Лекции по информатике (для заочных факультетов) - файл n1.doc

Лекции по информатике (для заочных факультетов)
Скачать все файлы (515.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc516kb.27.01.2014 05:27скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Лекция 3. Системы счисления


Совокупность приемов наименования и обозначение чисел называется системой исчисления. В качестве условных знаков для записи чисел используются цифры.

Система исчисления, в которой значение каждой цифры в произвольном месте последовательности цифр, обозначающей запись числа, не изменяется, называется непозиционной.

Система исчисления, в которой значение каждой цифры зависит от места в последовательности цифр в записи числа, называется позиционной.

Чтобы определить число, недостаточно знать тип и алфавит системы исчисления. Для этого необходимо еще использовать правила, которые позволяют по значениям цифр установить значение числа. Простейшим способом записи натурального числа является изображение его с помощью соответствующего количества палочек или черточек. Таким способом можно обозначить небольшие чисел. Следующим шагом было изобретение специальных символов (цифр). В непозиционной системе каждый знак в записи независимо от места означает одно и то же число. Хорошо известным примером непозиционной системы исчисления является римская система, в которой роль цифр играют буквы алфавита: І - один, V - пять, Х - десять, С - сто, L - пятьдесят, D -пятьсот, М - тысяча. Например, 324 = СССХХІ. В непозиционной системе исчисления арифметические операции выполнять неудобно и сложно.

Позиционные системы счисления


Общепринятой в современном мире является десятичная позиционная система исчисления, которая из Индии через арабские страны пришла в Европу. Основой системы является число десять. Основой системы исчисления называется число, означающее, во сколько раз единица следующего разряда больше чем единица предыдущего.

Общеупотребительной формой записи числа является сокращенная форма записи разложения по степеням основы системы исчисления, например, 130678=1*105+3*104+0*103+6*102+7*101+8

Двоичная система удобна для компьютера, но неудобна для человека: числа получаются длинными и их трудно записывать и запоминать. Применяются системы счисления, родственные двоичной – восьмеричная и шестнадцатеричная. Для записи чисел в этих системах требуется соответственно 8 и 16 цифр. В 16-теричной первые 10 общие, а дальше используют заглавные латинские буквы. Ниже приведена таблица соответствия чисел, записанных в разных системах счисления.


10

2

8

16

0

000

0

0

1

001

1

1

2

010

2

2

3

011

3

3

4

100

4

4

5

101

5

5

6

110

6

6

7

111

7

7

8

1000

10

8

9

1001

11

9

10

1010

12

A

11

1011

13

B

12

1100

14

C

13

1101

15

D

14

1110

16

E

15

1111

17

F



Правила перевода чисел из одной системы счисления в другую

Перевод чисел из одной системы счисления в другую составляет важную часть машинной арифметики. Рассмотрим основные правила перевода.

  1. Для перевода двоичного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 2, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

Х2n*2n-1n-1*2n-2+ Аn-2*2n-3+…+А2*211*20
При переводе удобно пользоваться таблицей степеней двойки:

n (степень)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2n

1

2

4

8

16

32

64

128

256

512

1024


Пример: Число 111010002 перевести в десятичную систему счисления

111010002=1*27+1*26+1*25+0*24+1*23+0*22+0*21+0*20=23210


  1. Для перевода восьмеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 8, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

Х8n*8n-1n-1*8n-2+ Аn-2*8n-3+…+А2*811*80
При переводе удобно пользоваться таблицей восьмерки:

N (степень)

0

1

2

3

4

5

6

8n

1

8

64

512

4096

32768

262144



Пример: Число 750138 перевести в десятичную систему счисления.

750138 = 7*84+5*83+0*82+1*81+3*80=3124310


  1. Для перевода шестнадцатеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 16, и вычислить по правилам десятичной арифметики:


Х16n*16n-1n-1*16n-2+ Аn-2*16n-3+…+А2*1611*160
При переводе удобно пользоваться таблицей степеней числа 16:

N (степень)

0

1

2

3

4

5

6

16n

1

16

256

4096

65536

1048576

16777216



Пример: Число FDA116 перевести в десятичную систему счисления.

FDA116=15*163+13*162+10*161+1*160=6492910


  1. Для перевода десятичного числа в двоичную систему его необходимо последовательно делить на 2 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 1. Число в двоичной системе записывается как последовательность результата деления и остатков от деления в обратной порядке.

Пример. Число 2210 перевести в двоичную систему счисления.

_22 2

22 _11 2

0 10 _5 2

1 4 _2 2

1 2

0 1

2210=101002


  1. Для перевода десятичного числа в восьмеричную систему его необходимо последовательно делить на 8 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 7. Число в восьмеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.



Пример. Число 57110 перевести в восьмеричную систему счисления.

_571 8

56 _71 8

_11 64 _8 8

8 7 8 1

3 0


57110=10738


  1. Для перевода десятичного числа в шестнадцатеричную систему его необходимо последовательно делить на 16 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 15. Число в шестнадцатеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.


Пример. Число 746710 перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

7467 16

7456 466 16

11 464 29 16

2 16 1

13


746710=1D2B16


  1. Чтобы перевести число из двоичной системы в восьмеричную, его нужно разбить на триады (тройки цифр), начиная с младшего разряда, в случае необходимости дополнив старшую триаду нулями, и каждую триаду заменить соответствующей восьмеричной цифрой (табл. 3).



Пример. Число 10010112 перевести в восьмеричную систему счисления.

001 001 0112=1138


  1. Чтобы перевести число из двоичной системы в шестнадцатеричную, его нужно разбить на тетрады (четверки цифр), начиная с младшего разряда, в случае необходимости дополнив старшую тетраду нулями, и каждую тетраду заменить соответствующей шестнадцатеричной цифрой.


Пример. Число 10111000112 перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

0010 1110 00112= 2Е316


  1. Для перевода восьмеричного числа в двоичное необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой.


Пример Число 5318 перевести в двоичную систему счисления.

5318 =1010110012


  1. Для перевода шестнадцатеричного числа в двоичное необходимо каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной тетрадой.


Пример Число ЕЕ816 перевести в двоичной систему счисления.

ЕЕ816=1110111010002


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


Пример 1. Число FEA16 перевести в восьмеричную систему счисления.

FEA16=1111111010102
111 111 101 0102 =77528
Пример 2. Число 66358 перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

66358=1101100111012

1101 1001 11012=D9D16


Лекция 3. Основные типы компьютеров. Конфигурации персональных компьютеров (ПК)

Персональный компьютер с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.

Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микро­схем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программ­ный код.

В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, со­ответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по еди­ному интерфейсу. Полное описание набора и характеристик уст­ройств, составляющих данный компьютер, называется конфигура­цией ПК.

Существует «минимальная» конфигурация ПК, т.е. минималь­ный набор устройств, без которых работа с ПК становится бес­смысленной. Это — системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «типовой персональный компьютер», понимают следующий их со­став:

• корпус с блоком питания;

• системная (материнская) плата;

• процессор;

• оперативная память;

• видеоконтроллер;

• монитор;

• жесткий диск;

• клавиатура;

• мышь;

• дисковод CD-ROM;

• дисковод гибких дисков;

• звуковая карта.

На компьютерном рынке сложилось следующее разделение кон­фигураций персональных компьютеров.

Рабочая станция (Work Station) представляет собой мощный компьютер, основанный обычно на двухпроцессорной платформе, оснащенный максимальным объемом быстрой оперативной памяти, массивом жестких дисков и часто включенный в локальную сеть предприятия. В зависимости от решаемых задач рабочие станции бывают графическими, для научных расчетов или иного назначе­ния.

Настольный компьютер (Desktop) предусматривает самый об­ширный спектр возможных конфигураций, как платформы, так и дополнительных устройств.

Принято классифицировать настольные компьютеры по пред­назначению или по производительности. По назначению компьюте­ры подразделяют на офисные, домашние, игровые, дизайнерские. По производительности различают компьютеры начального уровня (Easy PC), среднего уровня (Mainstream), высшего класса (High End).

Офисный компьютер ориентирован на работу с профаммами офисного класса, может подключаться к локальной сети и не отлича­ется высокой производительностью. Главное требование к нему — надежность.

Домашний компьютер обычно используют для развлечений и выполнения не слишком сложных учебных (рабочих) заданий. Мультимедийная направленность домашнего ПК выражается в ос­нащении его процессором и видеокартой среднего класса, приво­дом DVD, качественным монитором и комплектом хорошей аку­стики. Зачастую предусматривается подключение компьютера к телевизору для просмотра фильмов в форматах MPEG-4 и DVD на экране ТВ. Непременным условием является подключение к Ин­тернету через модем или сетевую карту. Дополнительным оборудо­ванием для домашнего компьютера являются ТВ-тюнер, сканер, струйный фотопринтер, WEB-камера.

Игровой компьютер требует наличия мощной графической под­системы. Поэтому главным его элементом является графическая карта и адекватный потребностям процессор при достаточном объе­ме оперативной памяти. Игровой компьютер дополнительно ком­плектуют джойстиком, рулем (штурвалом), педалями, устройствами виртуальной реальности (шлемы, очки, перчатки).

Дизайнерский компьютер предназначен для выполнения слож­ных графических работ (кроме 3D-графики кинематографического уровня) и обработки видео в режиме реального времени. По сути, это рабочая станция начального уровня в достаточно компактном исполнении. Конкретная конфигурация дизайнерского ПК зависит от специфики решаемых задач. Для работы с ЗО-фафикой требует­ся мощная видеокарта, для работы с видео — самый производитель­ный процессор и так далее.

Ноутбук (Notebook) является переносным персональным ком­пьютером. Помимо компактных габаритов, ноутбук отличается от настольного компьютера возможностью работы от аккумуляторов. Автономное функционирование обусловило высокие требования к режиму энергопотребления компонентов. Обычно в ноутбуках ис­пользуют специальные модификации процессоров, графических чип­сетов, жестких дисков с низким энергопотреблением и автоматиче­ским регулированием производительности в зависимости от решае­мой задачи.

Обычно ноутбуки классифицируют по размеру, диагонали дис­плея и числу «шпинделей» (отдельных приводов: жесткий диск, дисковод CD-ROM, дисковод гибких дисков и др.). Например, вы­ражение «двухшпиндельный» ноутбук подразумевает наличие в компьютере жесткого диска и еще одного дисковода (чаще комби­нированного привода DVD/CD-RW).

Настольный ноутбук (DeskNote). Этот класс компьютеров воз­ник в 2002 г. Его отличие от ноутбуков заключается в отсутствии ак­кумуляторов (и, как следствие, невозможности автономной рабо­ты), использовании процессоров для обычных настольных ПК, а иногда и адаптеров ЗD-графики высокого класса.

Планшетный ПК (Tablet PC) характеризуется наличием отдель­ного сенсорного дисплея с возможностью рукописного ввода и спе­циального электронного пера. Некоторые модели комплектуются клавиатурой, трекболом, приводом CD-ROM, жестким диском.

Карманный ПК (Personal Digital Assistant, PDA, КПК) примыкает к товарной нише ПК. Невысокая производительность, ограничен­ный набор программ и неудобный интерфейс пользователя сужают сферу их применения. Однако многие КПК позволяют подключаться к настольному компьютеру для переноса данных (телефонного спра­вочника, записной книжки и др.), читать литературные произведе­ния в электронном виде, просматривать видео и т.д.

Персональные компьютеры являются наиболее широко исполь­зуемыми, их мощность постоянно увеличивается, область приме­нения расширяется. Однако их возможности ограничены, и для решения специфичных задач, требующих объемных вычислений, высочайшего быстродействия, применяют «не-персональные» ком­пьютеры: супер-ЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы), мини-ЭВМ.

Основные принципы функционирования ПК
Компьютер — универсальное средство для обработки информа­ции. Компьютер может обрабатывать только информацию, представ­ленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изобра­жение и т.п.) для обработки на компьютере должна быть преобразо­вана в числовую форму. Компьютер пользуется знаковой системой, которая состоит из двух цифр двоичной системы счисления: 1 и 0. Цифра двоичной системы называется битом.

Основное назначение компьютера — выполнять программы, ка­ждая из которых представляет собой набор команд. Каждая коман­да — элементарная инструкция, предписывающая компьютеру вы­полнить ту или иную операцию (умножить два числа, записать дан­ные на диск и т.д.).

Все команды и данные в компьютере представлены комбина­циями битов.

Устройством, которое обрабатывает информацию, является про­цессор. Процессор — электронное устройство, поэтому различные виды информации должны обрабатываться в нем в форме последо­вательностей электрических импульсов. Такие последовательности можно записать в виде последовательностей нулей и единиц (есть импульс — единица, нет импульса — нуль), которые называют машинным языком.

Набор этих команд называется программой, а устройство управ­ления «переводит» команды программы на язык команд, понятных исполнителям, и синхронизирует их работу. Именно такой принцип организации взаимодействия составных частей дает возможность построить универсальное автоматическое вычислительное устрой­ство — компьютер.

Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной — ЭВМ. Струк­тура такого устройства (см. рис.) была описана знаменитым матема­тиком Джоном фон Нейманом в 1945 г. Одинарными линиями обо­значены цепи сигналов управления (управляющие связи), двойны­ми — цепи передачи данных и адресов (информационные связи).

АЛУ

УУ

ОЗУ







УВВ

Структурная схема вычислительного устройства




АЛУ — арифметическое логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логиче­ские операции «И», «ИЛИ», «НЕ».

УУ — устройство управления. Организует процесс выполнения программ.

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, или память. Хранит данные, адреса и команды, обладает высокой скоростью за­писи и чтения чисел. Состоит из некоторого количества пронумеро­ванных ячеек, в каждой из которых могут находиться обрабатывае­мые данные или инструкции программ. Все ячейки памяти одина­ково легко доступны для других устройств компьютера.

УВВ — устройства ввода-вывода. Получают информацию извне, выводят ее получателю.

Структура современного персонального компьютера представ­лена на рисунке ниже.

Достижения микроэлектроники позволили объединить в одной сверхбольшой интегральной схеме, называемой микропроцессором (МП) или процессором, АЛУ и УУ. Уменьшение габаритов ОЗУ по­зволило разместить МП и ОЗУ на одной электронной плате, назы­ваемой системной, или материнской. Все связи между отдельными устройствами объединены в пучок параллельных


Структурная схема персонального компьютера
проводов — локальную или системную шину. В состав этой шины входят шина данных, по которой передаются из ОЗУ в МП также и команды, шина адреса и шина синхронизации. УВВ включают на УВВ и управляющие ими контроллеры (карты), включаемые в системную плату или установленные прямо на ней.

Важным элементом структуры современного компьютера и принципа его действия являются сигналы и понятие прерываний. Прерывания появились в связи с переходом от математических вы­числений, которые не зависят от внешних условий, к обработке информации в реальном масштабе времени. Компьютер должен реагировать на изменение внешних условий, иногда немедленно, запоминая эти события или даже меняя алгоритм их обработки. Если в микропроцессор извне поступает сигнал запроса на преры­вание, выполнение текущей программы приостанавливается, в за­ранее определенной области ОЗУ сохраняются все промежуточные результаты и адрес остановки в программе, и микропроцессор вы­полняет специальную программу обработки прерывания, в кото­рой указано, что надо сделать в этом случае. После ее завершения восстанавливаются все промежуточные результаты, и микропро­цессор продолжает выполнение текущей программы с запомнен­ного ранее адреса.

В современных компьютерах возможна также параллельная ра­бота нескольких процессоров. За счет распараллеливания выполне­ния одной задачи или параллельного выполнения многих задач дос­тигается увеличение общей производительности компьютера. Для этого предусматривают цепи, связывающие между собой отдельные процессоры.

Персональный компьютер (ПК) типа IBM PC, названный по имени американской компании, которая в 1981 г. впервые выпусти­ла такие ПК (International Business Machines Personal Computer), стал стандартом персональных компьютеров.

В IBM PC была заложена возможность совершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспе­чила возможность его сборки из независимо изготовленных частей. Методы совместимости устройств с компьютером IBM PC не дер­жались в секрете, а были доступны всем желающим. Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры, предусматривает возможность дополнения имеющихся аппаратных средств новыми устройствами без замены старых, например, наращивать оператив­ную память, подключать новые периферийные устройства. Можно заменять старые устройства новыми, — такие операции называются «upgrade» (расширить, обновить).

На системной плате компьютера размещены только устройства, осуществляющие обработку информации. Устройства, управляю­щие всеми остальными составными компьютера — монитором, дис­ками, принтером и т.п., реализованы на отдельных платах (контрол­лерах), которые вставляются в специальные разъемы на системной плате — слоты. К этим электронным устройствам подводится элек­тропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключено в системный блок.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации