컴퓨터 아키텍처는 컴퓨터의 주요 장치와 그 목적, 기계에 프로그램과 데이터를 표시하는 방법, 구성 및 기능의 특징에 대한 일련의 정보로 이해됩니다.
컴퓨터의 원리는 다음과 같습니다.
1. 컴퓨터는 일련의 명령 형태로 제공되는 프로그램이 (컴퓨터 메모리에) 저장되어 있는 기계입니다.
2. 컴퓨터 실행 명령어 및 피연산자, 즉 명령에 의해 지정된 작업이 수행되는 데이터는 특정 비트 수의 이진 코드 형태로 컴퓨터에 제공됩니다.
3. 컴퓨터 메모리는 일련의 암기 형태로 구성됩니다.
각각 저장할 수 있는 기존 셀(기억)
일부 이진 코드 - 처리 중인 데이터를 나타내는 숫자 또는 알파벳 문자 코드, 컴퓨터 명령 코드. 특정 시점에 주소(이 셀의 일련 번호)를 지정하면 메모리 위치에 관계없이 쓰기 또는 읽기를 위해 이러한 셀 중 하나에 액세스할 수 있습니다. 이렇게 구성된 메모리를 랜덤 액세스 메모리라고 합니다.
4. 컴퓨터는 데이터 저장과 공유 메모리를 모두 사용합니다.
명령을 저장하기 위한 것입니다. 동시에 데이터 코드와 명령 자체에는 서로 명확하게 구분할 수 있는 기능이 없습니다. 프로세서는 실행 중인 프로그램의 컨텍스트에 의해서만 데이터와 명령을 구별합니다.
5. 데이터의 목적, 종류, 이용방법도 명확하게 명시되어 있지 않습니다. 이는 실행되는 프로그램의 컨텍스트에 따라 정의되고 구별됩니다.
일반적인 디지털 컴퓨터에는 세 가지 주요 구성 요소가 포함됩니다.
프로세서, 메모리 및 외부 장치. 일반적인 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.
프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU)는 기본적인 데이터 처리 작업, 숫자에 대한 산술 및 논리 연산을 수행하고 컴퓨터의 다른 부분의 작동을 제어하도록 설계된 장치입니다.
메모리 또는 RAM(Random Access Memory)이 전용입니다.
실행 중인 컴퓨터 프로그램을 구성하는 명령 코드와 데이터 또는 피연산자를 저장하기 위한 것입니다. 컴퓨터 프로세서가 명령으로 지정된 작업을 수행하는 이진수 또는 코드입니다.
컴퓨터는 입출력 장치나 외부(주변) 장치를 통해 외부 세계와 상호 작용합니다.
컴퓨터 구성 요소는 컴퓨터 구성 요소 간에 정보와 제어 신호를 전송하도록 설계된 일련의 통신 회선인 특수 컴퓨터 버스 또는 채널을 사용하여 서로 연결됩니다.
구현할 때 현대 컴퓨터모듈식 원리가 사용됩니다. 이 원칙의 본질은 컴퓨터가 일련의 장치 및 블록, 즉 완전한 기능을 구현하고 다른 모듈과 독립적인 모듈로 구성된다는 사실에 있습니다.
구조적으로도 모듈은 완전한 요소입니다. 개별 모듈개별 모듈의 회로(기능)를 변경하지 않고도 필요한 구성으로 상호 연결할 수 있습니다.
모듈식 원리의 주요 장점:
개별 장치를 새 장치(더 빠르고, 더 작은 크기, 더 적은 에너지 소비, 더 저렴함)로 교체하거나 새 모듈을 추가하여 작동 중에도 기능적 구성을 변경하지 않고 컴퓨터를 개선할 수 있는 능력
특정 응용 분야에 가장 적합한 다양한 특성을 가진 다수의 컴퓨터를 모듈로 조립할 수 있습니다.
문제 해결 및 수리를 단순화하여 오류 발생 시 컴퓨터 기능을 복원하는 시간을 줄입니다.
모듈은 버스를 통해 서로 연결됩니다. 물리적으로 버스는 지휘자이다. 전류통신선으로 구성되어 있습니다. 특정 시점의 각 라인을 통해 하나의 이진수(0 또는 1), 즉 정보 비트를 전송할 수 있습니다. 일반적으로 정보는 버스를 통해 양방향으로 전송될 수 있습니다.
일반적으로 컴퓨터 버스는 기능적으로 주소 버스, 데이터 버스 및 제어 버스의 세 가지 통신 회선 그룹으로 나뉩니다. 주소 버스는 컴퓨터 메모리에서 명령(명령) 또는 데이터를 찾을 위치, 즉 해당 메모리 셀의 주소에 대한 정보를 전달합니다. 데이터 버스는 이 데이터나 명령을 중앙 처리 장치로 전달합니다. 제어 버스는 프로세서와 외부 장치 간의 제어 신호 전송을 제공합니다.
두 모듈을 연결하는 버스 집합과 이들 사이의 정보 교환 순서를 결정하는 알고리즘을 인터페이스(인터페이스)라고 합니다.
인터페이스는 구성 요소 버스(주로 정보)의 너비(또는 비트 깊이)와 정보 교환 속도로 특징지어집니다. 최초의 PC 모델은 정보의 바이트와 단어를 각각 전송하고 처리하도록 설계된 8비트 및 16비트 데이터 버스를 사용했습니다(ISA 표준). 최근까지 대부분의 PC 모델은 32비트 데이터 전송에 중점을 둔 EISA, VCA, VL-BUS 표준을 사용했습니다. 최신 PC 모델은 64비트 데이터 버스를 사용합니다. 주소 버스의 폭은 컴퓨터 프로세서가 직접 접근할 수 있는 내부 메모리의 주소 공간 크기(RAM 및 ROM의 바이트 수)를 결정합니다.
최초의 PC 모델에는 16비트 주소 버스가 있었고, 특별한 방법주소 지정을 통해 CPU에 1MB의 RAM 및 ROM에 대한 액세스가 제공되었습니다. 최신 모델에는 32비트 및 64비트 주소 버스가 있으며 4GB 이상의 컴퓨터 내부 메모리에 대한 액세스를 제공합니다.
장치(모듈)를 서로 연결하여 컴퓨터를 구성하는 가장 간단하고 자연스러운 방법은 단일 인터페이스, 즉 컴퓨터에 포함된 모든 장치가 연결되는 인터페이스를 사용하는 것입니다. 이 구성 방법은 PC에서 구현됩니다(그림 1).
쌀. 3 PC 구현의 모듈형 원리
PC의 기본은 시스템 보드 또는 마더보드라고 불리는 전자 보드입니다. 이 보드에는 컴퓨터의 주요 장치인 마이크로프로세서와 내부 메모리 칩(RAM 및 ROM)이 포함되어 있기 때문입니다. 또한 시스템 보드에는 컴퓨터의 기능을 보장하는 여러 가지 추가 작동 장치 및 기타 장치가 포함되어 있습니다.
마더보드에 있는 모든 장치는 보드에도 있는 단일 인터페이스의 버스에 연결되어 PC의 단일 전자 회로를 형성합니다.
앞서 언급했듯이 컴퓨터의 주요 기능은 다음과 같습니다. 보관, 처리, 접수그리고 방송데이터. 이러한 기능을 수행하기 위해 컴퓨터에는 다양한 장치가 있습니다. 그들 각각은 하나 또는 다른 특정 기능을 수행합니다. 어느 현대 컴퓨터다음이 포함됩니다:
메모리 - 제공하는 장치 그룹 저장프로그램 및 데이터;
프로세서 - 제공하는 하나 이상의 장치 프로그램 지정 처리데이터;
I/O 장치 - 교환을 제공하는 장치 그룹입니다. 수신 및 전송사용자와 기계 사이 또는 둘 이상의 기계 사이의 데이터.
다양한 장치컴퓨터는 케이블, 커넥터 등 표준화되고 통합된 하드웨어를 사용하여 서로 연결됩니다. 이 경우 장치는 정보와 제어 신호를 서로 교환하며 이 신호도 일부 표준 형식으로 축소됩니다.
이러한 표준 수단과 형식의 조합은 특정을 형성합니다. 상호 작용이 장치나 컴퓨터 전체의 집합입니다." 인터페이스는 통합된 표준 규칙, 하드웨어 및 컴퓨터의 집합입니다. 소프트웨어, 장치나 프로그램, 장치나 프로그램과 사용자의 상호 작용을 위한 방법 및 규칙. 특정 모델의 컴퓨터에 포함될 수 있는 장치 세트와 이를 연결하는 수단을 나타내기 위해 이 용어가 사용됩니다. 하드웨어.
컴퓨터에 정보를 저장하는 기본 사항
앞에서 언급했듯이 정보는 항상 메시지의 형태를 취하고 메시지는 하나 또는 다른 기호, 기호 및 숫자 집합으로 인코딩됩니다. 이론적으로나 실험적으로 가장 편리하고 효과적인 것은 컴퓨터 기술 바이너리 코드,즉, 문자 집합, 숫자 쌍(0,1)으로 구성된 알파벳입니다. 바이너리 코드는 컴퓨터에 정보를 저장하는 데 사용되므로 바이너리 코드라고도 합니다. 기계어 코드.
집합 (0, 1)을 구성하는 숫자 0과 1은 소위 말하는 알파벳으로 사용되기 때문에 일반적으로 이진수라고 부릅니다. 이진수 시스템.숫자 체계는 숫자의 이름을 지정하고 쓰는 것뿐만 아니라 숫자를 나타내는 기호에서 숫자의 의미를 얻는 일련의 규칙과 기술입니다. 숫자 체계의 알파벳 문자 수는 일반적으로 이름에 반영됩니다(2진수, 3진수, 8진수, 10진수, 16진수 등). 컴퓨터 기술 구현의 관점에서 보면 작업하기가 훨씬 쉽습니다. 이진법의 두 자리 숫자(0, 1)입니다.
프로그램의 기계어 코드나 데이터 중 이진수 한 자리를 저장하는 데 사용되는 컴퓨터 메모리의 기본 장치를 이진수 또는 비트라고 합니다.
비트(Bit)라는 단어는 영어 용어인 Bit에서 유래되었으며, 이는 Binary Digit이라는 문구의 약어입니다. 기술적으로 비트는 다양한 방식으로 구현될 수 있습니다. 그러나 정확히 무엇
컴퓨터에서 수행되는 구체적인 방식은 우리에게 완전히 무관심합니다. 비트의 목적, 속성 및 기능을 이해하는 것이 중요합니다.
· 비트는 두 가지 가능한 상태 중 하나만 있을 수 있으며, 그 중 하나는 숫자 "O"의 이미지로 간주되고 다른 하나는 숫자 "1"의 이미지로 간주됩니다. 비트는 강제로 변경될 때까지 원하는 기간 동안 상태를 유지합니다. 유지하다그 안에 기록된 정보.
· 언제든지 비트가 "O" 상태 또는 "1" 상태 중 어느 상태에 있는지 확인할 수 있으며 비트의 현재 상태는 변경되지 않습니다. 즉, 다음을 수행할 수 있습니다. 읽다정보가 비트에 기록됩니다(손실 없이).
· 필요할 때마다 현재 상태에 관계없이 비트를 한 상태에서 다른 상태로 전송할 수 있습니다. 즉, 조금 있으면 할 수 있습니다. 써 내려 가다새로운 정보.
· 따라서 비트는 컴퓨터의 가장 중요한 세 가지 기능 중 하나인 정보를 저장하는 기초를 제공합니다.
비트는 아주 작은 정보입니다. 따라서 십진수(일의 자리, 십의 자리, 백의 자리 등)를 표현하는 데 여러 개의 십진수가 사용되는 것처럼 이진수와 이진 기계어 코드를 표현하기 위해 여러 개의 이진수, 여러 비트가 사용됩니다.
컴퓨터에 이진수를 저장하려면 다음과 같은 장치가 있습니다. 메모리 셀.이진수가 이진수로 구성되는 것처럼 셀은 여러 비트로 구성됩니다. 그리고 전체 컴퓨터 메모리는 각각에 넣을 수 있는 수많은 개별 셀로 구성된 자동 저장실로 비유적으로 상상할 수 있습니다. 써 내려 가다일부 이진수, 이진 기계 코드.
일반적으로 서로 다른 컴퓨터의 셀은 서로 다른 비트 수로 구성될 수 있습니다. 그러나 이는 서로 간의 정보 교환을 조직하는 데 심각한 어려움을 초래합니다. 다른 모델컴퓨터. 따라서 3세대 머신부터 시작하여, 기준 8비트로 구성된 셀입니다.
8비트로 구성된 컴퓨터 메모리의 한 요소를 바이트라고 합니다.
컴퓨터에서 정보를 처리할 때는 텍스트, 그래픽, 숫자, 오디오 및 기타 정보를 처리해야 합니다. 다양한 성격의 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 다른 방법들인코딩. 또한 동일한 유형의 정보에 대해 효율성이 서로 다르고 컴퓨터 리소스에 대한 요구 사항이 다른 다양한 인코딩 방법을 사용할 수도 있습니다.
선과 점이 많을수록 이미지가 더 선명하고 좋아집니다. 현재 허용되는 최소 해상도는 800 x 600, 즉 라인당 800픽셀, 화면당 600라인입니다.
이미지를 구성하는 선들은 하나의 연속된 선을 만드는 것처럼 위에서 아래로 차례로 볼 수 있습니다. 첫 번째 줄을 완전히 본 후 두 번째 줄을 본 다음 세 번째, 네 번째 등을 거쳐 화면의 마지막 줄까지 봅니다. 이 과정은 세계 대부분의 국가에서 채택하고 있는 텍스트를 왼쪽에서 오른쪽으로, 위에서 아래로 한 줄씩 읽는 방식과 매우 유사합니다. 이러한 문자열 작업 방법을 라인 스캐닝이라고 합니다. 스캐닝.그리고 각 선은 일련의 픽셀이므로 선으로 늘어난 전체 이미지는 기본 점의 선형 시퀀스로 간주될 수도 있습니다. 이 경우 이 시퀀스는 800,600 = 480,000픽셀로 구성됩니다. 먼저 코딩의 원리를 살펴보겠습니다. 단색화이미지, 즉 흑백, 녹색과 흰색, 갈색과 흰색 등 두 가지 대비되는 색상으로 구성된 이미지입니다. 설명의 단순화를 위해 색상 중 하나는 검정색이고 다른 하나는 흰색이라고 가정합니다. 그러면 이미지의 각 픽셀은 검은색 또는 흰색이 될 수 있습니다. 검정색에 바이너리 코드 "0"을 할당하고 흰색에 코드 "1"을 할당함으로써(또는 그 반대) 흑백 이미지의 한 픽셀 상태를 1비트로 인코딩할 수 있습니다. 그리고 1바이트는 8비트로 구성되므로 800개의 도트로 구성된 라인에는 100바이트의 메모리가 필요하고 전체 이미지에는 60,000바이트가 필요합니다. 그러나 결과 이미지의 대비가 너무 높아집니다. 실제 흑백 이미지는 흰색과 검정색 그 이상으로 구성됩니다. 여기에는 회색, 밝은 회색, 어두운 회색 등 다양한 중간 음영이 포함됩니다. 흰색과 검정색 외에도 밝은 회색과 어두운 회색이라는 두 가지 추가 그라데이션만 사용하는 경우 색상 상태를 인코딩하기 위해 1픽셀 2비트가 필요합니다. 이 경우 인코딩은 예를 들어 검정색, 색상 - 00 2, 어두운 회색 - 01 2, 밝은 회색 - 10 2, 흰색 - 11 2일 수 있습니다. 오늘날 일반적으로 받아들여지며 상당히 현실적입니다. 단색화이미지는 1바이트를 사용하여 1픽셀의 상태를 인코딩하는 것으로 간주되며, 이를 통해 완전한 흰색에서 완전한 검정색까지 256가지의 다양한 회색 음영을 전송할 수 있습니다. 이 경우 800 x 600 픽셀의 전체 래스터를 전송하려면 60,000이 아닌 480,000바이트가 모두 필요합니다.
컬러이미지는 다양한 방식으로 형성될 수 있습니다. 그 중 하나가 방법이다. RGB(빨간색, 녹색, 파란색-빨간색, 녹색, 파란색이라는 단어에서) 이는 인간의 눈이 모든 색상을 빨간색, 녹색 및 파란색의 세 가지 기본 색상의 합으로 인식한다는 사실에 의존합니다. 예를 들어 라일락 색은 빨간색과 파란색의 합이고 노란색은 빨간색과 녹색의 합입니다. 유색 픽셀을 얻으려면 하나가 아닌 세 가지 색의 광선이 화면의 동일한 위치로 보내집니다. 상황을 단순화하기 위해 각 색상을 인코딩하는 데 1비트이면 충분하다고 가정합니다. 비트의 0은 전체 색상에 이 기본 색상이 없고 1이 존재함을 의미합니다. 따라서 하나의 색상 픽셀을 인코딩하려면 각 색상마다 하나씩 3비트가 필요합니다. 첫 번째 비트는 빨간색, 두 번째 비트는 녹색, 세 번째 비트는 파란색에 해당합니다. 그런 다음 코드 101 2는 라일락을 의미합니다. 빨간색이 있고 녹색이 없으며 파란색이 있고 코드 110 2가 노란색입니다. 빨간색이 있고 녹색이 있고 파란색이 없습니다. 이 인코딩 방식을 사용하면 각 픽셀은 8가지 색상 중 하나를 가질 수 있습니다. 사실적인 흑백 이미지의 관례대로 각 색상을 1바이트를 사용하여 인코딩하면 각 기본 색상의 256가지 음영을 전송할 수 있습니다. 이 경우 총 256,256,256 = 16,777,216개의 서로 다른 색상이 전송되며 이는 인간 눈의 실제 감도에 매우 가깝습니다. 따라서 이 색상 인코딩 체계를 사용하면 하나의 픽셀 이미지에 3바이트 또는 24비트의 메모리가 필요합니다. 컬러 그래픽을 표현하는 이 방법을 일반적으로 트루 모드라고 합니다. 색상(트루 컬러 - 트루 컬러) 또는 풀 컬러정권.
풀 컬러 모드에는 많은 메모리가 필요합니다. 따라서 위에서 설명한 800 x 600 래스터의 경우 RGB 방법을 사용하면 1,440,000바이트가 필요합니다. 메모리를 절약하기 위해 우리는 개발 중입니다. 다양한 모드색상 렌더링 성능이 약간 떨어지지만 훨씬 적은 메모리를 필요로 하는 그래픽 형식입니다. 특히 모드를 언급할 수 있습니다. 좋은 혈색(high color - rich color) 16비트를 사용하여 한 픽셀의 색상을 전달하므로 65,535가지 색상을 전송할 수 있으며, 인덱스 모드,이는 이전에 특정 도면에 대해 생성된 사용된 색상 표를 기반으로 합니다. 그런 다음 메모리의 1바이트만 차지하는 인덱스 번호를 사용하여 이 테이블에서 원하는 픽셀 색상을 선택합니다. 이미지를 컴퓨터 메모리에 기록할 때 개별 도트의 색상 외에도 많은 정보를 기록해야 합니다. 추가 정보- 사진의 크기, 해상도, 도트의 밝기 등 이미지를 기록할 때 필요한 모든 정보를 컴퓨터 메모리 형태로 인코딩하는 구체적인 방법 그래픽 형식.인코딩 형식 그래픽 정보, 이미지를 구성하는 각 개별 픽셀의 색상 전송을 기준으로 그룹으로 분류됩니다. 래스터또는 BMP(Bit MaP - 비트맵) 형식.
오디오 및 비디오 정보
코딩 방법 개발 오디오 정보, 동영상(애니메이션 1 및 비디오 녹화)뿐만 아니라 위에서 설명한 정보 유형에 비해 지연이 발생했습니다. 컴퓨터를 사용하여 오디오 및 비디오 녹화물을 저장하고 재생하는 데 허용되는 방법입니다.
애니메이션은 애니메이션과 유사하지만 컴퓨터 그래픽을 사용하여 수행되는 이미지의 "부활"을 의미합니다. 애니메이션은 시간상 가까운 물체의 움직임 상태를 기록하는 컴퓨터를 사용하여 얻은 일련의 약간 다른 이미지입니다.
90년대에만 등장했다. XX세기 이러한 사운드 및 비디오 작업 방법을 호출합니다. 멀티미디어 기술.
소리는 공기의 다소 복잡한 연속 진동입니다. 연속 신호라고도 합니다. 비슷한 물건.이러한 연속 신호는 대략적이지만 충분한 정확도로 특정 수의 단순 정현파 진동의 합으로 표현될 수 있는 것으로 나타났습니다. 더욱이, 각 항, 즉 각 정현파는 특정 수치 매개변수 세트(진폭, 위상 및 주파수)에 의해 정확하게 지정될 수 있으며, 이는 다음과 같이 간주될 수 있습니다. 특정 시점의 사운드 코드.소리를 녹음하는 이러한 접근 방식을 디지털 형태로의 전환, 디지털화또는 견본 추출,계속되는 경고음이 교체되었기 때문에 이산적인(즉, 분리된 별도의 요소로 구성됨) 신호 값 집합 - 카운트신호 - 연속적인 순간에 단위 시간당 신호 샘플 수를 호출합니다. 샘플링 주파수.현재 오디오를 녹음할 때 멀티미디어 기술 8,11, 22, 44kHz ~ 192kHz의 주파수가 사용되며, 44kHz의 샘플링 속도는 1초의 연속 사운드가 44,000개의 개별 신호 샘플 세트로 대체됨을 의미합니다. 샘플링 속도가 높을수록 디지털화된 오디오의 품질이 좋아집니다.
오디오를 디지털 형식으로 변환하는 품질은 샘플링 주파수뿐만 아니라 한 샘플의 코드를 기록하기 위해 할당된 메모리 비트 수에 의해서도 결정됩니다. 이 매개변수는 일반적으로 변환 비트 심도.현재는 8, 16, 24비트가 일반적으로 사용됩니다. 형식은 위에 설명된 원칙을 기반으로 합니다. WAV(WAVeform-audio - 오디오의 파형에서) 오디오 인코딩. 컴퓨터에 연결된 마이크, 플레이어, 테이프 레코더, TV 및 기타 표준 오디오 장치에서 이 형식의 사운드 녹음을 얻을 수 있습니다. 그러나 WAV 형식은 많은 양의 메모리를 차지합니다(44kHz 및 16비트의 샘플링 속도로 스테레오 오디오를 녹음하는 경우 녹음 분당 약 1천만 바이트의 메모리가 필요합니다).
WAV 웨이브 형식 외에도 오디오 녹음에 널리 사용되는 형식입니다. 미디(악기 디지털 인터페이스 - 악기의 디지털 인터페이스). 실제로 이 형식은 일련의 지침, 즉 소위 명령입니다. 음악 신디사이저- 실제 악기의 소리를 모방하는 장치입니다. MIDI 인터페이스를 지원하는 특수 전자 악기에서는 MIDI 형식의 오디오 녹음만 수신할 수 있습니다. MIDI 형식은 고품질 사운드를 제공하며 WAV 형식보다 훨씬 적은 메모리를 필요로 합니다. 비디오 정보를 인코딩하는 것은 오디오 정보를 인코딩하는 것보다 훨씬 더 복잡한 문제입니다. 연속적인 움직임을 샘플링하는 것뿐만 아니라 이미지를 오디오와 동기화하는 것도 주의해야 하기 때문입니다. 현재 사용되는 형식은 다음과 같습니다. AVI(오디오-비디오 인터리브 - 오디오와 비디오를 번갈아 가며).
주요 멀티미디어 형식인 AVI 및 WAV는 메모리를 많이 사용합니다. 따라서 실제로 그들은 다양한 방법압축, 즉 오디오 및 비디오 코드의 압축입니다. 현재 제안된 압축 방법은 MPEG(동영상 전문가 그룹 - 동영상 전문가 그룹). 특히, 기준MPEG-1현재 인기 있는 여러 가지가 포함되어 있습니다. 형식녹음. 예를 들어, 다음 형식으로 녹음할 때 MRZ사실상 동일한 음질로 WAV 형식을 사용할 때보다 10배 적은 메모리가 필요합니다. 오디오 녹음을 WAV 형식에서 MP3 형식으로 변환하는 특수 프로그램이 있습니다. 기준 MPEG-2 TV 품질의 이미지와 스테레오 사운드를 제공하고 허용 가능한 메모리 요구 사항을 갖춘 비디오 압축 방법을 설명합니다. 기준 MPEG-4 CD에 사운드가 포함된 전체 길이의 컬러 필름을 녹음할 수 있습니다.
정보의 축적(저장), 처리 및 전송 작업은 개발의 모든 단계에서 인류에 직면했습니다. 각 단계는 정보 작업 수단의 특정 수준 개발에 해당하며, 그 진행은 매번 인류 사회에 새로운 특성을 부여했습니다. 이전에는 정보 처리의 주요 단계가 식별되었으며 컴퓨터를 사용하여 정보를 처리할 때 모든 과학에 공통적으로 적용됩니다. 솔루션의 과학적 기초는 컴퓨터 과학과 같은 과학이었습니다.
정보학은 정보, 정보 프로세스, 정보 기술 및 기술을 기반으로 한 개발, 창조의 과학 및 공학 문제 해결의 구조 및 일반 속성에 대한 연구를 다루는 복잡한 과학 및 기술 분야입니다. 사회 실천의 모든 영역에서 컴퓨터 장비와 기술을 구현하고 효과적으로 사용합니다.
컴퓨터 과학의 기원은 수세기에 걸쳐 찾아질 수 있습니다. 수세기 전에는 정보를 표현하고 기억해야 하는 필요성으로 인해 말하기, 쓰기, 계산이 등장했습니다. 사람들은 정보를 저장, 처리, 배포하는 방법을 고안하고 개선하려고 노력했습니다. 원시 암벽화, 자작나무 껍질과 점토판에 대한 기록, 손으로 쓴 책 등 먼 조상들이 정보를 보존하려는 시도에 대한 증거가 여전히 남아 있습니다.
16세기에 인쇄기가 등장하면서 필요한 정보를 처리하고 저장하는 사람의 능력이 크게 향상되었습니다. 이것은 인류 발전의 중요한 단계였습니다. 인쇄된 형태의 정보는 저장 및 교환의 주요 방법이었으며 20세기 중반까지 계속되었습니다. 컴퓨터의 출현으로만 근본적으로 새롭고 훨씬 더 많은 일이 이루어졌습니다. 효과적인 방법정보의 수집, 저장, 처리 및 전송(그림 1.1)
그림 1.1. 정보 저장 방법 개발
정보 전송 방법이 개발되었습니다. 사람에서 사람으로 메시지를 전송하는 원시적인 방법은 보다 진보적인 우편 서비스로 대체되었습니다. 우편 서비스충분히 주었다 믿을 수 있는 방법정보 교환. 그러나 이런 방식으로는 종이에 적힌 메시지만이 전달될 수 있다는 점을 잊어서는 안 된다. 그리고 가장 중요한 것은 메시지 전송 속도가 인간의 움직임 속도와 비슷하다는 것입니다. 전신과 전화의 발명은 정보 처리 및 전송에 근본적으로 새로운 가능성을 제공했습니다.
전자 컴퓨터의 출현으로 인간이 정보를 처리하는 속도(그림 1.2)와 정보를 전송하는 속도(그림 1.3)보다 수백만 배 빠른 속도로 정보를 처리하고 전송할 수 있게 되었습니다.
그림 1.2. 정보처리방법 개발
그림 1.3. 정보 전달 방법 개발
현대 컴퓨터 과학의 기초는 세 가지 구성 요소로 구성되며, 각 구성 요소는 상대적으로 독립적인 과학 분야로 간주될 수 있습니다(그림 1.4).
이론 컴퓨터 과학은 정보 및 정보 프로세스의 구조와 일반적인 속성에 대한 연구, 개발을 다루는 컴퓨터 과학의 일부입니다. 일반 원칙정보 기술 및 기술의 건설. 수학적 방법의 사용을 기반으로 하며 알고리즘 및 오토마타 이론, 정보 이론 및 코딩 이론, 형식 언어 및 문법 이론, 운영 연구 등과 같은 기본 수학적 섹션을 포함합니다.
정보 기술 도구(하드웨어 및 소프트웨어) – 일반적인 구성 원리 연구를 다루는 섹션 컴퓨팅 장치데이터 처리 및 전송 시스템, 소프트웨어 시스템 개발과 관련된 문제.
정보 시스템 및 기술은 정보 흐름 분석, 최적화, 다양한 복잡한 시스템의 구조화 문제 해결, 이러한 시스템에서 정보 프로세스 구현 원칙 개발과 관련된 컴퓨터 과학의 한 분야입니다.
컴퓨터 과학은 생산, 과학, 교육 및 기타 인간 활동 분야 등 현대 생활의 다양한 영역에서 널리 사용됩니다.
현대 과학의 발전에는 열핵 원자로 개발과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 실험이 포함됩니다. 컴퓨터 과학을 사용하면 실제 실험을 기계 실험으로 대체할 수 있습니다. 이를 통해 막대한 자원을 절약하고 가장 현대적인 방법을 사용하여 결과를 처리할 수 있습니다. 또한 이러한 실험은 실제 실험보다 시간이 훨씬 적게 걸립니다. 예를 들어 천체 물리학과 같은 일부 과학 분야에서는 실제 실험을 수행하는 것이 불가능합니다. 여기서 기본적으로 모든 연구는 계산 및 모델링 실험을 통해 수행됩니다.
그림 1.4. 과학 분야로서의 컴퓨터 과학의 구조
다른 과학과 마찬가지로 컴퓨터 과학의 발전은 새로운 성취, 발견, 결과적으로 오늘날 상상하기 어려울 수 있는 새로운 적용 영역을 수반합니다.
컴퓨터 과학은 여러 기본 및 응용 분야의 교차점에서 발생한 매우 광범위한 과학 지식 분야입니다.
복잡한 과학 분야로서 컴퓨터 과학은 다음과 같이 관련되어 있습니다(그림 1.5).
철학과 심리학 - 정보 교리와 지식 이론을 통해;
수학 - 수학적 모델링 이론, 이산 수학, 수학적 논리 및 알고리즘 이론을 통해;
언어학 - 공식 언어 및 수화 시스템 연구를 통해;
사이버네틱스 - 정보 이론 및 제어 이론을 통해;
물리 및 화학, 전자 및 무선 공학 - 컴퓨터 및 정보 시스템의 "재료"부분을 통해.
그림 1.5. 컴퓨터 과학과 다른 과학의 관계
사회 발전에서 컴퓨터 과학의 역할은 매우 큽니다. 이는 사회 정보화 과정의 과학적 기초이다. 이와 관련하여 컴퓨터 기술의 능력이 점진적으로 증가하고 개발이 이루어지고 있습니다. 정보 네트워크, 생산, 과학, 교육, 의학 등 사회의 모든 영역에서 중대한 변화를 가져오는 새로운 정보 기술의 창출
컴퓨터 과학의 주요 기능은 컴퓨터를 사용하여 정보를 변환하는 방법과 수단을 개발하고 이를 정보 변환의 기술적 프로세스를 구성하는 데 적용하는 것입니다.
그 기능을 수행하면서 컴퓨터 과학은 다음 문제를 해결합니다.
사회 시스템의 정보 프로세스를 탐구합니다.
정보기술을 개발하고 창조합니다. 최신 기술정보 프로세스 연구 중에 얻은 결과를 기반으로 한 정보 변환;
인간 활동의 모든 영역에서 컴퓨터 장비 및 기술의 효과적인 사용을 생성, 구현 및 보장하는 과학 및 엔지니어링 문제를 해결합니다.
1.2. 정보의 개념. 정보 수집, 전송, 처리 및 저장 프로세스의 일반적인 특성
사람의 전체 삶은 시각, 청각, 미각, 후각 및 촉각 등 오감을 사용하여 주변 세계로부터받는 정보의 축적 및 처리와 어떤 식 으로든 연결되어 있습니다. 과학적 범주로서 "정보"는 컴퓨터 과학, 사이버네틱스, 철학, 물리학, 생물학, 커뮤니케이션 이론 등 다양한 분야의 연구 주제입니다. 그럼에도 불구하고 정보가 무엇인지에 대한 엄격한 과학적 정의는 아직 존재하지 않습니다. , 대신 그들은 일반적으로 정보의 개념을 사용합니다. 개념은 다양한 과학 및 기술 분야의 다양한 분야가 개념에 다른 의미를 부여하여 특정 분야의 주제 및 목표와 가장 일치한다는 점에서 정의와 다릅니다. 정보의 개념에 대한 정의는 가장 일반적인 철학(정보는 실제 세계를 반영함)부터 가장 구체적으로 적용되는 것(정보는 처리 대상인 정보)까지 다양합니다.
처음에 "정보"(라틴어 Informatio – 설명, 프리젠테이션)라는 단어의 의미는 인간의 의식과 의사소통에만 고유한 것으로 해석되었습니다. "지식, 정보, 메시지, 사람들이 구두로, 서면으로 또는 기타 방식으로 전달하는 뉴스 방법.”
정보는 물질도 아니고 에너지도 아니다. 그들과 달리 그것은 생기고 사라질 수 있습니다.
정보의 특징은 개체의 상호 작용 중에만 나타나고 정보 교환은 개체 간에는 전혀 발생할 수 없고 조직화된 구조(시스템)를 나타내는 개체 간에만 발생할 수 있다는 것입니다. 사람만이 이 시스템의 요소가 될 수 있는 것이 아닙니다. 동물과 식물의 세계, 생명체와 무생물, 사람과 장치 사이에서 정보 교환이 발생할 수 있습니다.
정보는 현대 생산의 가장 중요한 자원입니다. 정보는 토지, 노동, 자본의 필요성을 줄이고 원자재 및 에너지 소비를 줄이고 새로운 생산에 생명을 불어넣고 상품이며 정보 판매자는 이후에도 정보를 잃지 않습니다. 판매, 축적될 수 있습니다.
"정보"의 개념은 일반적으로 정보의 "소스"와 정보의 "수신자"(소비자, 수취인)라는 두 가지 개체의 존재를 전제로 합니다.
정보는 특정 환경에서 전파되는 신호(예: 전기, 빛, 소리 등)의 형태로 물질 및 에너지 형태로 소스에서 수신기로 전송됩니다.
신호(라틴어 signum - sign에서 유래)는 관찰된 객체의 이벤트나 상태에 대한 메시지(정보)를 전달하는 물리적 프로세스(현상)입니다.
정보는 아날로그(연속) 형태로 또는 개별적으로(개별 신호의 시퀀스) 형태로 제공될 수 있습니다. 따라서 아날로그 정보와 이산 정보가 구별됩니다.
정보의 개념은 두 가지 입장에서 고려될 수 있습니다. 넓은 의미에서 그것은 우리 주변의 세계, 사람 간의 정보 교환, 생명체와 무생물, 사람과 장치 간의 신호 교환입니다. 좁은 의미에서 정보는 저장, 변환 및 전송될 수 있는 모든 정보입니다.
정보는 현실 세계의 특정 속성으로, 일련의 신호 형태로 객관적으로 반영되며 정보의 "수신자"와 상호 작용할 때 나타납니다. 이를 통해 주변 세계에서 이러한 신호를 분리하고 등록할 수 있습니다. 하나 또는 다른 기준에 따라 식별합니다.
이 정의에 따르면 다음과 같습니다.
정보는 객관적입니다. 왜냐하면 이러한 물질의 속성은 반사이기 때문입니다.
정보는 신호의 형태로 나타나며 개체가 상호 작용할 때만 나타납니다.
동일한 정보도 "수신자"의 "조정"에 따라 수신자마다 다르게 해석될 수 있습니다.
사람은 감각을 통해 신호를 인식하며, 이는 뇌에 의해 "식별"됩니다. 기술의 정보 수신기는 다양한 측정 및 기록 장비를 사용하여 신호를 인식합니다. 동시에, 신호 등록 시 감도가 더 높은 수신기와 신호 처리를 위한 고급 알고리즘을 사용하면 많은 양의 정보를 얻을 수 있습니다.
정보에는 특정 기능이 있습니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.
인지 – 새로운 정보를 얻습니다. 이 기능은 주로 다음과 같은 정보 유통 단계를 통해 구현됩니다.
– 합성 (생산)
- 성능
– 저장(시간 경과에 따른 전송)
– 인식(소비)
의사소통은 다음과 같은 정보 순환 단계를 통해 구현되는 사람들의 의사소통 기능입니다.
– 전송 (공간에서)
- 분포
관리 – 정보를 수신하는 관리 시스템의 적절한 동작 형성. 정보의 이러한 기능은 인지 및 의사소통과 불가분의 관계가 있으며 처리를 포함한 모든 주요 순환 단계를 통해 실현됩니다.
정보가 없으면 어떤 형태의 생명도 존재할 수 없으며, 인간이 만든 어떤 정보 시스템도 작동할 수 없습니다. 그것이 없으면 생물학적, 기술적 시스템은 화학 원소 더미와 같습니다. 의사소통, 의사소통, 정보교환은 모든 생명체에게 내재되어 있지만, 특히 인간에게는 더욱 그렇습니다. 정보는 특정 위치에서 축적되고 가공되어 새로운 정보를 제공하고 새로운 지식으로 이어집니다. 주변 세계로부터 정보를 얻는 것, 그 분석 및 생성은 인간의 주요 기능 중 하나를 구성하며 인간을 나머지 세계와 구별합니다.
일반적으로 정보의 역할은 사람에 대한 정서적 영향으로 제한될 수 있지만 대부분 자동(순수한 기술) 및 자동화(인간-기계) 시스템에서 제어 조치를 개발하는 데 사용됩니다. 이러한 시스템에서는 정보 순환의 개별 단계(단계)를 구분할 수 있으며, 각 단계는 특정 작업을 특징으로 합니다.
정보를 가지고 수행되는 일련의 작업을 정보 프로세스라고 합니다.
주요 정보 프로세스는 다음과 같습니다.
– 정보 수집(인식)
– 정보 준비(변환)
– 정보 전송;
– 정보 처리(변환)
- 데이터 저장고;
– 정보 표시(재생).
정보의 물질적 전달자는 신호이기 때문에 실제로 이는 신호 순환 및 변환 단계가 됩니다(그림 1.6).
그림 1.6. 기본정보처리
정보 인식 단계에서는 모든 객체 (프로세스)에 대한 정보를 의도적으로 추출 및 분석하여 객체의 이미지가 형성되고 식별 및 평가가 수행됩니다. 이 단계의 주요 임무는 분리하는 것입니다. 유용한 정보어떤 경우에는 심각한 어려움과 관련된 간섭(소음)으로부터.
정보 준비 단계에서 기본 변환이 수행됩니다. 이 단계에서는 정규화, 아날로그-디지털 변환, 암호화 등의 작업이 수행됩니다. 때로는 준비 단계가 인식 단계의 보조 단계로 간주되기도 합니다. 인식과 준비의 결과로 신호는 전송, 저장 또는 처리에 편리한 형태로 획득됩니다.
전송 단계에서 정보는 한 곳에서 다른 곳으로 전송됩니다(발신자에서 수신자(수취인)로). 전송은 다양한 물리적 특성의 채널을 통해 수행되며 그 중 가장 일반적인 것은 전기, 전자기 및 광학입니다. 잡음이 있는 채널의 출력에서 신호를 추출하는 것은 2차 인식의 성격을 갖습니다.
정보 처리 단계에서는 시스템에 관심이 있는 일반적이고 중요한 상호 의존성이 식별됩니다. 처리 단계(및 기타 단계)에서의 정보 변환은 정보 기술을 통해 또는 인간에 의해 수행됩니다.
정보 처리는 "상식", 직관, 일반화된 경험, 확립된 견해 및 행동 규범을 기반으로 한 비공식 규칙뿐만 아니라 논리, 수학의 법칙에 따라 수행되는 정보의 변환으로 이해됩니다. 처리 결과도 정보이지만 다른 형식(예: 일부 특성에 따라 정렬)으로 표시되거나 제기된 질문에 대한 답변(예: 특정 문제에 대한 솔루션)을 포함합니다. 처리과정이 정형화된 경우에는 기술적 수단을 통해 처리할 수 있습니다. 이 분야의 근본적인 변화는 다음과 같은 컴퓨터의 탄생으로 인해 발생했습니다. 범용 변환기데이터 및 데이터 처리의 개념이 나타난 정보.
데이터는 사실, 형식화된 형식(인코딩)으로 표현되고 특정 매체에 기록되며 특별한 기술 수단(주로 컴퓨터)을 사용하여 처리할 수 있는 정보입니다.
데이터 처리에는 객관적으로 필요한 새로운 데이터를 얻기 위해(예: 중요한 결정을 준비할 때) 주로 산술 및 논리에 대한 다양한 작업을 수행하는 작업이 포함됩니다.
저장 단계에서 정보는 나중에 사용할 수 있도록 저장 장치에 기록됩니다. 정보를 저장하는 데에는 주로 반도체와 자기 매체가 사용됩니다.
정보 표시 단계는 인간 참여 단계보다 선행되어야 합니다. 이 단계의 목적은 사람의 감각에 영향을 미칠 수 있는 장치를 사용하여 사람에게 필요한 정보를 제공하는 것입니다.
모든 정보에는 사용자의 요구 사항(정보 품질)을 충족하는 정도를 함께 결정하는 여러 가지 속성이 있습니다. 각 과학 분야는 가장 중요한 속성을 고려하기 때문에 정보의 다양한 속성을 인용할 수 있습니다. 컴퓨터 과학의 관점에서 가장 중요한 것은 다음과 같습니다.
정보의 관련성은 시간이 지나도 소비자를 위한 가치를 유지하는, 즉 "도덕적" 진부화의 대상이 되지 않는 정보의 속성입니다.
정보의 완전성은 특정 문제를 해결하는 데 충분한 정도를 나타내는 정보의 속성입니다. 정보의 완전성은 올바른(최적) 결정의 채택을 보장한다는 의미입니다. 잘 정의된 작업 또는 작업 그룹과 관련하여 평가됩니다.
정보의 적절성은 의미 있는 정보를 대상의 상태와 일치시키는 속성입니다. 신원 위반은 정보의 기술적 노화와 관련이 있으며, 이는 사물의 실제 특성과 정보에 표시된 동일한 특성 사이에 불일치가 있는 경우입니다.
정보 보안은 의도된 사용을 위한 특정 정보 배열의 준비 정도를 특징으로 하며 자동화된 솔루션에 필요한 정보 배열의 지속적인 가용성과 적시 제공을 보장하기 위해 정보를 제어하고 보호하는 능력으로 결정되는 정보의 속성입니다. 시스템의 목표 및 기능적 작업.
정보의 신뢰성은 실제 정보 단위와 실제 의미의 일치 정도를 특징으로 하는 정보의 속성입니다. 필요한 수준의 정보 신뢰성은 정보 처리의 모든 단계에서 정보를 제어하고 보호하는 방법을 도입하고 정보 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 복합체뿐만 아니라 관리 및 조직적 조치의 신뢰성을 높여 달성됩니다.
정보 사회현대 사회는 인간 활동의 모든 영역에서 유통되는 정보의 양이 급격히 증가하는 것이 특징입니다. 이는 사회의 정보화로 이어졌다.
사회의 정보화는 정보 수요를 충족하고 개인의 권리를 실현하기 위한 최적의 조건을 조성하는 조직화된 사회경제적, 과학적, 기술적 과정으로 이해됩니다. 법인정보 자원의 형성 및 사용을 기반으로 - 다양한 형태의 프레젠테이션 문서.
정보화의 목표는 대다수의 사람들이 정보의 생산, 저장, 처리, 판매 및 이용에 종사하는 정보 사회를 만드는 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 사회 구성원의 과학적이고 실천적인 활동에 새로운 방향이 나타나고 있습니다. 이것이 컴퓨터 과학과 정보 기술이 등장한 방식입니다.
정보사회의 특징은 다음과 같다.
1) 정보 위기 문제의 부재, 정보의 홍수와 정보 기아 사이의 모순 제거;
2) 다른 자원보다 정보의 우선순위;
3) 창조 정보경제사회 발전의 주요 형태로;
4) 최신 정보 기술 및 기술을 사용하여 지식의 자동화된 생성, 저장, 처리 및 사용의 형성.
5) 본질적으로 글로벌화되는 정보 기술은 인간 사회 활동의 모든 영역을 포괄합니다.
6) 모든 인류 문명의 정보 통일성 형성;
7) 모든 사람이 무료로 접근할 수 있도록 구현 정보 자원전체 문명;
8) 사회 관리와 환경에 대한 영향에 대한 인본주의적 원칙의 해결.
사회 정보화 과정의 나열된 긍정적인 결과 외에도 이 과정에 수반되는 부정적인 경향도 있을 수 있습니다.
1) 언론의 과도한 영향력;
2) 개인의 사생활에 대한 정보 기술의 침입;
3) 일부 사람들의 적응 어려움 정보 사회;
4) 신뢰할 수 있는 정보의 질적 선택 문제.
현재 정보사회에 가장 가까운 국가는 미국, 일본, 영국, 서유럽 국가들이다.
1.3. 숫자 체계
숫자 체계는 주어진 특수 문자(숫자) 세트를 사용하여 숫자를 쓰는 방법입니다.
위치 시스템과 비 위치 시스템이 있습니다.
비위치 숫자 시스템에서 숫자의 가중치는 숫자에서 차지하는 위치에 의존하지 않습니다. 예를 들어 숫자 XXXII(32)의 로마 숫자 체계에서 어떤 위치에서든 숫자 X의 가중치는 단순히 10입니다.
위치 숫자 체계에서 각 숫자의 가중치는 숫자를 나타내는 숫자 순서의 위치에 따라 달라집니다.
모든 위치 시스템은 기본이 특징입니다. 위치 번호 체계의 기본은 주어진 체계에서 숫자를 나타내는 데 사용되는 다양한 기호 또는 기호의 수입니다.
2, 3, 4, 16 등 모든 자연수를 기본으로 사용할 수 있습니다. 결과적으로 무한한 수의 위치 시스템이 가능합니다.
십진수 체계그것은 인도에서 유럽으로 왔고, 그곳에서는 늦어도 서기 6세기에 나타났습니다. 이자형. 이 시스템에는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 등 10개의 숫자가 있지만 정보는 숫자뿐만 아니라 숫자가 있는 위치(즉, 위치). 십진수 체계에서는 숫자 10과 그 거듭제곱(10, 100, 1000 등)이 특별한 역할을 합니다. 숫자의 가장 오른쪽 숫자는 1의 수를 나타내고, 오른쪽에서 두 번째 숫자는 10의 수를 나타내며, 다음은 수백의 수 등을 보여줍니다.
이진수 체계이 시스템에는 0과 1이라는 두 개의 숫자만 있습니다. 여기서 숫자 2와 그 거듭제곱은 2, 4, 8 등 특별한 역할을 합니다. 숫자의 가장 오른쪽 숫자는 1의 수를 나타내고 다음 숫자는 1의 수를 나타냅니다. 2의 수, 다음은 4의 수 등을 표시합니다. 이진수 시스템을 사용하면 모든 자연수를 인코딩할 수 있습니다. 이를 0과 1의 시퀀스로 나타냅니다. 이진 형식에서는 숫자뿐만 아니라 텍스트, 사진, 영화, 오디오 녹음 등 기타 정보도 표현할 수 있습니다. 엔지니어들은 기술적으로 구현하기 쉽기 때문에 바이너리 코딩에 매력을 느낍니다.
8진수 체계이 숫자 체계에는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 등 8개의 숫자가 있습니다. 가장 낮은 숫자에 표시된 숫자 1은 십진수와 마찬가지로 단순히 1을 의미합니다. 다음 숫자의 동일한 숫자 1은 8을 의미하고 다음 숫자는 64 등을 의미합니다. 숫자 100(8진수)은 64(10진수)를 넘지 않습니다. 예를 들어 숫자 611(8진수)을 2진수로 변환하려면 각 숫자를 해당하는 2진수 트라이어드(3자리)로 바꿔야 합니다. 여러 자리 이진수를 8진수 시스템으로 변환하려면 오른쪽에서 왼쪽으로 3화음으로 나누고 각 3화음을 해당 8진수로 바꿔야 한다고 추측하기 쉽습니다.
16진수 체계8진수 체계로 숫자를 쓰는 것은 매우 간단하지만 16진수 체계에서는 훨씬 더 간단합니다. 16개의 16진수 숫자 중 처음 10개는 일반적인 숫자인 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9이지만 나머지 6자리는 라틴 알파벳의 첫 글자인 A, B, C입니다. , D, E, F. 최하위 숫자로 쓰여진 숫자 1은 단순히 1을 의미합니다. 다음 숫자의 동일한 숫자 1은 16(십진수)이고 다음 숫자는 256(십진수)입니다. 최하위 숫자에 표시된 숫자 F는 15(십진수)를 의미합니다. 16진수에서 2진수로의 변환과 그 반대로의 변환은 8진수 시스템과 동일한 방식으로 수행됩니다.
표 1. 세 가지 숫자 체계 모두의 처음 몇 개의 자연수 간의 대응
1.4. 인코딩 정보
현재 모든 컴퓨터에서 정보는 전기 신호를 사용하여 표현됩니다. 이 경우 두 가지 형태의 표현이 가능합니다. 연속 신호 형태(비슷한 값 사용 - 아날로그)와 여러 신호 형태(각각은 다음 중 하나에 해당하는 전압 세트 사용) 표현된 값의 자릿수).
정보 표현의 첫 번째 형태는 아날로그 또는 연속이라고 합니다. 이 형식으로 표시되는 값은 기본적으로 특정 범위 내의 모든 값을 가질 수 있습니다. 그러한 양이 취할 수 있는 값의 수는 무한히 많습니다. 따라서 이름은 연속 수량과 연속 정보입니다. 연속성이라는 단어는 해당 수량의 주요 속성, 즉 중단 없음, 주어진 아날로그 수량을 취할 수 있는 값 사이의 간격을 명확하게 강조합니다. 아날로그 형식을 사용하면 컴퓨터를 만드는 데 더 적은 수의 장치가 필요하지만(각 수량은 여러 신호가 아닌 하나로 표시됨) 이러한 장치는 더 복잡해집니다(상당히 더 많은 수의 신호 상태를 구별해야 함). 연속형 표현은 아날로그 컴퓨터(AVM)에서 사용됩니다. 이러한 기계는 주로 미분 방정식 시스템으로 설명되는 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다. 즉, 움직이는 물체의 동작 연구, 프로세스 및 시스템 모델링, 파라메트릭 최적화 및 최적 제어 문제 해결 등이 있습니다. 연속 신호를 처리하는 장치는 더 높은 성능을 가지며 신호를 통합하고 기능 변환 등을 수행할 수 있습니다. 그러나 논리 연산을 수행하는 장치의 기술적 구현이 복잡하기 때문에 연속적인 신호, 이러한 신호의 장기 저장 및 정확한 측정으로 인해 AVM은 대량의 정보 저장 및 처리와 관련된 문제를 효과적으로 해결할 수 없습니다.
두 번째 형태의 정보 표현은 이산형(디지털)이라고 합니다. 가능한 모든 값을 취하지 않고 매우 구체적인 값만 취하는 이러한 수량을 이산형(불연속형)이라고 합니다. 연속 수량과 달리 이산 수량의 값 수는 항상 유한합니다. 이산형 표현은 대량의 정보를 저장, 처리 및 전송하는 것과 관련된 문제를 쉽게 해결하는 디지털 전자 컴퓨터(컴퓨터)에 사용됩니다.
관련된 정보로 컴퓨터 작업을 자동화하려면 다양한 방식, 표현 형식을 통일하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해 일반적으로 코딩 기술이 사용됩니다.
인코딩은 신호의 후속 사용에 편리하거나 적합한 특정 형식으로 신호를 표현하는 것입니다. 더 엄밀히 말하면 한 문자 집합에서 다른 문자 집합으로의 매핑을 설명하는 규칙입니다. 그러면 표시되는 문자 집합을 원래 알파벳이라고 하고 표시에 사용되는 문자 집합을 코드 알파벳 또는 인코딩용 알파벳이라고 합니다. 이 경우 원래 알파벳의 개별 문자와 그 조합이 모두 코딩 대상입니다. 마찬가지로 코드를 구성하려면 코드 알파벳의 개별 문자와 그 조합이 모두 사용됩니다.
원본 알파벳의 한 문자(또는 하나의 문자 조합)를 인코딩하는 데 사용되는 코드 알파벳의 문자 집합을 코드 조합, 줄여서 문자 코드라고 합니다. 이 경우, 코드조합에는 코드알파벳 중 1개의 문자가 포함될 수 있다.
코드조합에 해당하는 원본알파벳의 문자(또는 문자들의 조합)을 원본문자라 한다.
코드 조합의 집합을 코드라고 합니다.
소스 알파벳의 문자(또는 소스 알파벳의 개별 문자가 인코딩되지 않은 경우 문자 조합)와 해당 코드 조합의 관계는 대응 테이블(또는 코드 테이블)을 구성합니다.
그 예로는 수학 표현식 작성 시스템, 모스 부호, 해군기 알파벳, 시각 장애인을 위한 점자 시스템 등이 있습니다.
컴퓨터 기술에도 자체 코딩 시스템이 있습니다. 이를 이진 코딩이라고 하며 데이터를 0과 1이라는 두 문자의 시퀀스로 표현하는 데 기반을 둡니다(이진수 시스템이 사용됨). 이러한 문자를 이진수 또는 비트라고 합니다.
이진 코딩 시스템의 비트 수를 1만큼 늘리면 이 시스템에서 표현할 수 있는 값의 수가 두 배로 늘어납니다. 값의 수를 계산하려면 다음 공식을 사용하십시오.
여기서 N은 독립적으로 인코딩된 값의 수이고,
m은 이 시스템에 채택된 이진 코딩의 비트 깊이입니다.
예를 들어 10비트(m)로 인코딩할 수 있는 값(N)은 몇 개일까?
이를 위해 2의 10승(m)을 올리고 N = 1024를 얻습니다. 즉, 이진 코딩 시스템에서 10자리는 1024개의 독립적으로 인코딩된 값을 인코딩할 수 있습니다.
텍스트 정보 인코딩텍스트 데이터를 인코딩하기 위해 알파벳의 각 문자를 특정 정수와 일치시키는 것을 기반으로 특별히 설계된 인코딩 테이블이 사용됩니다. 8개의 이진수는 256개의 서로 다른 문자를 인코딩하는 데 충분합니다. 이는 8비트의 다양한 조합으로 영어와 러시아어의 모든 문자(소문자, 대문자)는 물론 구두점, 기본 기호를 표현하기에 충분합니다. 산술 연산일부는 일반적으로 허용됩니다. 특수 기호. 그러나 모든 것이 그렇게 단순하지는 않으며 특정 어려움이 있습니다. 컴퓨터 기술 개발 초기에는 필요한 표준의 부족과 관련이 있었지만 이제는 동시에 존재하고 모순되는 표준이 풍부하기 때문에 발생합니다. 전 세계에서 사용되는 거의 모든 언어에는 자체 코드 테이블이 있습니다. 전 세계가 텍스트 데이터를 동일한 방식으로 인코딩하려면 통일된 인코딩 테이블이 필요하지만 아직까지는 가능하지 않습니다.
그래픽 정보 인코딩그래픽 정보의 인코딩은 이미지가 래스터라는 특징적인 패턴을 형성하는 작은 점으로 구성된다는 사실에 기초합니다. 각 점에는 고유한 선형 좌표와 속성(밝기)이 있으므로 정수를 사용하여 표현할 수 있습니다. 래스터 코딩을 사용하면 이진 코드를 사용하여 그래픽 정보를 표현할 수 있습니다. 흑백 그림은 컴퓨터에서 256가지 회색 음영의 점 조합으로 표시됩니다. 8비트 이진수는 모든 점의 밝기를 인코딩하는 데 충분합니다.
컬러 그래픽 이미지를 인코딩하기 위해 임의의 색상을 주요 구성 요소로 분해(분해)하는 원리가 사용됩니다. 이 경우, 컬러 그래픽 정보를 인코딩하는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 실제로 인간의 눈에 보이는 모든 색상은 원색을 기계적으로 혼합하여 얻을 수 있다고 믿어집니다. 이러한 구성 요소로는 빨간색(Red, R), 녹색(Green, G), 파란색(Blue, B)의 세 가지 기본 색상이 사용됩니다. 이 코딩 시스템을 RGB 시스템이라고 합니다.
컬러 이미지에서 한 지점의 색상을 인코딩하는 데는 24비트가 필요합니다. 동시에 코딩 시스템은 실제로 인간의 눈의 감도에 가까운 1,650만 가지 색상을 명확하게 식별합니다. 24개의 바이너리 비트를 사용하여 컬러 그래픽을 표현하는 모드를 트루 컬러라고 합니다.
각 기본 색상은 추가 색상, 즉 기본 색상을 흰색으로 보완하는 색상과 연관될 수 있습니다. 따라서 보색은 청록색(Cyan, C), 마젠타(Magenta, M) 및 노란색(Yellow, Y)입니다. 이 코딩 방법은 인쇄에 허용되지만 인쇄에는 네 번째 잉크인 검정색(Black, K)도 사용됩니다. 이 시스템코딩은 CMYK로 지정되며 이 시스템에서 컬러 그래픽을 표현하려면 32개의 이진 비트가 있어야 합니다. 이 모드를 트루 컬러라고 합니다.
각 포인트의 색상을 인코딩하는 데 사용되는 이진 비트 수를 줄이면 데이터 양을 줄일 수 있지만 인코딩된 색상 범위가 눈에 띄게 줄어듭니다. 16비트 이진수를 사용하여 컬러 그래픽을 인코딩하는 것을 하이 컬러 모드라고 합니다.
오디오 정보 인코딩오디오 정보를 인코딩하는 기술과 방법은 가장 최근에 컴퓨터 기술에 도입되었으며 아직 표준화와는 거리가 멀습니다. 두 가지 주요 방향이 구분될 수 있지만 많은 개별 회사가 자체 기업 표준을 개발했습니다.
FM(주파수 변조) 방법은 이론적으로 모든 복잡한 사운드가 서로 다른 주파수의 일련의 단순 고조파 신호로 분해될 수 있으며, 각 신호는 정규 정현파를 나타내므로 수치 매개변수로 설명할 수 있다는 사실에 기초합니다. , 코드. 자연 속에서 소리 신호연속 스펙트럼을 가지고 있습니다. 즉, 아날로그입니다. 고조파 계열로의 확장과 이산 디지털 신호 형태의 표현은 아날로그-디지털 변환기(ADC)라는 특수 장치에 의해 수행됩니다. 수치적으로 인코딩된 오디오를 재생하기 위한 역변환은 디지털-아날로그 변환기(DAC)에 의해 수행됩니다. 이러한 변환 중에 일부 정보가 손실되므로 녹음 품질은 일반적으로 완전히 만족스럽지 않으며 전자 음악의 "색상" 특성을 가진 가장 단순한 전자 악기의 음질에 해당합니다.
웨이브 테이블 합성 방법은 현재의 기술 개발 수준에 더 잘 부합합니다. 다양한 악기의 사운드 샘플을 저장하는 미리 준비된 테이블이 있습니다. 기술적으로 이러한 샘플을 샘플이라고 합니다. 숫자 코드는 악기의 종류, 모델 번호, 음높이, 소리의 지속 시간과 강도, 변화의 역동성을 표현합니다. "실제" 사운드를 샘플로 사용하기 때문에 합성 결과 얻은 사운드의 품질이 매우 높아 실제 악기의 음질에 가깝습니다.
데이터 단위정보의 가장 작은 단위는 8비트에 해당하는 바이트입니다. 1바이트는 256개 값 중 하나를 인코딩할 수 있습니다. 킬로바이트(KB), 메가바이트(MB), 기가바이트(GB), 테라바이트(TB)와 같은 더 큰 단위도 있습니다.
1바이트 = 8비트
1KB = 1024바이트
1MB = 1024KB = 2 20바이트
1GB = 1024MB = 2 30바이트
1TB = 1024GB = 2 40바이트
통제 질문
1. 컴퓨터 과학은 무엇을 연구하나요?
2. 정보를 수집, 저장, 전송하는 방법은 어떻게 발전해 왔습니까?
3. 현대 컴퓨터 과학의 구조는 무엇입니까?
4. 정보란 무엇인가?
5. 정보는 어떤 기능을 수행합니까?
6. 주요 정보 프로세스를 특성화하십시오.
7. 데이터와 정보의 주요 차이점은 무엇입니까?
8. 정보에는 어떤 속성이 있습니까?
9. 사회의 정보화란 무엇을 의미하는가?
10. 정보사회의 특징은 무엇인가?
11. 수체계란 무엇이고 어떤 종류가 있나요? 예를 들다.
12. 주요 내용을 설명하세요. 위치 시스템계산.
13. 정보는 어떤 두 가지 형태로 제공될 수 있습니까? 그것들을 설명하고 예를 들어보세요.
14. 코딩이란 무엇입니까? 생활 속 코딩 사례를 들어보세요.
15. 컴퓨터의 정보 표현의 기본 단위는 무엇입니까?
16. 컴퓨터에는 다양한 유형의 정보가 어떻게 인코딩됩니까?
17. 정보를 측정하는 데 어떤 단위가 사용됩니까?
3.1 컴퓨터에서의 데이터 표현
수학적 계산을 수행할 때 컴퓨터 내부의 숫자는 자연 표기법과 일반 표기법을 사용하여 표현할 수 있습니다.
자연스러운 형태로 쓰는 예는 숫자 456.43입니다. 이러한 숫자를 기록하기 위해 기계어(피연산자)를 두 개의 고정 필드(부분)로 나눕니다. 첫 번째 필드는 숫자의 정수 부분을 쓰기 위해 예약되어 있고 두 번째 필드는 숫자의 분수 부분을 쓰기 위해 예약되어 있습니다. 가장 중요한 숫자는 숫자의 부호를 나타냅니다.
컴퓨팅에서는 숫자의 정수 부분과 소수 부분을 점으로 구분하는 것이 관례입니다. 이 경우 정수 부분과 분수 부분 사이의 점 위치가 명확하게 정의되므로 이러한 숫자 표현을 다음과 같은 표현이라고 합니다. 고정점. 아래 그림에서. 그림 3.1은 길이가 16비트(2바이트)인 기계어를 보여줍니다.
기계어컴퓨터 정보의 구조적 단위이다. 기계어는 숫자, 기호, 명령을 쓰는 데 사용됩니다. 현대 컴퓨터에서 기계어의 길이는 32~128비트입니다. 물리적으로 기계어의 각 비트는 별도의 메모리 요소(플립플롭 또는 저장 커패시터)를 나타냅니다.
쌀. 3.2. 정수 표현
숫자를 쓰는 일반적인 형태는 다음과 같습니다.
어디서 m – 가수숫자; 피 – 주문하다; 디 - 베이스숫자 체계.
순서는 숫자의 정수 부분과 분수 부분을 구분하는 숫자의 위치를 나타냅니다. 순서에 따라 점이 가수를 따라 이동(부동)합니다. 숫자를 표현하는 이러한 형식을 c 형식이라고 합니다. 부동 소수점. 쌀. 그림 3.3은 32비트 기계어를 예로 들어 부동 소수점 수의 형태를 보여줍니다.
예를 들어 m = 0.3, d = 10이라고 하면 순서가 달라집니다.
0.3 · 10 -1 = 0.03; 0.3 · 10 -2 = 0.003; 0.3 · 10 2 = 30; 0.3 · 10 3 = 300.
위의 예에서 순서 변경으로 인해 점이 가수를 따라 이동(부동)한다는 것이 분명합니다. 또한 순서가 음수이면 점이 가수를 따라 왼쪽으로 이동하고 양수이면 오른쪽으로 이동합니다.
| 31 | … | … |
쌀. 3.3. 부동 소수점 표현
이 경우 기계어는 두 개의 주요 필드로 나뉩니다. 한 필드에는 숫자의 가수가 기록되고 두 번째 필드에는 숫자의 순서가 표시됩니다. 부동 소수점 숫자의 표현 범위는 고정 소수점 숫자의 표현 범위보다 훨씬 넓습니다. 그러나 부동 소수점 숫자를 처리할 때의 컴퓨터 성능은 고정 소수점 숫자를 처리할 때보다 훨씬 낮습니다.
3.2 컴퓨터에서의 명령 표현
컴퓨터 프로그램은 일련의 명령으로 구성됩니다.
아래에 팀기계가 특정 작업을 수행하기 위해 프로세서 제어 장치에서 생성되는 제어 신호의 생성을 보장하는 정보를 말합니다.
명령 필드는 두 부분으로 구성됩니다. 수술실그리고 주소. 연산 부분은 연산 코드(OPC)를 나타냅니다. 코드는 컴퓨터가 수행해야 하는 작업(산술 - 덧셈, 뺄셈, 논리 - 반전 등)을 결정합니다.
명령의 주소 부분에는 연산과 관련된 피연산자(숫자 또는 문자)의 주소가 포함됩니다. 아래에 주소명령을 실행하는 데 필요한 정보가 기록되는 RAM 또는 ROM 셀의 번호를 나타냅니다.
따라서 컴퓨터 (더 정확하게는 프로세서)는 명령의 주소 부분에 위치가 표시된 데이터에 대해 작업 코드에 의해 결정되는 작업을 수행합니다.
명령에 지정된 주소 수는 다양할 수 있습니다. 주소 수에 따라 1주소, 2주소, 3주소 등의 명령 형식이 구분됩니다. 주소가 지정되지 않은 명령도 있습니다. 그림에서. 그림 3.4는 다양한 명령의 구조를 보여줍니다.
| KOP | A1 | ||
| KOP | A1 | A2 | |
| KOP | A1 | A2 | A3 |
명령의 작동 주소 부분
팀의 일부
쌀. 3.4. 팀 구조
3주소 명령예를 들어 덧셈 연산을 수행하는 에는 덧셈 연산 코드와 세 개의 주소가 포함되어야 합니다.
이 명령으로 수행되는 작업은 다음 작업 순서로 설명됩니다.
1. 첫 번째 주소 A1에 저장된 번호를 가져옵니다.
2. 두 번째 주소 A2에 저장된 번호를 가져와 첫 번째 번호와 추가합니다.
3. 추가 결과를 세 번째 주소 A3에 씁니다.
2-주소 명령의 경우 세 번째 주소가 없으며 결과는 두 번째 주소에 쓰거나(거기에 기록된 정보가 손실됨) 덧셈 연산이 수행된 덧셈 레지스터에 남을 수 있습니다. . 그런 다음 가산기 레지스터를 해제하려면 필요한 주소에 숫자를 다시 쓰는 추가 명령이 필요합니다. 주소 A1과 A2에 저장된 두 숫자의 추가를 구성하고 다음을 사용하여 A3에 결과를 기록하는 경우 유니캐스트 명령, 세 개의 명령이 이미 필요합니다.
1. 주소 A1에 저장된 번호를 덧셈기(ALU)에 호출합니다.
2. A2 주소에 저장된 번호로 전화를 걸어 첫 번째 번호에 추가합니다.
3. 주소 A3에 결과를 기록합니다.
따라서 명령에 포함된 주소가 적을수록 동일한 기계 프로그램을 컴파일하는 데 필요한 명령 수가 많아집니다.
명령의 주소 수를 늘리면 명령의 주소 부분에 필요한 필드를 할당하기 위해 기계어의 길이를 늘려야 합니다. 컴퓨터 메모리 용량이 증가할수록 하나의 주소를 표시하는 데 필요한 필드 길이도 늘어납니다. 동시에 모든 명령이 주소 필드를 최대한 활용하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 주어진 주소에 숫자를 쓰는 명령에는 하나의 주소 필드만 필요합니다. 멀티캐스트 명령을 사용하기 위해 기계어 길이를 부당하게 늘리면 컴퓨터 성능이 저하됩니다. 더 긴 필드를 처리해야 합니다.
연산 코드만 포함하고 필요한 데이터가 특정 프로세서 레지스터에 미리 배치되어 있는 주소 없는 명령어가 있습니다.
최신 컴퓨터는 수백 가지의 다양한 명령을 자동으로 실행합니다. 모든 기계 명령은 수행되는 작업 유형에 따라 그룹으로 나눌 수 있습니다.
· 데이터 전송 작업;
· 산술 연산;
· 논리 연산;
· 액세스 작업 외부 장치컴퓨터;
· 전송 작업을 제어합니다.
· 유지보수 및 보조 작업.
새로운 프로세서를 설계할 때 개발자는 명령 길이를 선택하고 필요한 명령 목록(명령 시스템)을 결정하는 어려운 문제를 해결해야 합니다. 충돌하는 명령어 구성 요구 사항으로 인해 다양한 명령어 형식(CISC 및 RISC 아키텍처)을 사용하는 프로세서가 생성되었습니다.
3.3.코드 테이블
코드표- 이는 문자, 숫자, 기호 및 제어 신호를 기계에서 내부(인코딩된) 표현입니다. 따라서 코드 테이블의 라틴 문자 A는 10진수 65D로 표시됩니다(컴퓨터 내부에서는 이 숫자가 이진수 01000001B로 표시됨), 라틴 문자 C는 숫자 67D, 라틴 문자 M은 77D 등으로 표시됩니다. . 따라서 라틴 대문자로 쓰여진 "SAMARA"라는 단어는 컴퓨터 내부에서 숫자의 형태로 순환됩니다.
67D-65D-77D-65D-80D-65D.
더 정확하게 말하면, 컴퓨터 내부에서는 이 단어가 이진수 형태로 저장되고 사용됩니다.
01000011В-01000001В-01001101В-01000001В-0101000В-01000001В
숫자(예: 1 – 49D, 2 – 59D) 및 기호(예: ! – 33D, + - 43D)는 동일한 방식으로 인코딩됩니다.
영숫자 문자와 함께 제어 신호가 코드 테이블에 인코딩됩니다. 예를 들어, 코드 13D는 프린터의 프린트 헤드를 현재 줄의 시작 부분으로 돌아가게 하고, 코드 10D는 프린터에 로드된 용지를 한 줄 앞으로 이동시킵니다.
코드 테이블은 10진수 SS뿐만 아니라 16진수 SS를 사용하여 표현할 수도 있습니다. 신호는 사용자가 읽기 쉽도록 10진수 또는 16진수 SS로 컴퓨터 내부에서 순환하며 이진수 시스템과 코드 테이블로 표시됩니다.
각 문자, 숫자, 문장 부호 또는 제어 신호는 8비트 이진수로 인코딩됩니다. 8비트 숫자(1바이트 숫자)를 사용하면 문자, 숫자, 그래픽 이미지 등 256개의 임의 문자를 표현(인코딩)할 수 있습니다.
ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 코드 테이블은 전 세계적으로 표준으로 채택되었습니다. ASCII 테이블은 가능한 문자(라틴 문자, 아라비아 숫자, 구두점, 제어 신호)의 정확히 절반을 규제(엄격하게 정의)합니다. 이를 인코딩하기 위해 0D에서 127D까지의 코드가 사용됩니다.
ASCII 코드 표의 후반부(128부터 255까지의 코드 포함)는 미국 표준에 의해 정의되지 않으며 다른 국가의 국가 알파벳 문자(특히 키릴 자모-러시아어 문자), 유사 문자 및 기호를 수용하도록 고안되었습니다. 일부 수학 기호. 안에 다른 나라, 에 다양한 모델컴퓨터는 다양한 운영 체제에서 사용할 수 있으며 다양한 변형코드 테이블의 후반부(ASCII 확장이라고 함) 예를 들어 MS-DOS 운영체제에서 사용되는 테이블은 CP-866이다. 이 표를 사용하여 러시아어 문자로 작성된 "SAMARA"라는 단어를 인코딩하면 다음 코드를 얻을 수 있습니다.
145D-128D-140D-128D-144D-128D.
수술실에서 일할 때 윈도우 시스템라틴 문자의 인코딩이 CP-866 및 ASCII 테이블의 인코딩과 일치하고 테이블의 두 번째 절반에는 자체 문자 레이아웃(인코딩)이 있는 CP-1251 코드 테이블이 사용됩니다. 따라서 대문자 러시아어로 작성된 "SAMARA"라는 단어는 컴퓨터 내에서 다르게 표시됩니다.
209D-192D-204D-192D-208D-192D.
따라서 컴퓨터 내부에서는 겉보기에 동일한 단어(예: “SAMARA”)가 다른 방식으로 표시될 수 있습니다. 당연히 이로 인해 약간의 불편이 발생합니다. 인터넷을 사용할 때 국가별 텍스트를 읽을 수 없게 되는 경우가 있습니다. 이 경우 가장 가능성 있는 이유는 코드 테이블의 후반부 인코딩이 일치하지 않기 때문입니다.
모든 1바이트 코드 테이블(인코딩에 8비트 이진수 사용)의 일반적인 단점은 이 경우 어떤 코드 테이블이 사용되는지 기계에 알려주는 정보가 기호 코드에 없다는 것입니다.
기업 커뮤니티 유니코드다른 문자 인코딩 시스템이 표준으로 제안되었습니다. 이 시스템은 2바이트(16비트)를 사용하여 하나의 문자를 표현(인코딩)하며, 이를 통해 문자 코드에는 해당 문자가 어떤 언어에 속해 있는지, 모니터 화면이나 프린터에서 어떻게 재현되어야 하는지에 대한 정보가 포함될 수 있습니다. 2바이트를 사용하면 65,536자를 인코딩할 수 있습니다. 사실, 동일한 텍스트가 차지하는 정보의 양은 두 배로 늘어납니다. 그러나 텍스트는 사용된 국가 언어와 상관없이 항상 "읽을 수" 있습니다. 운영 체제.
3.4.자기디스크의 데이터 저장 구성
3.4.1. 디스크
디스크– 정보를 영구적으로 저장하는 장치. 모든 컴퓨터에는 고정식 하드 디스크 드라이브(하드 드라이브)를 읽고 쓰는 데 사용되는 하드 디스크 드라이브와 플로피 디스크(플로피 디스크)를 읽고 쓰는 데 사용되는 플로피 디스크 드라이브(또는 플로피 드라이브)가 있습니다. 또한 CD 작업을 위한 디스크 드라이브, 광자기 디스크 등이 있을 수 있습니다.
어느 HDD또는 광자기 디스크는 여러 부분으로 분할될 수 있으며, 이는 물리적으로 존재하는 디스크와 동일한 방식으로 사용자에게 화면에 표시됩니다. 이런 부분을 이라고 합니다. 논리 드라이브. 각 논리 드라이브에는 액세스할 수 있는 이름(문자)이 있습니다. 따라서 논리 드라이브는 자체 이름을 가진 일반 하드 드라이브의 일부입니다. 예를 들어, 3GB 하드 드라이브는 2개의 논리 드라이브(C 드라이브: 2GB, D 드라이브: 1GB)로 나눌 수 있습니다.
운영 체제가 기록된 디스크를 전신의(또는 부팅 가능) 디스크. 하드 드라이브 C:는 부팅 디스크로 가장 자주 사용됩니다.
DOS 및 Windows 운영 체제에서는 각 디스크에 해당 내용을 반영하는 이름(레이블)을 추가로 지정할 수 있습니다(예: 시스템, 그래픽, 텍스트, 배포판 등).
3.4.2. 파일
디스크(하드디스크, 플로피디스크, 광자기디스크, CD 등)에 관한 정보는 파일에 저장된다.
파일디스크 또는 기타 저장 매체에 있는 공통 이름을 갖는 단일 전체로 컴퓨터에 의해 인식되는 상호 연관된 데이터 세트입니다. 파일은 프로그램 텍스트, 문서, 즉시 실행 가능한 프로그램, 그림 등을 저장할 수 있습니다.
운영 체제 및 기타 프로그램이 파일에 액세스하려면 파일에 기호가 있어야 합니다. 이 명칭은 파일 이름. 파일 이름은 일반적으로 두 부분으로 구성됩니다.– 이름 자체(DOS에서는 1~8자, Windows에서는 1~254자) 및 확장자 최대 3자. 이름과 확장자는 점으로 구분됩니다. 종종 이름과 확장자를 함께 이름이라고도 합니다. 파일 이름의 예:
vova.doc tetris.exe doc.arj config.sys
이름과 확장자는 라틴 문자 대문자 및 소문자(러시아 문자도 가능), 숫자 및 기호로 구성될 수 있습니다. 단, 제어 문자 및 기호는 제외 \ / : * ?< >; , + = . 파일 이름의 러시아어 문자는 주의해서 사용해야 합니다. 일부 프로그램은 러시아어 문자가 포함된 이름을 "이해"하지 못합니다. 파일 이름에는 "-"(하이픈), "_"(밑줄), "$"(달러), "#"(해시), "&"(앰퍼샌드, 국가별 인쇄체 "and" 문자가 포함될 수 있습니다. 영어로), “@”(“개”), “!”, “%”, 대괄호, 따옴표, “ ^ ”(“뚜껑”), “ ' ”(아포스트로피), “~”(물결표 또는 “파도”) .
파일 이름 확장자는 선택 사항입니다. 일반적으로 파일의 내용을 설명하므로 확장자를 사용하는 것이 매우 편리합니다. 많은 프로그램은 특정 파일 이름 확장자를 설정하며 이를 사용하여 파일을 생성한 프로그램을 확인할 수 있습니다. 또한 많은 프로그램(예: 셸 프로그램)에서는 파일 이름 확장명으로 해당 프로그램을 호출하고 즉시 로드할 수 있습니다. 이 파일. 일반적인 확장의 예:
com, exe – 실행 파일(실행 준비가 완료된 프로그램) 이 확장자를 가진 파일을 선택하고 Enter 키를 누르면 프로그램이 즉시 작동하기 시작합니다.
bat – 명령(배치) 파일;
txt, doc, wp, wri – 텍스트 파일(문서). 확장 문서는 MS Word 프로그램인 wp(WordPerfect), wri(MS Write)에 의해 문서에 제공됩니다. 다음이 포함된 파일에서 txt 확장자일반적으로 장식이 없는 텍스트가 있습니다(텍스트만, 텍스트만).
박 – 텍스트의 최신 버전( 백업 복사본);
tif, pcx, bmp, pic, gif, jpg, cdr – 다양한 형식의 그래픽 파일;
arj, zip, lzh, rar – 특별히 압축된(보관된) 파일
hlp – 도움말 파일, 다양한 프로그램에 대한 힌트
drv, ega, vga, sys, dll 및 기타 여러 가지 - 컴퓨터가 작업하는 방법을 배우는 데 도움이 되는 유틸리티 프로그램 및 드라이버 프로그램 다른 모니터, 키보드, 프린터, 마우스는 러시아어를 사용합니다. 이러한 프로그램은 실행 파일로 실행되지 않습니다.
ttf, fon, fnt, sfp, stl, xfr – 다양한 프로그램용 글꼴
bas, c, pas, asm – BASIC, C, Pascal, Assembly 언어로 된 프로그램 텍스트를 포함합니다.
다른 확장자를 가진 파일이 있을 수 있습니다.
파일의 가장 중요한 특징은 크기. 바이트, KB, MB 단위로 측정됩니다.
3.4.3. 폴더
파일 이름은 디스크의 디렉터리(또는 디렉터리)에 등록됩니다. Windows에서는 디렉터리를 폴더라고 합니다.
폴더– 이는 파일 이름, 파일 크기에 대한 정보, 마지막 업데이트 시간, 파일 속성(속성) 등이 저장되는 디스크의 특별한 장소입니다. 파일 이름이 폴더에 저장되어 있으면 파일이 해당 폴더에 있다고 합니다. 각 드라이브에는 여러 폴더가 있을 수 있습니다.
각 폴더에는 이름이 있습니다. 폴더 이름에 대한 요구 사항은 파일 이름에 대한 요구 사항과 동일합니다. 일반적으로 폴더 이름 확장명은 금지되지는 않지만 사용되지 않습니다.
성명파일다음과 같은 형식을 갖습니다(대괄호 [ 및 ]는 선택적 요소를 나타냄).
[드라이브:] [경로\] 파일 이름
길"\" 문자로 구분된 일련의 폴더(디렉토리) 이름 또는 ".." 문자입니다. 경로는 디스크의 현재 또는 루트 폴더에서 파일이 있는 폴더까지의 경로를 지정합니다. 경로가 "\" 문자로 시작하면 경로는 디스크의 루트 폴더에서 계산되고, 그렇지 않으면 현재 폴더에서 계산됩니다. 경로의 각 폴더 이름은 해당 이름을 가진 폴더의 항목에 해당하며 ".." 기호는 한 수준 더 높은 폴더의 항목에 해당합니다. 예를 들어:
A:\text1.txt - text1.txt 파일은 A: 드라이브의 루트 폴더에 있습니다.
C:\WORKS\PASCAL\prog1.pas – prog1.pas 파일은 PASCAL 폴더에 있으며, 이 파일은 C: 드라이브의 루트 폴더에 있는 WORKS 폴더에 있습니다.
3.4.4. 디스크 파일 구조
새로운 자기 디스크에 정보를 기록하려면 해당 디스크를 미리 포맷해야 합니다. 서식 지정- 정보를 기록하기 위한 디스크를 준비하는 것입니다.
포맷하는 동안 서비스 정보가 디스크에 기록되고(마킹이 완료됨) 정보를 쓰고 읽는 데 사용됩니다. 마킹은 디스크 드라이브의 기록 헤드에서 생성된 전자기장을 사용하여 수행됩니다.
정보는 다음을 사용하여 기록됩니다. 경로, 각 트랙은 부문, 예를 들어 1024바이트입니다(그림 3.5). 1.44MB 용량의 3.5인치 플로피 디스크에는 80개의 트랙과 18개의 섹터가 포함되어 있습니다.
쌀. 3.6. 윈체스터 실린더
그림은 세 개의 하드 드라이브 디스크에 있는 등거리 트랙으로 형성된 두 개의 실린더(첫 번째와 두 번째)를 보여줍니다. 하드 드라이브가 작동 중일 때 여러 헤드가 동시에 한 실린더의 트랙에서 정보를 읽습니다.
파일의 데이터에 접근하려면 파일 데이터가 저장된 첫 번째 섹터의 주소를 알아야 합니다. 섹터 주소는 트랙(실린더) 번호, 표면 번호 및 섹터 번호의 세 가지 좌표로 결정됩니다.
운영 체제(OS)는 각 파일에 대해 이 정보를 저장합니다. 파일에 대한 액세스를 구현하기 위해 OS는 루트 디렉터리, FAT(파일 할당 테이블) 파일 할당 테이블 및 디스크의 부팅 섹터를 사용합니다. 이러한 요소는 시스템 디스크 영역(또는 플로피 디스크)이며 디스크 초기화(포맷) 프로세스 중에 생성됩니다.
부트 섹터, 파일 할당 테이블, 루트 디렉터리 및 나머지 자유 공간데이터 영역이라고 불리는 디스크 메모리는 구성 요소입니다. 파일 구조디스크.
하드 드라이브는 여러 파티션으로 나눌 수 있습니다. 따라서 초기에는 하드 섹터디스크에는 파티션 수, 위치 및 크기에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 하드 섹션디스크는 각각 별도로 초기화되고 자체 문자 지정(C:, D:, E:, F: 등)과 자체 파일 구조 요소를 갖는 자율 디스크로 간주됩니다.
부트 섹터(부트 레코드)- 디스크 작업에 필요한 데이터가 포함된 디스크의 명함입니다. 각 디스크의 논리 섹터 번호 0에 있습니다. 부트 섹터에는 다음 특성이 기록됩니다.
운영 체제가 디스크에 기록되어 있는 경우 시스템 식별자입니다.
디스크 섹터 크기(바이트);
클러스터의 섹터 수;
카탈로그의 항목 수
디스크의 섹터 수 등
디스크가 시스템 디스크(부팅 가능)로 준비된 경우 부팅 섹터에는 운영 체제 부팅 프로그램이 포함됩니다. 그렇지 않으면 이 디스크에서 운영 체제를 부팅하려고 할 때 이 디스크가 시스템 디스크가 아니라는 메시지를 표시하는 프로그램이 포함되어 있습니다.
디스크의 부트 섹터 다음에는 파일 할당 테이블이 있습니다.
파일 할당 테이블(파일 할당 테이블 - FAT로 약칭함)특정 디스크 섹터에 있는 모든 파일의 위치 순서에 대한 설명과 디스크의 결함 영역에 대한 정보가 포함되어 있습니다. FAT 테이블 뒤에는 다음이 옵니다. 정확한 사본, 이는 매우 중요한 테이블을 저장하는 신뢰성을 높여줍니다.
사용자가 컴퓨터에서 작업하면 디스크 내용이 변경됩니다. 새 파일이 추가되고, 불필요한 파일이 삭제되고, 일부 파일이 확장되거나 축소됩니다.
이러한 작업을 수행하려면 파일 간에 디스크 저장 공간을 할당하고 해당 파일에 대한 액세스를 제공하기 위한 특별한 메커니즘이 필요합니다. 이 메커니즘은 파일 할당 테이블을 사용하여 구현됩니다.
데이터 읽기-쓰기 작업을 수행할 때 디스크 드라이브와 컴퓨터 메모리 간에 정보가 블록 단위로 교환됩니다. 최소 블록 볼륨은 섹터와 동일합니다. 액세스당 디스크 액세스 수를 줄이기 위해 여러 연속 섹터에서 정보를 쓰거나 읽어 일종의 슈퍼블록을 형성할 수 있습니다. 무리. 따라서, 무리– 한 번의 액세스로 파일을 읽거나 쓰는 순차적으로 위치한 여러 섹터. 클러스터 크기는 다를 수 있습니다.
디스크에 기록된 파일에는 정수 개의 클러스터가 할당되며 할당된 클러스터는 디스크의 다른 위치에 위치할 수 있습니다. 같지 않은 연속 파일하나의 메모리 영역에 위치하며 디스크의 여러 영역을 차지하는 파일을 호출합니다. 조각난. FAT의 목적은 디스크의 파일 조각 위치에 대한 데이터를 저장하는 것입니다.
FAT를 사용하여 파일에 액세스하는 메커니즘은 다음과 같이 구현됩니다. 디스크 데이터 영역은 번호가 매겨진 일련의 클러스터로 처리됩니다. 각 클러스터에는 동일한 번호의 FAT 요소가 할당됩니다. 예를 들어, 2FAT 요소는 디스크 데이터 영역의 클러스터 2에 해당하고, 3FAT 요소는 클러스터 3에 해당합니다. 디스크의 파일에 대한 정보가 포함된 디렉터리에서 각 파일은 해당 파일이 차지하는 첫 번째 클러스터 번호와 함께 나열됩니다. 이 번호를 FAT 진입점이라고 합니다. 디렉토리에 있는 파일의 첫 번째 클러스터 번호를 읽은 시스템은 이 클러스터에 액세스합니다. 예를 들어 여기에 데이터를 씁니다. FAT에서 파일의 첫 번째 클러스터에는 파일의 두 번째 클러스터 번호나 파일 끝 기호 등이 포함됩니다. FAT를 사용하는 파일 액세스 메커니즘의 예가 표에 나와 있습니다. 3.1.
표 3.1
FAT를 사용한 파일 액세스 메커니즘
| FAT에 로그인 | FAT 요소 번호 | FAT 요소 값 |
모든 유형의 컴퓨터 기능은 정보를 저장하고 이를 계산에 사용하며 운영자의 첫 번째 요청 시 공개할 수 있는 저장 장치를 기반으로 합니다.
정의
저장 장치는 컴퓨터의 나머지 부분에 연결되어 외부 영향을 받을 수 있는 장치입니다. 현대 컴퓨터는 여러 유형의 유사한 제품을 사용하며 각 제품에는 고유한 기능과 작동 특징이 있습니다. 주요 정보 저장 장치는 작동 원리, 에너지 요구 사항 및 기타 여러 매개변수에 따라 분류됩니다.
기억을 이용한 행동
모든 녹음 장치의 주요 임무는 작업자의 작업 능력입니다. 모든 작업은 세 가지 유형으로 나뉩니다.
- 저장. 녹음 장치에 저장되는 모든 정보는 운영자나 컴퓨터가 삭제할 때까지 그곳에 남아 있어야 합니다. 컴퓨터가 꺼져 있어도 오랫동안 데이터를 저장할 수 있는 제품이 있습니다. 이것이 바로 표준이 작동하는 방식입니다. 하드 디스크. 기타 유사한 제품(RAM)에는 데이터의 일부만 포함되어 있어 운영자가 최대한 빠르게 액세스할 수 있습니다.
- 입력하다. 정보는 어떻게든 녹음 장치에 전달되어야 합니다. 이 경우 분할은 이 원칙을 따를 수 있다. 일부 모델은 운영자와 직접 작업합니다. 다른 것들은 다른 메모리 요소에 연결되어 작업 속도를 높입니다.
- 결론. 획득된 데이터는 사용자 인터페이스에 표시되거나 계산을 위해 다른 저장 장치에 제공됩니다.
모든 저장 장치, 입력 및 출력 장치는 어떤 방식으로든 하나의 컴퓨터 내의 단일 네트워크에 연결됩니다. 함께 성능을 보장합니다.
형태
정보 저장 장치를 기록 형태에 따라 분류하면 모두 아날로그와 디지털의 두 가지 범주로 나뉩니다. 전자는 현대 사회에서는 실제로 사용되지 않습니다. 아날로그 녹음 장치의 가장 가까운 예는 오랫동안 쓸모가 없어진 테이프 레코더입니다. 그럼에도 불구하고 이러한 방향으로 일부 개발이 진행되고 있습니다. ~에 이 순간용량과 작동 속도 측면에서 우수한 이러한 유형의 제품 프로토타입이 이미 여러 개 있지만 디지털 장치에 비해 생산 비용이 크게 낮습니다. 표준 하드컴퓨터 디스크는 1과 0의 형태로 정보를 저장합니다. 이것은 이러한 유형의 대부분의 최신 제품과 마찬가지로 디지털 녹음 장치입니다. 이들의 작동은 두 가지 가능한 형태(바이너리 시스템의 경우) 중 하나로 매체의 물리적 상태를 보존하는 원칙을 기반으로 합니다. 요즘에는 삼항 또는 십진수 표기법을 사용할 수 있는 보다 현대적인 옵션이 사용됩니다. 이는 다양한 재료의 고유한 특성을 사용하고 저장 장치에 데이터를 기록하는 새로운 기술의 출현 덕분에 가능해졌습니다. 인류는 저장할 수 있는 정보의 양을 점차 늘리는 동시에 미디어의 크기도 줄여나가고 있습니다.
녹음 안정성
이 지표에 따른 분류는 모든 정보 저장 및 처리 장치를 네 가지 그룹으로 나눕니다.
- 운영 레코더(램). 운영자는 새로운 정보를 입력하고 기존 정보를 읽고 작업 중에 직접 작업할 수 있는 기회를 얻습니다. 예를 들면 컴퓨터 RAM이 있습니다. 지속적으로 요청되는 대부분의 데이터를 저장하므로 기본 하드 드라이브에 지속적으로 액세스할 필요가 없습니다. 대부분의 경우 전원 공급 장치가 꺼지면 해당 미디어에서 모든 정보가 삭제됩니다.
- 재기록 가능(프롬). 이러한 제품을 사용하면 거의 무제한으로 데이터를 기록, 삭제 및 재입력할 수 있습니다. 예 - CD-RW 및 표준 하드 드라이브. 모든 컴퓨터에는 이러한 메모리가 가장 많으며 거의 모든 사용자 정보가 저장됩니다.
- 녹음 가능(프롬). 이러한 장치에서는 데이터를 한 번만 저장할 수 있습니다. 정보를 덮어쓰거나 삭제할 수 없다는 것이 이러한 제품의 가장 큰 단점입니다. 예 - CD-R 디스크. 현대 사회에서는 극히 드물게 사용됩니다.
- 영구적인(ROM). 이러한 유형의 장치는 한 번 기록된 정보를 저장하며 어떤 식으로든 삭제하거나 변경할 수 없습니다. 예를 들면 컴퓨터 BIOS가 있습니다. 여기에는 모든 데이터가 변경되지 않으며 사용자는 기존 설정 목록에서 다른 설정만 선택할 수 있습니다. PROM과 달리 새 데이터를 해당 미디어에 추가할 수 있지만 일반적으로 이전 데이터를 완전히 삭제해야 합니다. 즉, BIOS를 다시 설치할 수는 있지만 보완하거나 업데이트할 수는 없습니다.
에너지 독립
컴퓨터를 작동하려면 전기가 필요하며, 전기가 없으면 모든 작동이 불가능합니다. 그러나 PC를 끈 후 매번 모든 작업에 대한 데이터가 삭제된다면 우리 삶에서 컴퓨터의 중요성은 훨씬 줄어들 것입니다. 그렇다면 어떤 전력 저장 장치가 있습니까?
- 에너지 의존적. 이 제품은 전기가 공급되어야만 작동합니다. 이 유형에는 표준 모듈이 포함됩니다. 랜덤 액세스 메모리 DRAM 또는 SRAM.
- 비휘발성. 녹음 장치는 정보를 저장하는 데 전원이 필요하지 않습니다. 예로는 컴퓨터 하드 드라이브가 있습니다.
액세스 유형
정보 저장 장치도 이 지표에 따라 구분됩니다. 액세스 유형에 따라 메모리는 다음과 같습니다.
- 연관. 드물게 사용되는. 이러한 제품에는 대용량 데이터의 작업 속도를 높이는 데 사용되는 특수 장치가 포함됩니다.
- 똑바로. 이 액세스 유형에 속하는 하드 드라이브는 전체 및 무제한 액세스를 제공합니다.
- 일관된. 이제는 실제로 사용되지 않습니다. 이전에는 자기 테이프에 사용되었습니다.
- 무료. 랜덤 액세스 메모리는 이 원리에 따라 작동하여 사용자에게 어떤 형태로든 정보에 액세스할 수 있는 기회를 제공합니다. 최신 정보, 시스템이 작동했습니다. 컴퓨터 속도를 높이는 데 사용됩니다.
실행
정보 저장을 목적으로 하는 장치는 실행 유형에 따라 분류됩니다.
- 프린트 배선판. 이 유형에는 기존 셋톱박스용 RAM 모듈과 카트리지가 포함됩니다. 매우 빠르게 작동하지만 지속적인 에너지 공급이 필요하므로 현재 사용되는 것은 지원 역할입니다.
- 디스크.자기식과 광학식이 있습니다. 가장 인기있는 대표자는 컴퓨터 하드 드라이브입니다. 주요 정보 매체로 사용됩니다.
- 카드. 실행에는 다양한 옵션이 있습니다. 후자 중에서 플래시 카드를 주목할 수 있습니다. 이전에는 이 유형이 천공 카드 및 자기 유사체 제조에 사용되었습니다.
- 드럼. 대표적인 것이 자기드럼이다. 실제로는 사용되지 않습니다.
- 줄자.예를 들어 천공 테이프나 자기 테이프가 있습니다. 현대 사회에서는 거의 발견되지 않습니다.
물리적 원리
물리적 작동 원리에 따라 입력, 출력, 저장 및 처리 장치는 다음과 같이 구분됩니다.
- 자기. 코어, 디스크, 테이프 또는 카드 형태로 만들어집니다. 예로는 하드 드라이브가 있습니다. 이는 정보를 처리하는 가장 빠른 방법은 아니지만 전원 공급 없이 오랫동안 데이터를 저장할 수 있어 현재 인기를 끌고 있다.
- 천공. 리본이나 카드로 제작되었습니다. 첫 번째 컴퓨터 모델에서 정보를 기록하는 데 사용된 고대 천공 카드가 그 예입니다. 제조가 복잡하고 저장된 데이터의 양이 적기 때문에 현재 이 원칙은 실제로 사용되지 않습니다.
- 광학. 모든 종류의 CD. 그들은 모두 표면에서 빛을 반사하는 원리에 따라 작동합니다. 레이저는 트랙을 연소하여 전체 질량과 다른 영역을 형성하므로 디스크의 한 상태가 1로 지정되고 다른 상태가 0으로 지정되는 동일한 이진 코드 시스템을 사용할 수 있습니다.
- 광자기. MO 유형 디스크. 거의 사용되지 않지만 두 시스템의 장점을 결합합니다.
- 정전기.그들은 전기를 축적하는 원리에 따라 작동합니다. 예 - CRT, 커패시터 저장 장치.
- 반도체. 동명의 자료의 특징을 활용하여 데이터를 수집하고 저장합니다. 이것이 플래시 드라이브의 작동 방식입니다.
무엇보다도 다른 물리적 원리에 따라 작동하는 저장 장치가 있습니다. 예를 들어 초전도성이나 소리에 관한 것입니다.
상태 수
비휘발성 저장 장치를 분류하는 마지막 방법은 지원할 수 있는 상태 수입니다. 위에서 언급했듯이 디지털 미디어는 공급되는 전기에 따라 물리적인 부분을 변경하여 작동합니다. 가장 간단한 예: 자기적이면 숫자 1과 같고, 그렇지 않으면 0입니다. 이는 두 가지 상태 옵션만 지원할 수 있는 바이너리 시스템의 작동 원리입니다. 세 가지 이상의 형태로 작동하는 장치도 현재 사용되고 있습니다. 이는 저장 매체의 사용에 대한 매우 광범위한 전망을 열어줌으로써 저장 매체의 크기를 줄이는 동시에 저장된 정보의 총량을 늘릴 수 있게 해줍니다.
결과
오래된 드라이브는 매우 컸습니다. 최초의 컴퓨터를 사용하려면 현대 체육관과 비슷한 공간이 필요했고 작동 속도도 매우 느렸습니다. 진보는 멈추지 않고 이제는 정보 저장 장치, 심지어 가장 방대한 정보 저장 장치도 간단히 주머니에 넣을 수 있습니다. 추가 개발은 새로운 재료를 찾거나 오래된 재료와 상호 작용하는 방법을 찾는 경로와 전 세계적으로 지속적이고 안정적인 연결을 만드는 방향으로 진행될 수 있습니다. 이 경우 대용량 드라이브는 특수 서버실에 배치되며 사용자는 클라우드 기술을 사용하여 모든 데이터를 받게 됩니다.
컴퓨터 메모리(숫자 및 비숫자 모두)에 정보를 표시하기 위해 이진 코딩 방법이 사용됩니다.
기본 컴퓨터 메모리 셀의 길이는 8비트(1바이트)입니다. 각 바이트에는 고유한 번호(주소라고 함)가 있습니다. 컴퓨터가 단일 단위로 처리할 수 있는 가장 큰 비트 시퀀스를 기계어.기계어의 길이는 프로세서 비트 깊이에 따라 다르며 16비트, 32비트 등이 될 수 있습니다.
1바이트이면 문자를 인코딩하는 데 충분합니다. 이 경우 256개의 문자를 표현할 수 있습니다(10진수 코드는 0부터 255까지). 개인용 컴퓨터의 문자 집합은 대개 ASCII 코드(American Standard Code of Information Interchange)의 확장입니다.
어떤 경우에는 컴퓨터 메모리에서 숫자를 표현할 때 혼합된 숫자가 사용됩니다. 이진 십진법각 소수 자릿수에는 니블(4비트)이 필요하고 십진수 0~9는 해당 이진수 0000~1001로 표시됩니다. 예를 들어, 18개의 유효 숫자로 정수를 저장하고 메모리 10을 차지하도록 설계된 압축 십진수 형식입니다. 바이트(가장 높은 값이 부호 있음)는 이 옵션을 사용합니다.
정수를 표현하는 또 다른 방법은 다음과 같습니다. 추가 코드. 값 값의 범위는 저장을 위해 할당된 메모리 비트 수에 따라 다릅니다. 예를 들어 정수 값의 범위는
-32768(-2 15) ~ 32677(2 15 -1) 및 2바이트가 저장용으로 할당됩니다. LongInt 유형 - -2 31 ~ 2 31 -1 범위에 있으며 4바이트에 위치합니다. Word 유형 - in 0부터 65535(2 16 -1)까지의 범위에서 2바이트가 사용됩니다.
예제에서 볼 수 있듯이 데이터는 부호 있는 숫자 또는 부호 없는 숫자로 해석될 수 있습니다. 부호 있는 수량을 나타낼 때 가장 왼쪽(가장 중요한) 숫자에 0이 포함되면 양수를 나타내고 1이 포함되면 음수를 나타냅니다.
일반적으로 숫자는 0부터 시작하여 오른쪽에서 왼쪽으로 번호가 매겨집니다.
추가 코드양수가 해당 값과 일치합니다. 직접 코드. 정수의 직접 코드는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. 숫자는 이진수 시스템으로 변환된 다음 왼쪽의 이진수 표기법은 숫자가 속한 데이터 유형에서 요구하는 만큼 중요하지 않은 0으로 보완됩니다. 예를 들어 숫자 37(10) = 100101(2)이 Integer 유형의 값으로 선언되면 직접 코드는 0000000000100101이 되고, LongInt 유형의 값이면 직접 코드는 0000000000100101이 됩니다. 좀 더 간결한 표기를 위해 16진수 코드가 자주 사용됩니다. 결과 코드는 각각 0025(16) 및 00000025(16)로 다시 작성할 수 있습니다.
음의 정수의 보수는 다음 알고리즘을 사용하여 얻을 수 있습니다.
- 숫자 모듈러스의 직접 코드를 적어 두십시오.
- 그것을 반전시키십시오(1을 0으로 바꾸고, 0을 1로 바꾸십시오).
- 반전 코드에 하나를 추가하십시오.
예를 들어 숫자 -37의 추가 코드를 LongInt 값으로 해석해 보겠습니다.
- 37번의 직접코드는 1입니다
- 역코드
- 추가 코드 또는 FFFFFFDB (16)
추가 코드를 사용하여 번호를 받으면 우선 해당 부호를 결정해야 합니다. 숫자가 양수로 판명되면 코드를 다음으로 변환하면 됩니다. 십진법계산법. 음수의 경우 다음 알고리즘을 수행해야 합니다.
- 코드에서 1을 뺍니다.
- 코드 반전;
- 십진수 체계로 변환합니다. 빼기 기호를 사용하여 결과 숫자를 쓰십시오.
예.추가 코드에 해당하는 숫자를 적어 보겠습니다.
- 0000000000010111.
최상위 비트가 0이므로 결과는 양수입니다. 이것은 숫자 23의 코드입니다.
- 1111111111000000.
다음은 음수에 대한 코드입니다. 알고리즘을 실행합니다.
- 1111111111000000 (2) - 1 (2) = 1111111110111111 (2) ;
- 0000000001000000;
- 1000000 (2) = 64 (10)
메모리 표현에는 약간 다른 방법이 사용됩니다. 개인용 컴퓨터실수. 수량의 표현을 고려해 봅시다. 부동 소수점.
어떤 실수라도 쓸 수 있습니다. 표준 양식 M*10 p , 여기서 1 ≤ M< 10, р- целое число. Например, 120100000 = 1,201*10 8 . Поскольку каждая позиция 십진수이웃과 10의 거듭제곱만큼 다르기 때문에 10을 곱하는 것은 소수점을 오른쪽으로 1자리 이동하는 것과 같습니다. 마찬가지로 10으로 나누면 소수점이 왼쪽으로 한 자리 이동됩니다. 따라서 위의 예는 계속될 수 있습니다: 120100000 = 1.201*10 8 = 0.1201*10 9 = 12.01*10 7 ... 소수점은 숫자에 부동하며 더 이상 정수 부분과 분수 부분 사이의 절대 위치를 표시하지 않습니다.
위 표기법에서 M은 다음과 같습니다. 가수숫자이고 p는 그 것입니다. 순서대로. 최대 정확도를 유지하기 위해 컴퓨터는 거의 항상 가수를 정규화된 형식으로 저장합니다. 즉, 이 경우 가수는 1(10)과 2(10) 사이의 숫자입니다(1 ≤ M).< 2). Основные системы счисления здесь, как уже отмечалось выше,- 2. Способ хранения мантиссы с плавающей точкой подразумевает, что двоичная запятая находится на фиксированном месте. Фактически подразумевается, что двоичная запятая следует после первой двоичной цифры, т.е. нормализация мантиссы делает единичным первый бит, помещая тем самым значение между единицей и двойкой. Место, отводимое для числа с плавающей точкой, делится на два поля. Одно поле содержит знак и значение мантиссы, а другое содержит знак и значение порядка.
8087 수학 보조 프로세서가 장착된 IBM PC 개인용 컴퓨터를 사용하면 다음과 같은 유효한 유형으로 작업할 수 있습니다(값 범위는 절대값으로 표시됨).
| 63 | 52 | 0 |
가수에 할당된 최상위 비트는 숫자 51이라는 것을 알 수 있습니다. 가수는 하위 52비트를 차지합니다. 여기의 막대는 바이너리 포인트의 위치를 나타냅니다. 쉼표 앞에는 가수의 정수 부분 비트가 와야 하지만 항상 1과 같기 때문에 이 비트는 여기서 필요하지 않으며 해당 비트는 메모리에 없습니다(그러나 암시됩니다). 여기에는 순서 값이 2의 보수 코드로 표현되는 정수로 저장되지 않습니다. 계산을 단순화하고 실수를 비교하기 위해 컴퓨터의 순서 값은 다음 형식으로 저장됩니다. 오프셋 번호, 즉. 현재 주문 값을 메모리에 쓰기 전에 오프셋이 추가됩니다. 오프셋은 최소 주문 값이 0에 해당하도록 선택됩니다. 예를 들어 Double의 경우 순서는 11비트이고 범위는 2 -1023에서 2 1023이므로 오프셋은 1023(10) = 1111111111(2)입니다. 마지막으로 비트 번호 63은 숫자의 부호를 나타냅니다.
따라서 위에서부터 컴퓨터 메모리의 실수 표현을 얻기 위해 다음 알고리즘을 따릅니다.
- 주어진 숫자의 모듈러스를 이진수 시스템으로 변환합니다.
- 이진수를 정규화합니다. 즉, M*2 p 형식으로 작성됩니다. 여기서 M은 가수입니다( 전체 부분 1 (2)와 같음) 아르 자형- 십진수 체계로 작성된 순서;
- 순서에 시프트를 추가하고 시프트된 순서를 이진수 시스템으로 변환합니다.
- 주어진 숫자의 부호(0 - 양수, 1 - 음수)를 고려하여 해당 숫자를 컴퓨터 메모리에 기록합니다.
예.번호 코드 -312.3125를 적어 봅시다.
- 이 숫자의 절대값에 대한 이진 표기법은 100111000.0101입니다.
- 100111000.0101 = 1.001110000101*2 8 이 있습니다.
- 우리는 이동된 차수 8 + 1023 = 1031을 얻습니다. 다음은 1031 (10) = 10000000111 (2) 입니다.
- 마지막으로
63 52 0 - 우선, 숫자 63에 0이 포함되어 있으므로 이는 양수에 대한 코드라는 점에 유의하세요. 이 숫자의 순서를 구해 보겠습니다. 01111111110 (2) = 1022 (10) . 1022 - 1023 = -1.
- 숫자는 1.1100011*2 -1 또는 0.11100011과 같습니다.
- 10진수 체계로 변환하면 0.88671875가 됩니다.
우리는 컴퓨터 메모리의 정보 표현 유형을 살펴보았으므로 이제 지식 테스트를 시작할 수 있습니다.
종이에 옵션이 필요한 경우
