарифмической форме (с плавающей запятой) позволяет значительно расширить диапазон представляемых чисел по сравнению с записью числа с фиксированной запятой при одинаковом числе двоичных разрядов.
С помощью всей совокупности кодовых комбинаций, которые для байта в пределе равны 28 , можно закодировать помимо чисел прописные и строчные буквы русского и латинского алфавитов, знаки препинания, математические знаки основные и вспомогательные символы, необходимые для контроля и управления ЭВМ.
Числа в ЭВМ могут быть представлены в двух формах: естественной, которая также носит название формы с фиксированной запятой или точкой, и полулогарифмической, которая еще называется формой с плавающей запятой или точкой.
Для выполнения вычислений с числами в естественной форме необходимо, чтобы они были всегда меньше единицы. Делается это с помощью масштабных коэффициентов. Для записи знака числа отводится один дополнительный разряд (рис.1.2,а). Если число положительное, то в этот разряд записывается 0, если отрицательное, то 1.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию