Внешняя память. Классификация накопителей
Для хранения программ и данных в ПК используются накопители различных типов. Накопители - это устройства для записи и считывания информации с различных носителей информации. Различают накопители со сменным и встроенным носителем.
По типу носителя информации накопители разделяются на накопители на магнитных лентах и дисковые накопители. К накопителям на магнитных лентах относятся стримеры и др. Более широкий класс накопителей составляют дисковые накопители.
По способу записи и чтения информации на носитель дисковые накопители разделяются на магнитные, оптические и магнитооптические.
К дисковым накопителям относятся:
накопители на флоппи-дисках;
накопители на несменных жестких дисках (винчестеры);
накопители на сменных жестких дисках;
накопители на магнитооптических дисках;
накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) с однократной записью и
накопители на оптических DVD – дисках (DVD-R DVD-RW DVD-ROM и др.)
Дополнительные устройства
Периферийные устройства - это устройства, которые подключаются к контроллерам ПК и расширяют его функциональные возможности
По назначению дополнительные устройства разделяются на:
устройства ввода (трэкболлы, джойстики, световые перья, сканеры, цифровые камеры, диджитайзеры)
устройства вывода (плоттеры или графопостроители)
устройства хранения (стримеры, zip - накопители, магнитооптические накопители, накопители HiFD и др.)
устройства обмена (модемы)
|
|
|
Открытая архитектура — архитектура компьютера, периферийного устройства или же программного обеспечения, на которую опубликованы спецификации, что позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой.
Внутренние интерфейсы ЭВМ. Системные и локальные шины. Контроллер шины. Иерархическая организация шин.
Системная шина:
- это интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Включает:
· Кодовую шину данных (параллельная передача всех разрядов числового кода)
· Кодовая шина адреса (параллельная передача всех разрядов кода адреса, ячейки памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства )
· Кодовая шины инструкции (передача управляющих сигналов во все блоки РС)
· Шина Эл.Питания(подключение некоторых элементов РС к системе Эл.питания)
Обеспечивает 3 направления передачи данных:
1. Между микропроцессором и основной памятью
2. Между микропроцессором и портами ввода-вывода устройств
3. Между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств(режим прямого доступа к памяти)
Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Типичными примерами локальных шин являются VL-Bus и PCI.
|
|
|
Контроллер шины
На одной шине может быть всего один контроллер в любой момент времени. Он является инициатором всех сообщений по этой шине.
Контроллер:
· оперирует командами из списка в своей внутренней памяти
· командует оконечным устройствам послать или принять сообщения
· обслуживает запросы, получаемые от оконечных устройств
· фиксирует и восстанавливает ошибки
· поддерживает историю ошибок
Существует определенная иерархия шин ПК, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой шиной. Современные компьютерные системы включают в себя три, четыре или более шин. Каждое системное устройство соединено с какой-либо шиной, причем определенные устройства (чаще всего это наборы микросхем) выполняют роль моста между шинами.
Основы систем счисления. Методы представления чисел и операции в позиционных системах счисления с различным основанием. Системы счисления в ЭВМ.
|
|
|
Системы счисления
СС – совокупность приёмов и правил для записи чисел цифровыми знаками, символами. СС должны обеспечивать возможность представления любого числа в рассматриваемом диапазоне, единственность представления.
СС:
1. позиционные (значение цифры зависит от позиции в записи, место – разряд, кол-во цифр – разрядность; каждому разряду соответствует степень основания)
2. непозиционные
Двоичная системасчисления. В настоящий момент – наиболее употребительная в информатике, вычислительной технике и смежных отраслях система счисления. Использует две цифры – 0 и 1, а также символы «+» и «–» для обозначения знака числа и запятую (точку) для разделения целой и дробной части.
Восьмеричнаясистема счисления. Использует восемь цифр – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, и 7, а также символы «+» и «–» для обозначения знака числа и запятую (точку) для разделения целой и дробной частей числа. Широко использовалась в программировании в 1950-70-ые гг. К настоящему времени практически полностью вытеснена шестнадцатеричной системой счисления, однако функции перевода числа из десятичной системы в восьмеричную и обратно сохраняются в микрокалькуляторах и многих языках программирования.
|
|
|
Десятичнаясистемасчисления. Использует десять обычных цифр – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9, а также символы «+» и «–» для обозначения знака числа и запятую (точку) для разделения целой и дробной частей числа. Существует массовое заблуждение, будто именно десятичная система счисления является наиболее употребительным способом записи чисел. Между тем, более внимательный анализ правил чтения и записи чисел приводит к другому выводу: система счисления, которой мы обычно пользуемся, фактически является двойной, так как имеет основания – 10 и 1000. В частности, в русском языке известны названия только для первых семи разрядов десятичной системы счисления ( 1 – единица, 10 – десяток, 100 – сотня, 1000 – тысяча, 10000 – тьма, 100000 – легион, 1000000 – миллион ), но предпоследние два из них (легион и тьма) давно вышли из употребления, а соседние с ними (миллион и тысяча) – названия классов, а не только разрядов. Итак, фактически в русском языке остались лишь два самостоятельных названия для десятичных разрядов: десяток и сотня. В других языках – аналогичная ситуация.
Шестнадцатеричнаясистемасчисления. Использует шестнадцать цифр – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 в их обычном смысле, а затем A=10, B=11 , C=12 , D=13 , E=14 , F=15 . Также использует символы «+» и «–» для обозначения знака числа и запятую (точку) для разделения целой и дробной частей числа. Внедрена американской корпорацией IBM. Широко используется в программировании для IBM-совместимых компьютеров. С другой стороны, в некоторых языках сохранились и следы использования этой системы счисления в прошлом. Например, в романских языках (испанском, французском и др.) числительные от 11 до 16 образуются по одному правилу, а от 17 до 19 – по другому. А в русском языке известен пуд, равный 16 килограммам.
Наиболее простыми с точки зрения технической реализации являются так называемые двухпозиционные элементы, способные находиться в одном из двух устойчивых состояний, например:
· Электромагнитное реле замкнуто или разомнкнуто;
· Феромагнитная поверхность намагничена или размагничена;
· Магнитный сердечник намагничен в некотором направлении или в противоположном ему;
· Транзисторный ключ находится в проводящем или замкнутом состоянии и т.д.
Одно из этих устойчивых состояний может представляться цифрой 0, другое - цифрой 1. С двоичной системой связаны и другие существенные преимущества. Она обеспечивает максимальную помехоустойчивость в процессе передачи информации как между отдельными узлами автоматического устройства, так и на большие расстояния. В ней предельно просто выполняются арифметические действия и возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации. Благодаря таким особенностям двоичная система стала стандартом при построении ЭВМ. Широкое применение в ЭВМ нашли также восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Обмен информацией между устройствами большинства ЭВМ осуществляется путем передачи двоичных слов. Пользоваться такими словами из-за их большой длины и зрительной однородности человеку неудобно. Поэтому специалисты (программисты, инженеры) как на этапах составления несложных программ для микроЭВМ, их отладки, ручного ввода-вывода данных, так и на этапах их разработки, создания, настройки вычислительных систем заменяют коды машинных команд, адреса и операнды на эквивалентные им величины в восьмеричной или шестнадцатеричной системе счисления.
Внутренняя организация числовых и символьных данных в ЭВМ. Машинные форматы числовых данных ПЭВМ. Стандарты кодировок символьной информации (ASCII, U NICODE ) и десятичных чисел (код BCD).
Представление числовой информации. Исторически первым видом данных, с которым стали работать компьютеры, были числа. Первые ЭВМ использовались исключительно для математических расчетов. В соответствии с принципами Джона фон Неймана, ЭВМ выполняет расчеты в двоичной системе счисления. Вопрос о внутреннем (машинном) представлении чисел рассмотрим несколько подробнее, чем это делается в учебниках.
Структурные единицы памяти компьютера — бит, байт и машинное слово. Причем понятия бита и байта универсальны и не зависят от модели компьютера, а размер машинного слова зависит от типа процессора ЭВМ. Если машинное слово для данного компьютера равно одному байту, то такую машину называют 8-разрядной (8 бит); если машинное слово состоит из 2 байтов, то это 16-разрядный компьютер; 4-байтовое слово у 32-разрядных ЭВМ. Обсуждение вопроса о том, как представляются числа в памяти ЭВМ, будем вести на примере 16-разрядной машины.
Числа в памяти ЭВМ хранятся в двух форматах: в формате с фиксированной точкой и в формате с плавающей точкой. Под точкой здесь и в дальнейшем подразумевается знак разделения целой и дробной части числа. Формат с фиксированной точкой используется для хранения в памяти целых чисел. В этом случае число занимает одно машинное слово памяти (16 бит). Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N в форме с фиксированной точкой нужно:
1) перевести число N в двоичную систему счисления;
2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до 16 разрядов.
Например, N = 160710= 110010001112. Внутреннее представление этого числа в машинном слове будет следующим:
| 0000 | 0110 | 0100 | 0111 |
В сжатой шестнадцатеричной форме этот код запишется так: 0647.
Представление символьной информации. В настоящее время одним из самых массовых приложений ЭВМ является работа с текстами. Термины «текстовая информация» и «символьная информация» используются как синонимы. В информатике под текстом понимается любая последовательность символов из определенного алфавита. Совсем не обязательно, чтобы это был текст на одном из естественных языков (русском, английском и др.). Это могут быть математические или химические формулы, номера телефонов, числовые таблицы и пр. Будем называть символьным алфавитом компьютера множество символов, используемых на ЭВМ для внешнего представления текстов.
Первая задача — познакомить учеников с символьным алфавитом компьютера. Они должны знать, что
— алфавит компьютера включает в себя 256 символов;
— каждый символ занимает 1 байт памяти.
Эти свойства символьного алфавита компьютера, в принципе, уже знакомы ученикам. Изучая алфавитный подход к измерению информации, они узнали, что один символ из алфавита мощностью 256 несет 8 бит, или 1 байт, информации, потому что 256 в 28. Но поскольку всякая информация представляется в памяти ЭВМ в двоичном виде, следовательно, каждый символ представляется 8-разрядным двоичным кодом. Существует 256 всевозможных 8-разрядных комбинаций, составленных из двух цифр «0» и «1» (в комбинаторике это называется числом размещений из 2 по 8 и равно 28): от 00000000 до 11111111. Удобство побайтового кодирования символов очевидно, поскольку байт — наименьшая адресуемая часть памяти и, следовательно, процессор может обратиться к каждому символу отдельно, выполняя обработку текста. С другой стороны, 256 символов — это вполне достаточное количество для представления самой разнообразной символьной информации.
Далее следует ввести понятие о таблице кодировки. Таблица кодировки — это стандарт, ставящий в соответствие каждому символу алфавита свой порядковый номер. Наименьший номер - 0, наибольший - 255. Двоичный код символа — это его порядковый номер в двоичной системе счисления. Таким образом, таблица кодировки устанавливает связь между внешним символьным алфавитом компьютера и внутренним двоичным представлением.
Международным стандартом для персональных компьютеров стала таблица ASSII. На практике можно встретиться и с другой таблицей — КОИ-8 (Код Обмена Информацией), которая используется в глобальных компьютерных сетях, на ЭВМ, работающих под управлением операционной системы Unix, а также на компьютерах типа PDP. Представление графической информация. Существуют два подхода к решению проблемы представления изображения на компьютере: растровый и векторный. Суть обоих подходов в декомпозиции, т.е. разбиении изображения на части, которые легко описать.
Растровый подход предполагает разбиение изображения на маленькие одноцветные элементы — видеопиксели, которые, сливаясь, дают общую картину. В таком случае видеоинформация представляет собой перечисление в определенном порядке цветов этих элементов. Векторный подход разбивает всякое изображение на геометрические элементы: отрезки прямой, эллиптические дуги, фрагменты прямоугольников, окружностей, области однородной закраски и пр. При таком подходе видеоинформация — это математическое описание перечисленных элементов в системе координат, связанной с экраном дисплея. Векторное представление более всего подходит для чертежей, схем, штриховых рисунков.
Кодировка ASCII
Чтобы представить текст числами, каждой букве присваивают числовое значение - кодируют значения букв. Присвоив всем буквам уникальное значение, мы получим кодировку (character set, endoding). Но использовать свою кодировку нет никакого смысла - вы сможете использовать её только в своей программе. На данный момент наибольшее распространение получила кодировка ASCII.
Первоначально один символ в кодировке ASCII занимал 7 бит. Но когда распространение получил 8-битный байт (да, существовали байты разных размеров), то ASCII была расширена до восьми бит. 7-битная кодировка в два раза меньше восьмибитной: 27=128 < 28=256.
Итак, первоначально в кодировке ASCII было 128 значений: от 0 до 127 (0x00 до 0x7f). Этого достаточно чтобы закодировать все буквы латинского алфавита, арабские цифры и ещё ряд знаков.
7-битная кодировка ASCII является основой для всех распространённых сейчас кодировок и чрезвычайно важна в программировании
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 199; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!