En dators arkitektur förstås som en uppsättning information om datorns huvudenheter och deras syfte, om sätt att presentera program och data i en maskin, om dess funktioner och organisation.

Datornas principer är följande:

1. En dator är en maskin med ett lagrat (i datorminne) program, presenterat som en sekvens av kommandon.

2. Kommandon och operander som körs av datorn, d.v.s. data på vilka operationen som anges av kommandot utförs presenteras i datorn i form av en binär kod med ett visst antal bitar.

3. Datorminnet är organiserat i form av en sekvens av memorering

celler, var och en kan lagras (memoreras)

någon binär kod - ett nummer eller en kod för en alfabetisk symbol som representerar data som behandlas, en datorkommandokod. Vid en viss tidpunkt kan du hänvisa till skriva eller läsa till någon av dessa celler, oavsett plats i minnet, genom att ange adressen (cellens ordinalnummer. På så sätt kallas organiserat minne för slumpmässig åtkomst minne.

4. Datorn använder delat minne både för lagring av data och

för lagring av kommandon. Samtidigt saknar koderna för data och kommandon själva funktioner som gör att man tydligt kan skilja dem från varandra. Processorn skiljer mellan data och instruktioner endast genom kontexten för det program som körs.

5. Syftet med uppgifterna, deras typ och användningssätt anges inte heller uttryckligen. De definieras och differentieras av kontexten för det program som körs.

En typisk digital dator har tre huvudkomponenter:

processor, minne och externa enheter. Dess generaliserade blockschema presenteras nedan.

En processor eller central processorenhet (CPU) är en enhet som är utformad för att utföra grundläggande databehandlingsoperationer, aritmetiska och logiska operationer på siffror och styra driften av andra delar av en dator.

Minne eller slumpmässigt åtkomstminne (RAM) - dedikerat

Den är avsedd för lagring av instruktionskoder som utgör programmet som körs av datorn och data eller operander, d.v.s. binära tal eller koder som datorprocessorn utför de operationer som anges av kommandona.

Via input-output-enheter eller externa (perifera) enheter interagerar datorn med omvärlden.

Datorkomponenterna är anslutna till varandra med hjälp av en speciell buss eller datorkanal, som är en uppsättning kommunikationslinjer utformade för att överföra information och styrsignaler mellan datorkomponenterna.

Vid implementering av moderna datorer används en modulär princip. Kärnan i denna princip går ut på att en dator är byggd av en uppsättning enheter och block - moduler som implementerar kompletta funktioner och inte är beroende av andra moduler.

Strukturellt är modulen också ett komplett element. Enskilda moduler kan sammankopplas i önskad konfiguration utan att ändra kretsar (funktioner) för enskilda moduler.

De främsta fördelarna med modulprincipen:

Möjligheten att förbättra datorn utan att ändra dess funktionella organisation, även under drift, genom att ersätta enskilda block med nya (snabbare, mindre i storlek, förbrukar mindre energi, billigare) eller genom att lägga till nya moduler;

Möjlighet att montera från moduler för ett stort antal datorer med olika egenskaper, bäst lämpade för en specifik applikation;

Minska återställningstiden för en dator vid fel genom att förenkla felsökning och reparation.

Modulerna är anslutna till varandra med hjälp av bussar. Fysiskt är bussen en elektrisk ledare och består av kommunikationsledningar. Varje sådan rad vid en tidpunkt låter dig överföra en binär siffra (0 eller 1), det vill säga lite information. I allmänhet kan bussar bära information åt båda hållen.

Vanligtvis är en datorbuss funktionellt uppdelad i tre grupper av kommunikationslinjer: en adressbuss, en databuss och en kontrollbuss. Adressbussen bär information om var man ska leta efter instruktioner (kommandon) eller data i datorns minne, det vill säga adresserna till motsvarande minnesceller; databussen bär dessa data eller instruktioner till den centrala processorn; styrbussen tillhandahåller överföring av styrsignaler mellan processorn och externa enheter.

Uppsättningen av bussar som förbinder två moduler och algoritmen som bestämmer ordningen för informationsutbyte mellan dem kallas ett gränssnitt (gränssnitt).

Gränssnittet kännetecknas av bredden (eller kapaciteten) på dess bestående bussar (främst informativ) och hastigheten på informationsutbyte. I de första modellerna av datorer användes 8- och 16-bitars databussar, utformade för att överföra respektive behandla byte och informationsord (ISA-standard). Fram till nyligen använde de flesta PC-modellerna EISA-, VCA-, VL-BUS-standarderna med fokus på 32-bitars dataöverföring. De senaste datorerna använder 64-bitars databussar. Adressbussens bredd bestämmer storleken på adressutrymmet för det interna minnet (antalet byte RAM och ROM), som direkt kan nås av datorprocessorn.

De första PC-modellerna hade en 16-bitars adressbuss och med hjälp av en speciell adresseringsmetod gav CPU: n åtkomst till 1 MB RAM och ROM. Moderna modeller har 32- och 64-bitars adressbussar, och de ger tillgång till mer än 4 GB av datorns interna minne.

Det enklaste och mest naturliga sättet att ansluta enheter (moduler) till varandra för att bilda en dator är att använda ett enda gränssnitt - ett gränssnitt som alla enheter som utgör datorn är anslutna till. Detta sätt att organisera implementeras i datorn (fig. 1).

Ris. 3 Modulär PC -implementeringsprincip

Grunden för en PC är ett elektroniskt kort, som kallas ett moderkort, eller moderkort, eftersom det rymmer de viktigaste datorenheterna: en mikroprocessor och interna minneschips (RAM och ROM). Dessutom innehåller systemkortet ett antal ytterligare drifts- och andra enheter som säkerställer datorns funktion.

Alla enheter på moderkortet är anslutna till bussarna i ett enda gränssnitt, som också finns på kortet, och bildar en enda elektronisk krets för PC.

Som nämnts tidigare är datorns huvudfunktioner lagring, bearbetning, mottagning och utsända data. Din dator är utrustad med olika enheter för att utföra dessa funktioner. Var och en av dem utför en eller annan specifik funktion. Alla moderna datorer inkluderar:

Minne - en grupp enheter som tillhandahåller lagring program och data;

Processor - en eller flera enheter som tillhandahåller programspecifik behandling data;

Input -output -enheter - en grupp enheter som tillhandahåller utbyte, det vill säga mottagning och överföring data mellan en användare och en maskin, eller mellan två eller flera maskiner.

Olika datorenheter är anslutna till varandra med hjälp av standardiserad och enhetlig hårdvara - kablar, kontakter, etc. I detta fall utbyter enheterna information och styrsignaler med varandra, som också reduceras till vissa standardformer.

Kombinationen av dessa standardverktyg och former utgör en specifik gränssnitt av en enhet eller dator som helhet. "Ett gränssnitt är en uppsättning enhetliga standardavtal, hårdvara och programvara, metoder och regler för interaktion mellan enheter eller program, samt enheter eller program med en användare. Observera att för att beteckna en uppsättning enheter som kan ingå i sammansättningen av en dator av en viss modell, liksom sättet att ansluta dem, används termen Hårdvara.

Grunderna för datorlagring

Som nämnts tidigare har information alltid form av ett meddelande, och meddelandet är kodat med en eller annan uppsättning tecken, symboler, siffror. Det har visats teoretiskt och experimentellt att den mest praktiska och effektiva användningen i datorer är binär kod, det vill säga en uppsättning tecken, ett alfabet som består av ett par nummer (0,1). Eftersom binär kod används för att lagra information i datorer kallas det också maskinkod.

Siffrorna 0 och 1 som bildar uppsättningen (0, 1) kallas vanligtvis binära tal eftersom de används som ett alfabet i den s.k. binärt nummersystem. Numbersystemet är en uppsättning regler och tekniker för namngivning och skrivning av nummer, samt att få värdet på siffror från symbolerna som representerar dem. Antalet tecken i alfabetet i nummersystemet återspeglas vanligtvis i dess namn: binärt, ternärt, oktalt, decimalt, hexadecimalt, etc. Ur en teknisk implementering av en dator är det mycket lättare att arbeta med endast två siffror i det binära systemet (0, 1).

Elementarminnet på en dator som används för att lagra en binär siffra i maskinkoden för ett program eller data kallas en binär siffra eller bit.

Ordet "bit" kommer från den engelska termen bit, som är en förkortning av frasen Binär siffra. Tekniskt sett kan lite implementeras på många olika sätt. Men hur exakt

det görs på ett konkret sätt i en dator - för oss är det helt likgiltigt. Det är bara viktigt att förstå bitens syfte, egenskaper och funktioner.

· En bit kan bara finnas i ett av två möjliga tillstånd, varav en anses vara bilden av siffran "O", och den andra - bilden av siffran "1". Biten behåller sitt tillstånd så länge som det är nödvändigt tills den tvingas ändras, därför kan biten ha kvar informationen som finns i den.

· Du kan när som helst ta reda på i vilket av de två tillstånden biten är - i "O" -läget eller i "1" -läget, medan det aktuella tillståndet för biten förblir oförändrat. Med andra ord kan du att läsa information skriven i bitar (utan att förlora den).

· När behovet uppstår, och oavsett det aktuella tillståndet, kan du överföra lite från ett tillstånd till ett annat. Med andra ord, per bit du kan Skriv ner ny information.

Så, biten utgör grunden för lagring av information, en av datorns tre viktigaste funktioner.

Lite är en mycket liten information. Därför, precis som för bilden av decimaltal, används flera decimaler - platsen för enorna, platsen för tiotal, hundratals, etc., för bilden av binära tal och binära maskinkoder används flera binära siffror, flera bitar.

För att lagra binära nummer i en dator används en enhet, som vanligtvis kallas minnescell. Celler bildas av flera bitar, precis som binära tal bildas av binära siffror. Och hela datorminnet kan figurativt föreställas som en automatisk lagringskammare, bestående av ett stort antal separata celler, i var och en som du kan lägga, Skriv ner något binärt tal, binär maskinkod.

I allmänhet kan cellerna i olika datorer bestå av olika antal bitar. Detta skapar dock betydande svårigheter för att organisera utbytet av information mellan olika modeller av datorer. Därför, från och med tredje generationens bilar, standard-är celler som består av åtta bitar.

Ett element i datorminne, bestående av 8 bitar, kallas en byte.

Vid datorbehandling av information måste man hantera text, grafik, numerisk, ljud och annan information. Olika kodningsmetoder används för att lagra data av olika slag. Dessutom kan för samma typ av information också olika kodningsmetoder användas, som skiljer sig från varandra i effektivitet, liksom olika krav på datorresurser.

Ju fler linjer och prickar desto tydligare och bättre bild. För närvarande anses den minsta acceptabla upplösningen vara 800 x 600, det vill säga 800 punkter per rad och 600 rader per skärm.

Raderna som utgör bilden kan ses uppifrån och nedåt en efter en, som om de utgör en hel linje från dem. Efter en fullständig skanning av den första raden ses den andra, följt av den tredje, sedan den fjärde, och så vidare tills den sista raden på skärmen. Denna process liknar mycket sättet att läsa texter, accepterat i de flesta länder i världen, när raderna skannas efter varandra från vänster till höger och uppifrån och ner. Detta sätt att arbeta med strängar kallas linjesökning, eller läser in. Och eftersom var och en av raderna är en sekvens av pixlar, kan hela bilden sträckt till en linje också betraktas som en linjär sekvens av elementära punkter. I detta fall består denna sekvens av 800 600 = 480 000 pixlar. Tänk först på kodningsprinciperna svartvit bild, det vill säga en bild som består av två kontrasterande färger - svartvitt, grönt och vitt, brunt och vitt, etc. För att underlätta diskussionen antar vi att en av färgerna är svart och den andra är vit. Sedan kan varje pixel i bilden vara antingen svart eller vit. Genom att tilldela den binära koden "0" till svart och koden "1" till vitt (eller vice versa) kommer vi att kunna koda tillståndet för en pixel av en svartvit bild i en bit. Och eftersom en byte består av 8 bitar, kommer en rad som består av 800 punkter att kräva 100 byte minne, och en hel bild kommer att kräva 60 000 byte. Den resulterande bilden blir dock alltför kontrasterande. En riktig svartvit bild består inte bara av vitt och svart. Den innehåller många olika mellanliggande nyanser - grå, ljusgrå, mörkgrå, etc. Om du, förutom vita och svarta färger, bara använder två ytterligare graderingar, säg ljusgrå och mörkgrå, för att koda färgtillståndet en pixel behöver redan två bitar. I det här fallet kan kodningen till exempel vara följande: svart, färg - 00 2, mörkgrå - 01 2, ljusgrå - 10 2, vit - 11 2. Det är allmänt accepterat idag, vilket ger rimligt realistiskt svartvit En bild anses vara kodning av tillståndet för en pixel med en enda byte, vilket möjliggör överföring av 256 olika nyanser av grått från helt vitt till helt svart. I det här fallet, för att överföra hela rastern på 800 x 600 pixlar, tar det inte 60 000, utan alla 480 000 byte.

Färgad bilden kan formas på olika sätt. En av dem är metoden RGB(från orden Röd, Grön, Blå - röd, grön, blå), som förlitar sig på att det mänskliga ögat uppfattar alla färger som summan av tre primära färger - rött, grönt och blått. Till exempel är lila summan av rött och blått, gult är summan av rött och grönt etc. För att få en färgad pixel skickas inte en, utan tre färgade strålar till samma plats på skärmen. För att förenkla situationen antar vi att en bit räcker för att koda var och en av färgerna. En nolla i lite betyder att denna grundfärg saknas i den totala färgen, och en är närvarande. Därför krävs det 3 bitar för att koda en färgpixel - en för varje färg. Låt den första biten motsvara röd, den andra till grön och den tredje till blå. Då betyder kod 101 2 lila färg - rött är, grönt är inte, blått är och kod 110 2 är gul - rött är, grönt är, blått är inte. Med detta kodningsschema kan varje pixel ha en av åtta möjliga färger. Om var och en av färgerna kodas med en byte, vilket är vanligt för en realistisk svartvit bild, kommer det att vara möjligt att överföra 256 nyanser av var och en av de primära färgerna. Och totalt tillhandahålls i detta fall överföringen av 256 256 256 = 16 777 216 olika färger, vilket är ganska nära det mänskliga ögats verkliga känslighet. Med detta färgkodningsschema krävs således 3 byte eller 24 bitar minne per bild av en pixel. Detta sätt att visa färggrafik kallas vanligtvis True -läget. Färg(äkta färg - äkta färg) eller fullfärg läge.

Fullfärgsläget är mycket minneskrävande. Så för 800 x 600 -rastern som diskuterats ovan kräver användning av RGB -metoden 1.440.000 byte. För att spara minne utvecklas olika lägen och grafiska format som återger färger lite sämre, men kräver mycket mindre minne. I synnerhet kan vi nämna läget Hög färg(hög färg), där 16 bitar används för att representera färgen på en pixel och därför kan 65 535 färgnyanser överföras, liksom indexläge, som är baserad på tabellen över färgnyanser som används i den i förväg skapad för denna ritning. Sedan väljs önskad pixelfärg från denna tabell med hjälp av ett tal - ett index som endast tar upp en byte minne. Vid inspelning av en bild i datorns minne, förutom färgen på enskilda prickar, är det nödvändigt att spela in mycket mer information - mönstret, upplösningen, ljusstyrkan på punkterna, etc. grafiskt format. Kodningsformat för grafisk information baserat på överföringen av färgen på varje enskild pixel som bildar bild hänvisas till gruppen raster eller BMP(Bit MaP - bitmapp) -format.

Ljud- och videoinformation

Utvecklingen av metoder för kodning av ljudinformation samt rörliga bilder - animation 1 och videoinspelningar - skedde med en fördröjning i förhållande till de typer av information som diskuterats ovan. Godtagbara sätt att lagra och spela upp ljud- och videoinspelningar med en dator.

Observera att animation förstås som animering av bilder som liknar animering, men görs med hjälp av datorgrafik. Animation är en sekvens av något som skiljer sig från varandra, datorgenererade bilder, som fångar rörelsestillstånden för ett objekt som är nära i tiden.

dök bara upp: på 90 -talet. XX -talet Dessa sätt att arbeta med ljud och video kallas multimediateknik.

Ljud är en ganska komplex kontinuerlig vibration av luft. Kontinuerliga signaler kallas ofta också analog. Det visar sig att sådana kontinuerliga signaler kan vara ungefär, men med tillräcklig noggrannhet, representerade som summan av ett visst antal av de enklaste sinusformiga svängningarna. Dessutom kan varje term, det vill säga varje sinusoid, exakt specificeras av en viss uppsättning numeriska parametrar - amplitud, fas och frekvens, som kan betraktas som ljudkod någon gång. Denna metod för inspelning av ljud kallas digitalisera, digitalisera eller provtagning, eftersom den kontinuerliga pipen byts ut diskret(det vill säga består av isolerade, separata element) en uppsättning signalvärden- räknas signal - vid vissa på varandra följande ögonblick i tid Antalet signalprover per tidsenhet anropas samplingshastighet. För närvarande använder ljudinspelning i multimediateknik frekvenser på 8,11, 22, 44 kHz upp till 192 kHz. 44 kHz samplingshastighet innebär att en sekund av kontinuerligt ljud ersätts av en uppsättning av 44 tusen separata signalprover. Ju högre samplingshastighet desto bättre kvalitet på det digitaliserade ljudet.

Kvaliteten på att konvertera ljud till digital form bestäms inte bara av samplingsfrekvensen, utan också av antalet minnesbitar som tilldelats för registrering av koden för ett sampel. Denna parameter kallas vanligtvis bitkonvertering. För närvarande används vanligtvis 8,16 och 24 bitar. De principer som beskrivs ovan är baserade på formatet Wav(från WAVeform -audio - Waveform Audio) ljudkodning. Du kan få en ljudinspelning i detta format från en mikrofon, skivspelare, bandspelare, TV och andra vanliga ljudenheter som är anslutna till din dator. WAV -formatet tar dock upp en stor mängd minne (vid inspelning av stereoljud med 44 kHz samplingshastighet och 16 bitar krävs cirka 10 miljoner byte minne per minut inspelning).

Förutom WAV -vågformatet används formatet i stor utsträckning för ljudinspelning. MIDI(Musikinstrument digitalt gränssnitt). Faktum är att detta format är en uppsättning instruktioner, kommandon för den sk musik synthesizer- en enhet som simulerar ljudet av riktiga musikinstrument. Du kan endast få ljudinspelning i MIDI -format från speciella elektriska musikinstrument som stöder MIDI -gränssnittet. MIDI -formatet ger högkvalitativt ljud och kräver betydligt mindre minne än WAV -formatet. Videokodning är ett ännu mer komplicerat problem än ljudkodning, eftersom du måste ta hand om inte bara att sampla kontinuerliga rörelser utan också att synkronisera bilden med ljud. För närvarande används ett format för detta, som kallas AVI(Audio -Video Interleaved - interleaved audio and video).

De viktigaste multimediaformaten AVI och WAV är mycket minneskrävande. Därför används i praktiken olika komprimeringsmetoder, det vill säga komprimering av ljud- och videokoder. Komprimeringsmetoder som föreslås av MPEG(Expanderande grupp för rörliga bilder - Gruppen för experter på rörliga bilder). Särskilt, standard-MPEG-1 innehåller flera för närvarande populära format ljudinspelning. Så, till exempel, när du spelar in i formatet MRZ med i stort sett samma ljudkvalitet krävs ett tio gånger mindre minne än att använda WAV -format. Det finns speciella program som konverterar ljudinspelningar från WAV -format till MP3 -format. Standard MPEG-2 beskriver videokomprimeringsmetoder som ger TV -bildkvalitet och stereoljud och har acceptabla minneskrav. Standard MPEG-4 låter dig spela in en färgfilm i full längd med ljudspår på en CD.

Uppgifterna att samla (lagra), bearbeta och överföra information mötte mänskligheten i alla stadier av dess utveckling. Varje steg motsvarade en viss utvecklingsnivå för informationsarbetsverktyg, vars framsteg varje gång gav en ny kvalitet till det mänskliga samhället. Tidigare identifierades de viktigaste stadierna för hantering av information, och de är gemensamma för alla vetenskaper vid behandling av information med en dator. Den vetenskapliga grunden för deras lösning var en sådan vetenskap som informatik.

Informatik är en komplex vetenskaplig och teknisk disciplin som studerar informationens struktur och allmänna egenskaper, informationsprocesser, utveckling av informationsteknik och teknik på grundval av detta, liksom lösningen av vetenskapliga och tekniska problem vid skapande, genomförande och effektiv användning av datorteknik och teknik inom alla offentliga områden ...

Datavetenskapens ursprung finns i tidens dimma. För många århundraden sedan ledde behovet av att uttrycka och komma ihåg information till att tal, skrift och räkning uppstod. Människor försökte uppfinna och sedan förbättra sätten att lagra, bearbeta och distribuera information. Hittills har bevis på försök från våra avlägsna förfäder bevarats information bevarats - primitiva stenmålningar, skivor på björkbark och lertavlor, sedan handskrivna böcker.

Utseendet på 1500 -talet av tryckpressen gjorde det möjligt att avsevärt öka en persons förmåga att bearbeta och lagra nödvändig information. Detta var ett viktigt skede i mänsklighetens utveckling. Information i tryckt form var det huvudsakliga sättet att lagra och utbyta och fortsatte att vara det till mitten av 1900 -talet. Först med datorerna kom grundläggande nya, mycket effektivare metoder för att samla in, lagra, bearbeta och överföra information (figur 1.1).

Figur 1.1. Utveckling av sätt att lagra information

Metoder för överföring av information har utvecklats. Det primitiva sättet att överföra meddelanden från person till person ersattes av en mer progressiv postkommunikation. Postkommunikation gav ett ganska pålitligt sätt att utbyta information. Det bör dock inte glömmas bort att endast meddelanden skrivna på papper kan överföras på detta sätt. Och viktigast av allt var att hastigheten på meddelandeöverföring endast var jämförbar med hastigheten för mänsklig rörelse. Uppfinningen av telegraf och telefon gav i grunden nya möjligheter för behandling och överföring av information.

Tillkomsten av elektroniska datorer gjorde det möjligt att bearbeta och sedan överföra information med en hastighet som är flera miljoner gånger högre än hastigheten för bearbetning (bild 1.2) och överföring av information av en person (bild 1.3).

Figur 1.2. Utveckling av informationsbehandlingsmetoder

Figur 1.3. Utveckling av sätt att överföra information

Grunden för modern informatik bildas av tre komponenter, som var och en kan betraktas som en relativt oberoende vetenskaplig disciplin (bild 1.4).

Teoretisk informatik är en del av informatiken som behandlar studier av information och informationsprocessers struktur och allmänna egenskaper, utveckling av allmänna principer för konstruktion av informationsteknik och teknik. Den är baserad på användning av matematiska metoder och innehåller sådana grundläggande matematiska avsnitt som teorin om algoritmer och automat, informationsteori och kodningsteori, teorin om formella språk och grammatik, operationsforskning, etc.).

Informatiseringsmedel (teknik och programvara) - ett avsnitt som behandlar studier av de allmänna principerna för konstruktion av beräkningsenheter och system för behandling och överföring av data, samt frågor som rör utveckling av programvarusystem.

Informationssystem och teknik - en sektion av informatik, associerad med lösningen av frågor om analys av informationsflöden, deras optimering, strukturering i olika komplexa system, med utveckling av principer för implementering av informationsprocesser i dessa system.

Informatik används i stor utsträckning inom olika områden i det moderna livet: inom produktion, vetenskap, utbildning och andra områden av mänsklig aktivitet.

Utvecklingen av modern vetenskap förutsätter komplexa och dyra experiment, till exempel i utvecklingen av termonukleära reaktorer. Datavetenskap gör det möjligt att ersätta riktiga experiment med maskinförsök. Detta sparar enorma resurser, gör det möjligt att bearbeta de resultat som erhållits med de mest moderna metoderna. Dessutom tar sådana experiment mycket mindre tid än riktiga. Och inom vissa vetenskapsområden, till exempel inom astrofysik, är det helt enkelt omöjligt att genomföra ett riktigt experiment. Här utförs i princip all forskning genom beräknings- och modellexperiment.

Figur 1.4. Datavetenskapens struktur som en vetenskaplig disciplin

Den fortsatta utvecklingen av informatik, liksom all annan vetenskap, innebär nya prestationer, upptäckter och följaktligen nya tillämpningsområden, som kanske är svåra att föreställa sig idag.

Informatik är ett mycket brett område av vetenskaplig kunskap som har uppstått i korsningen av flera grundläggande och tillämpade discipliner.

Som en komplex vetenskaplig disciplin är datavetenskap relaterad (Fig. 1.5):

Med filosofi och psykologi - genom informationsläran och kunskapsteorin;

Med matematik - genom teorin om matematisk modellering, diskret matematik, matematisk logik och teorin om algoritmer;

Med lingvistik - genom undervisning i formella språk och teckensystem;

Med cybernetik - genom informationsteori och kontrollteori;

Med fysik och kemi, elektronik och radioteknik - genom "material" -delen av datorn och informationssystemen.

Figur 1.5. Kommunikation av informatik med andra vetenskaper

Informatikens roll i samhällsutvecklingen är oerhört viktig. Det är den vetenskapliga grunden för informationsprocessen i samhället. Det är förknippat med en progressiv ökning av datorteknikens kapacitet, utveckling av informationsnätverk, skapandet av ny informationsteknik, vilket leder till betydande förändringar på alla samhällsområden: inom produktion, vetenskap, utbildning, medicin etc.

Informatikens huvudsakliga funktion är att utveckla metoder och medel för att konvertera information med hjälp av en dator och tillämpa dem för att organisera den tekniska processen för att konvertera information.

Vid utövandet av sin funktion löser informatik följande uppgifter:

Utforskar informationsprocesser i sociala system;

Utvecklar informationsteknik och skapar den senaste tekniken för att transformera information baserat på resultaten som erhållits under studiet av informationsprocesser;

Löser vetenskapliga och tekniska problem med skapande, implementering och effektiv användning av datorutrustning och teknik inom alla områden av mänsklig verksamhet.

1.2. Informationskoncept. Allmänna egenskaper hos processerna för insamling, överföring, behandling och ackumulering av information

En persons hela liv är på ett eller annat sätt kopplat till ackumulering och bearbetning av information som han tar emot från omvärlden, med hjälp av de fem sinnena - syn, hörsel, smak, lukt och beröring. Som en vetenskaplig kategori är "information" ett ämne för en mängd olika discipliner: datavetenskap, cybernetik, filosofi, fysik, biologi, kommunikationsteori etc. Trots detta finns det fortfarande ingen strikt vetenskaplig definition av vad information är. och istället för det används vanligtvis begreppet information. Begrepp skiljer sig från definitioner genom att olika discipliner inom olika vetenskaps- och teknikområden sätter olika betydelser i det, så att det överensstämmer mest med ämnet och uppgifterna för en viss disciplin. Det finns många definitioner av begreppet information - från den mest allmänna filosofiska (information är en återspegling av den verkliga världen) till den mest specifika tillämpade (information är information som är föremål för bearbetning).

Ursprungligen tolkades innebörden av ordet "information" (från lat. Informatio - förklaring, presentation) som något som bara är inneboende i mänskligt medvetande och kommunikation: "kunskap, information, meddelanden, nyheter som överförs av människor muntligt, skriftligt eller i en annan sätt."

Information är varken materia eller energi. Till skillnad från dem kan det komma och gå.

Det säregna med information är att den bara manifesterar sig under interaktion mellan objekt, och informationsutbytet kan inte ske i allmänhet mellan några objekt, utan bara mellan dem som representerar en organiserad struktur (system). Elementen i detta system kan inte bara vara människor: informationsutbyte kan ske i djur- och växtvärlden, mellan levande och livlös natur, människor och anordningar.

Information är den viktigaste resursen för modern produktion: den minskar behovet av mark, arbetskraft, kapital, minskar förbrukning av råvaror och energi, ger upphov till nya industrier, är en vara och säljaren av information tappar den inte efter säljs kan det ackumuleras.

Begreppet "information" förutsätter vanligtvis närvaron av två objekt - en "källa" till information och en "mottagare" (konsument, adressat) av information.

Information överförs från källa till mottagare i material- och energiform i form av signaler (till exempel elektriska, ljus, ljud, etc.) som sprider sig i en viss miljö.

Signal (från latin signum - tecken) är en fysisk process (fenomen) som bär ett meddelande (information) om en händelse eller ett tillstånd för ett observationsobjekt.

Information kan komma i analog (kontinuerlig) form eller diskret (i form av en sekvens av separata signaler). Följaktligen görs åtskillnad mellan analog och diskret information.

Begreppet information kan ses från två positioner: i ordets vida bemärkelse är det världen omkring oss, utbyte av information mellan människor, utbyte av signaler mellan livlig och livlös natur, människor och anordningar; i ordets snäva bemärkelse är information all information som kan lagras, transformeras och överföras.

Information är ett specifikt attribut för den verkliga världen, som är dess objektiva reflektion i form av en uppsättning signaler och manifesterar sig när den interagerar med "mottagaren" av information, som gör att du kan välja, registrera dessa signaler från omgivningen och , enligt ett eller annat kriterium, identifiera dem.

Av denna definition följer att:

Information är objektiv, eftersom denna egenskap av materia är en reflektion;

Information manifesterar sig i form av signaler och endast när objekt interagerar;

Samma information kan tolkas olika av olika mottagare beroende på "inställningen" för "mottagaren".

En person uppfattar signaler genom sinnena, som "identifieras" av hjärnan. Informationsmottagare inom teknik uppfattar signaler med hjälp av olika mät- och registreringsutrustningar. Samtidigt låter mottagaren, som har en högre känslighet för signalregistrering och mer avancerade algoritmer för deras behandling, erhålla stora mängder information.

Information har vissa funktioner. De viktigaste är:

Kognitiv - få ny information. Funktionen implementeras huvudsakligen genom sådana stadier av informationscirkulation som:

- dess syntes (produktion)

- prestanda

- lagring (överföring i tid)

- uppfattning (konsumtion)

Kommunikativ - kommunikationens funktion mellan människor, implementerad genom sådana stadier av informationscirkulation som:

- överföring (i rymden)

- distribution

Management - bildandet av lämpligt beteende hos ett kontrollerat system som tar emot information. Denna informationsfunktion är oupplösligt kopplad till kognitiv och kommunikativ och förverkligas genom alla cirkulationsstadier, inklusive bearbetning.

Livet i någon form kan inte existera utan information och alla informationssystem skapade av människan kan inte fungera. Utan det är biologiska och tekniska system en hög med kemiska element. Kommunikation, kommunikation, informationsutbyte är inneboende i alla levande varelser, men särskilt hos människor. Genom att ackumuleras och bearbetas från vissa positioner ger information ny information, leder till ny kunskap. Att ta emot information från omvärlden, dess analys och generation utgör en av en persons huvudfunktioner, som skiljer honom från resten av den levande världen.

I det allmänna fallet kan informationens roll begränsas till den emotionella påverkan på en person, men oftast används den för att utveckla kontrollåtgärder i automatiska (rent tekniska) och automatiserade (man-maskin) system. I sådana system kan separata stadier (faser) av informationscirkulationen särskiljas, som var och en kännetecknas av vissa handlingar.

Handlingssekvensen som utförs med information kallas en informationsprocess.

De viktigaste informationsprocesserna är:

- insamling (uppfattning) av information;

- beredning (transformation) av information;

- överföring av information;

- behandling (transformation) av information;

- datalagring;

- visning (reproduktion) av information.

Eftersom materialbäraren av information är en signal, kommer dessa i verkligheten att vara stadierna för cirkulation och transformation av signaler (fig. 1.6).

Figur 1.6. Grundläggande informationsprocesser

I informationsuppfattningsstadiet utförs målmedveten extraktion och analys av information om ett objekt (process), varigenom bilden av objektet bildas, dess identifiering och utvärdering utförs. Huvuduppgiften i detta skede är att skilja användbar information från störande (buller), vilket i vissa fall är förenat med betydande svårigheter.

I stadiet av informationsberedning utförs dess primära transformation. I detta skede utförs operationer som normalisering, analog-till-digital-konvertering, kryptering. Ibland betraktas förberedelsesteget som hjälpmedel i skeden av uppfattning. Som ett resultat av uppfattning och förberedelse erhålls en signal i en form som är lämplig för överföring, lagring eller bearbetning.

I överföringsstadiet skickas information från en plats till en annan (från avsändaren till mottagaren - adressaten). Överföringen utförs via kanaler av olika fysisk karaktär, varav de vanligaste är elektriska, elektromagnetiska och optiska. Extraktionen av signalen vid kanalens utgång, underkastad brusverkan, har karaktären av sekundär uppfattning.

I stadierna av informationsbehandling identifieras dess allmänna och betydande ömsesidiga beroende som är av intresse för systemet. Transformationen av information i bearbetningsskedet (liksom i andra skeden) utförs antingen med hjälp av informationsteknik eller av en person.

Informationsbehandling förstås som någon av dess omvandlingar som utförs enligt logikens, matematikens lagar samt informella regler baserade på "sunt förnuft", intuition, generaliserad erfarenhet, rådande åsikter och normer för beteende. Resultatet av behandlingen är också information, men antingen presenterad i andra former (till exempel ordnade enligt vissa kriterier), eller innehåller svar på de frågor som ställs (till exempel att lösa ett visst problem). Om bearbetningsprocessen är formaliserad kan den utföras med tekniska medel. Grundläggande förändringar på detta område har skett tack vare skapandet av en dator som en universell omvandlare av information, i samband med vilken begreppen data och databehandling uppträdde.

Data är fakta, information som presenteras i en formaliserad form (kodad), inspelad på vissa medier och möjliggör bearbetning med hjälp av speciella tekniska medel (främst datorer).

Databehandling innebär produktion av olika operationer på dem, främst aritmetiska och logiska, för att få ny data som är objektivt nödvändig (till exempel vid förberedelse av kritiska beslut).

I lagringsstadiet skrivs information in i en minnesenhet för senare användning. Främst halvledare och magnetiska medier används för att lagra information.

Skedet med att visa information bör föregå de etapper som är förknippade med mänskligt deltagande. Syftet med detta skede är att förse en person med den information han behöver med hjälp av enheter som kan påverka hans sinnen.

All information har ett antal egenskaper som tillsammans avgör graden av dess överensstämmelse med användarens behov (informationskvalitet). Många olika egenskaper hos information kan nämnas, eftersom varje vetenskaplig disciplin tar hänsyn till de egenskaper som är viktigast för den. Ur informatikens synvinkel är de viktigaste följande:

Informationens relevans är informationens egendom för att behålla sitt värde för konsumenten över tid, det vill säga att inte genomgå "moralisk" åldrande.

Informationens fullständighet är en egenskap hos information som kännetecknas av ett mått på tillräcklighet för att lösa vissa problem. Informationens fullständighet innebär att den säkerställer att det korrekta (optimala) beslutet antas. Utvärderas mot en väldefinierad uppgift eller grupp av uppgifter.

Tillräcklighet för information - en egenskap som överensstämmer med informationens innehåll till objektets tillstånd. Identitetsbrott är förknippat med det tekniska åldrandet av information, där det finns en skillnad mellan objektens verkliga egenskaper och samma funktioner som visas i informationen.

Informationssäkerhet är en egenskap hos information som kännetecknas av graden av beredskap för vissa informationsmatriser för målanvändning och bestäms av förmågan att kontrollera och skydda information för att säkerställa konstant tillgänglighet och snabb tillhandahållande av en informationsmatris som är nödvändig för den automatiska lösningen av mål och systemets funktionella uppgifter.

Informationssäkerhet är en egenskap hos information som kännetecknas av graden av överensstämmelse mellan verkliga informationsenheter och deras verkliga värde. Den nödvändiga nivån på informationssäkerhet uppnås genom att införa metoder för övervakning och skydd av information i alla skeden av behandlingen, öka tillförlitligheten för komplexet av tekniska verktyg och mjukvaruverktyg i informationssystemet, samt administrativa och organisatoriska åtgärder.

Informationssamhälle

Det moderna samhället kännetecknas av en kraftig ökning av informationsvolymen som cirkulerar på alla områden av mänsklig verksamhet. Detta ledde till informatisering av samhället.

Informatisering av samhället förstås som en organiserad socioekonomisk, vetenskaplig och teknisk process för att skapa optimala förutsättningar för att tillgodose informationsbehov och förverkliga individers och juridiska personers rättigheter på grundval av bildande och användning av informationsresurser - dokument i olika former av presentation.

Målet med informationen är att skapa ett informationssamhälle, när de flesta engagerar sig i produktion, lagring, bearbetning, försäljning och användning av information. För att lösa detta problem uppstår nya riktningar inom samhällets medlemmars vetenskapliga och praktiska aktiviteter. Så här uppstod informatik och informationsteknik.

Informationssamhällets egenskaper är:

1) frånvaron av informationskrisens problem, eliminering av motsättningen mellan informationsskredet och informationshunger;

2) informationens prioritet framför andra resurser;

3) skapandet av en informationsekonomi som huvudformen för samhällsutveckling;

4) bildandet av automatiserad generation, lagring, bearbetning och användning av kunskap med hjälp av den senaste informationsteknologin och tekniken.

5) informationsteknik, som får en global karaktär, täcker alla områden av mänsklig social aktivitet;

6) bildandet av informativ enhet för hela den mänskliga civilisationen;

7) genomförande av fri tillgång för varje person till informationsresurser för hela civilisationen;

8) lösning av humanistiska principer för social förvaltning och miljöpåverkan.

Förutom de listade positiva resultaten av informationsprocessen för samhället är negativa trender som följer med denna process också möjliga:

1) överdrivet inflytande av media;

2) invasion av informationsteknik i en persons privata liv;

3) komplexiteten i anpassningen av vissa människor till informationssamhället;

4) problemet med kvalitativt urval av tillförlitlig information.

För närvarande är USA, Japan, England och västeuropeiska länder närmast alla länder informationssamhället.

1.3. Numbersystem

Ett nummersystem är ett sätt att skriva siffror med en viss uppsättning specialtecken (siffror).

Det finns positionella och icke-positionella system.

I icke-positionella nummersystem beror vikten av en siffra inte på den position den intar i siffran. Så, till exempel, i det romerska siffrorsystemet i talet XXXII (trettiotvå), är vikten av siffran X i vilken position som helst bara tio.

I positionsnotationssystem ändras vikten av varje siffra beroende på dess position i siffrorsekvensen som representerar talet.

Varje positionssystem kännetecknas av dess bas. Basen för positionsnummersystemet är antalet olika tecken eller symboler som används för att representera tal i ett givet system.

Vilket naturligt tal som helst kan tas som bas - två, tre, fyra, sexton, etc. Därför är ett oändligt antal positionssystem möjliga.

System med decimaltal

Den kom till Europa från Indien, där den dök upp senast 600 -talet e.Kr. NS. I detta system finns det 10 siffror: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, men information bärs inte bara av siffran, utan också av platsen där siffran står (det vill säga dess position). I decimalsystemet spelas en särskild roll av siffran 10 och dess befogenheter: 10, 100, 1000, etc. Den högra siffran längst till höger visar antalet enor, den andra från höger visar antalet tiotal, nästa visar antalet hundratals, etc.

Binärt nummersystem

I detta system finns det bara två siffror - 0 och 1. En särskild roll här spelas av siffran 2 och dess befogenheter: 2, 4, 8, etc. Den högra siffran längst till höger visar antalet enor, nästa siffra är antalet tvåor, nästa är antalet fyror och etc. Med det binära nummersystemet kan du koda vilket naturligt tal som helst - att representera det som en sekvens av nollor och ettor. I binär form kan du representera inte bara siffror utan också all annan information: texter, bilder, filmer och ljudinspelningar. Ingenjörer lockas av binär kodning eftersom det är enkelt att implementera tekniskt.

Oktalsystem

I detta nummersystem finns det 8 siffror: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Siffran 1, som anges med den minst signifikanta siffran, betyder, precis som i decimalnumret, bara en. Samma siffra 1 i nästa siffra betyder 8, i nästa - 64, etc. Talet 100 (oktal) är inget annat än 64 (decimal). För att konvertera till ett binärt system, till exempel siffran 611 (oktal), måste du ersätta varje siffra med dess ekvivalenta binära triad (tre siffror). Det är lätt att gissa att för att konvertera ett flersiffrigt binärt tal till oktalsystemet måste du dela det i triader från höger till vänster och ersätta varje triad med motsvarande oktalsiffra.

Hexadecimaltalsystem

Att skriva ett tal i oktalsystemet är ganska kompakt, men det är ännu mer kompakt i det hexadecimala systemet. De vanliga siffrorna 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 tas som de första 10 av 16 hexadecimala siffrorna, men de första bokstäverna i det latinska alfabetet används som de återstående 6 siffrorna: A , B, C, D, E, F. Siffra 1 skriven i den minst betydande biten betyder bara en. Samma siffra 1 i nästa - 16 (decimal), i nästa - 256 (decimal) osv. Siffran F i den minst signifikanta siffran betyder 15 (decimal). Omvandling från hexadecimal till binär och vice versa utförs på samma sätt som det görs för oktalsystemet.

Tabell 1. Korrespondens mellan de första få naturliga siffrorna i alla tre nummersystemen

1.4. Informationskodning

För närvarande presenteras information på alla datorer med hjälp av elektriska signaler. I detta fall är två former av dess representation möjliga - i form av en kontinuerlig signal (med liknande värde - analog) och i form av flera signaler (med hjälp av en uppsättning spänningar, som var och en motsvarar en av siffrorna av det representerade värdet).

Den första formen av informationspresentation kallas analog eller kontinuerlig. Värden som presenteras i denna form kan i princip vara vilket värde som helst inom ett visst intervall. Antalet värden som ett sådant värde kan ta är oändligt stort. Därav namnet - kontinuerligt värde och kontinuerlig information. Ordet kontinuitet belyser tydligt huvudegenskapen för sådana mängder - frånvaron av luckor, luckor mellan de värden som ett givet analogt värde kan ta. När du använder den analoga formen krävs färre enheter för att skapa en dator (varje kvantitet representeras av en, inte flera signaler), men dessa enheter blir mer komplexa (de måste skilja betydligt fler signaltillstånd). Den kontinuerliga representationsformen används i analoga datorer (ABM). Dessa maskiner är huvudsakligen avsedda att lösa problem som beskrivs av system med differentialekvationer: studera beteendet hos rörliga föremål, modelleringsprocesser och system, lösa problem med parametrisk optimering och optimal kontroll. Enheter för bearbetning av kontinuerliga signaler har en högre hastighet, de kan integrera en signal, utföra någon av dess funktionella transformationer, etc. kan effektivt lösa problem i samband med lagring och bearbetning av stora mängder information.

Den andra formen av informationspresentation kallas diskret (digital). Sådana mängder, som inte tar alla möjliga, utan endast väldefinierade värden, kallas diskreta (diskontinuerliga). Till skillnad från en kontinuerlig kvantitet kommer antalet värden för en diskret mängd alltid att vara begränsat. Den diskreta representationsformen används i digitala elektroniska datorer (datorer), som enkelt löser problem i samband med lagring, bearbetning och överföring av stora mängder information.

För att automatisera driften av datorer med information relaterad till olika typer är det mycket viktigt att ena deras presentationsform - för detta används kodningstekniken vanligtvis.

Kodning är presentationen av en signal i en viss form, bekväm eller lämplig för efterföljande användning av signalen. Strängt taget är det en regel som beskriver kartläggningen från en uppsättning tecken till en annan uppsättning tecken. Sedan kallas den visade teckenuppsättningen för det ursprungliga alfabetet, och teckenuppsättningen som används för visningen kallas kodalfabetet, eller alfabetet för kodning. I detta fall är både enskilda tecken i det ursprungliga alfabetet och deras kombinationer föremål för kodning. På samma sätt används både enskilda tecken i kodalfabetet och deras kombinationer för att konstruera en kod.

Samlingen av tecken i kodalfabetet som används för att koda ett tecken (eller en kombination av tecken) i det ursprungliga alfabetet kallas en kodkombination, eller kort sagt en teckenkod. I detta fall kan kodkombinationen innehålla ett tecken i kodalfabetet.

Tecknet (eller kombinationen av tecken) i det ursprungliga alfabetet, som motsvarar kodkombinationen, kallas det ursprungliga tecknet.

Samlingen av kodkombinationer kallas en kod.

Förhållandet mellan symboler (eller kombinationer av symboler, om inte enskilda symboler i det ursprungliga alfabetet är kodade) i det ursprungliga alfabetet med deras kodkombinationer utgör en korrespondenstabell (eller tabell med koder).

Som exempel kan vi nämna systemet för att skriva matematiska uttryck, morsekod, nautiskt flaggalfabet, blindskriftssystem för blinda, etc.

Datorteknik har också ett eget kodningssystem - det kallas binär kodning och baseras på representationen av data med en sekvens av endast två tecken: 0 och 1 (ett binärt nummersystem används). Dessa tecken kallas binära tal eller bitar (binärt digitalt).

Om antalet bitar i det binära kodningssystemet ökas med en, fördubblas antalet värden som kan uttryckas i detta system. Följande formel används för att beräkna antalet värden:

där N är antalet oberoende kodade värden,

och m är bredden på den binära kodningen som antas i detta system.

Till exempel, hur många värden (N) kan kodas med 10 bitar (m)?

För att göra detta höjer vi 2 till 10: e effekten (m) och vi får N = 1024, det vill säga i ett binärt kodningssystem kan 1024 oberoende kodade värden kodas med 10 bitar.

Kodning av textinformation

För att koda textdata används specialutvecklade kodningstabeller, baserat på jämförelsen mellan varje tecken i alfabetet med ett specifikt heltal. Åtta binära bitar räcker för att koda 256 olika tecken. Detta räcker för att med olika kombinationer av åtta bitar uttrycka alla tecken på engelska och ryska språken, både små och stora, samt skiljetecken, symboler för grundläggande aritmetiska operationer och några vanliga specialtecken. Men allt är inte så enkelt, och det finns vissa svårigheter. Under de första åren av utvecklingen av datorteknik var de förknippade med bristen på nödvändiga standarder, och nu orsakas de tvärtom av ett överflöd av samtidigt fungerande och motstridiga standarder. För nästan alla språk som är vanliga i världen har deras egna kodtabeller skapats. För att hela världen ska kunna koda textdata på samma sätt behövs enhetliga kodningstabeller, vilket ännu inte har blivit möjligt.

Kodning av grafisk information

Kodningen av grafisk information baseras på att bilden består av de minsta prickarna som bildar ett karakteristiskt mönster som kallas raster. Varje punkt har sina egna linjära koordinater och egenskaper (ljusstyrka), därför kan de uttryckas med heltal - bitmappskodning låter dig använda binär kod för att representera grafisk information. Svartvita illustrationer presenteras i datorn som kombinationer av prickar med 256 nyanser av grått-ett åtta-bitars binärt tal räcker för att koda ljusstyrkan för en prick.

För att koda färggrafiska bilder tillämpas principen om sönderdelning (sönderdelning) av en godtycklig färg till grundkomponenter. I detta fall kan olika metoder för kodning av färggrafisk information användas. Till exempel tror man i praktiken att alla färger som är synliga för det mänskliga ögat kan erhållas genom mekanisk blandning av primära färger. Tre primära färger används som sådana komponenter: röd (röd, R), grön (grön, G) och blå (blå, B). Detta kodningssystem kallas RGB.

Det tar 24 bitar att koda färgen på en punkt i en färgbild. Samtidigt ger kodningssystemet en otvetydig definition av 16,5 miljoner olika färger, vilket faktiskt är nära det mänskliga ögats känslighet. 24-bitars färgvisningsläge kallas True Color.

Var och en av de primära färgerna kan tilldelas en kompletterande färg, det vill säga en färg som kompletterar den primära färgen till vit. Följaktligen är de kompletterande färgerna: cyan (C), magenta (Magenta, M) och gul (gul, Y). Denna kodningsmetod används i tryckindustrin, men tryckindustrin använder också en fjärde bläck - svart (svart, K). Detta kodningssystem betecknas CMYK, och för att representera färggrafik i detta system måste du ha 32 bitar. Detta läge kallas True Color.

Om du minskar antalet bitar som används för att koda färgen på varje punkt kan du minska mängden data, men intervallet för kodade färger reduceras avsevärt. Kodningen av färggrafik med 16-bitars binära tal kallas högfärgsläge.

Ljudkodning

Tekniker och metoder för kodning av ljudinformation kom senast till datorteknik och är fortfarande långt ifrån standardisering. Många enskilda företag har utvecklat sina egna företagsstandarder, även om två huvudområden kan särskiljas.

FM -metoden (Frequency Modulation) är baserad på det faktum att teoretiskt sett kan alla komplexa ljud sönderdelas i en sekvens av de enklaste harmoniska signalerna för olika frekvenser, som var och en representerar en vanlig sinusoid, och därför kan beskrivas med numeriska parametrar , det vill säga med en kod. I naturen har ljudsignaler ett kontinuerligt spektrum, det vill säga att de är analoga. Deras sönderdelning i harmoniska serier och representation i form av diskreta digitala signaler utförs av speciella enheter-analog-till-digital-omvandlare (ADC). Digital-till-analog-omvandlare (DAC) utför omvänd konvertering för att återge ljudet som är kodat med en numerisk kod. Med sådana transformationer går en del av informationen förlorad, så kvaliteten på ljudinspelningen är vanligtvis inte helt tillfredsställande och motsvarar ljudkvaliteten hos de enklaste elektriska musikinstrumenten med "färg" -egenskapen hos elektronisk musik.

Wave-Table-metoden passar bättre för teknikens ståndpunkt. Det finns förberedda bord som lagrar ljudprover för många olika musikinstrument. Tekniskt sett kallas sådana prover för prover. Numeriska koder uttrycker typ av instrument, dess modellnummer, tonhöjd, varaktighet och intensitet av ljud, dynamik i dess förändring. Eftersom ”riktiga” ljud används som samplingar är ljudkvaliteten som erhålls som ett resultat av syntes mycket hög och ligger nära ljudkvaliteten hos riktiga musikinstrument.

Dataenheter

Den minsta informationsenheten är en byte, som är åtta bitar. En byte kan koda ett av 256 värden. Det finns också större enheter som kilobyte (KB), megabyte (MB), gigabyte (GB) och terabyte (TB).

1 byte = 8 bitar

1 KB = 1024 byte

1 MB = 1024 KB = 2 20 byte

1 GB = 1024 MB = 2 30 byte

1 TB = 1024 GB = 2 40 byte

Kontrollfrågor

1. Vad studerar datavetenskap?

2. Hur har metoderna för insamling, lagring och överföring av information utvecklats?

3. Hur är modern informatik struktur?

4. Vad är information?

5. Vilka funktioner utför informationen?

6. Beskriv de viktigaste informationsprocesserna.

7. Vad är den största skillnaden mellan data och information?

8. Vilka egenskaper har information?

9. Vad menas med informatisering av samhället?

10. Vad kännetecknar informationssamhället?

11. Vad är nummersystem och vad är det? Ge exempel.

12. Ge en beskrivning av de grundläggande positionsnummersystemen.

13. I vilka två former kan information presenteras? Beskriv dem och ge exempel.

14. Vad är kodning? Ge exempel på kodning från livet.

15. Vad är den grundläggande informationsenheten i en dator?

16. Hur kodas olika typer av information i datorer?

17. Vilka enheter används för att mäta information?

3.1 Presentation av data i en dator

Vid matematiska beräkningar kan siffror inuti en dator representeras med hjälp av naturliga och normala notationsformer.

Ett exempel på en naturlig notation är 456,43. För att spela in ett sådant nummer är maskinordet (operand) uppdelat i två fasta fält (delar). Det första fältet är reserverat för att spela in heltalets del av numret, och det andra - för att spela in den bråkdelade delen av numret. Den mest betydande biten används för att indikera tecknet på numret.

Vid beräkning är det vanligt att skilja heltalet av numret från bråkdelen med en prick. Eftersom i detta fall punktens position mellan heltalet och bråkdelen är klart definierad, kallas en sådan representation av tal för en representation med fixpunkt... Nedan i fig. 3.1 visar ett maskinord med en längd av 16 bitar (2 byte).

Maskinordär en strukturell enhet för datorinformation. Med hjälp av maskinord skrivs siffror, symboler och kommandon. I moderna datorer är maskinordens längd 32 ... 128 bitar. Fysiskt är varje bit i ett maskinord ett separat minneselement (trigger eller lagringskondensator).

Ris. 3.2. Heltalsrepresentation

Den normala formen för att skriva ett nummer är följande:

där m - mantissa tal; p - beställa; d - bas nummersystem.

Ordningen indikerar platsen i numret på den punkt som skiljer heltalet från den bråkdelade delen av numret. Beroende på ordningen rör sig punkten (flyter) längs mantissan. Denna form av representation av tal kallas formen med flytpunkt... Ris. 3.3 illustrerar formen på ett flytande tal med ett 32-bitars maskinord som exempel.

Till exempel, låt m = 0,3, d = 10, och ordningen blir annorlunda:

0,3 · 10 -1 = 0,03; 0,3 · 10 -2 = 0,003; 0,3 · 10 2 = 30; 0,3 · 10 3 = 300.

Från det givna exemplet kan man se att på grund av förändringen i ordningen rör sig (flyter) punkten längs mantissan. Dessutom, om ordningen är negativ, flyttas punkten längs mantissan till vänster, och om den är positiv, sedan till höger.

31

…

…

Ris. 3.3. Flytpunktsrepresentation

I detta fall är maskinordet uppdelat i två huvudfält. I ett fält skrivs nummerets mantissa, i det andra indikeras numrens ordning. Räckvidden för flytande punkter är betydligt större än intervallet med fasta punktnummer. Datorernas hastighet vid bearbetning av flyttal är dock mycket lägre än vid bearbetning av fasta punktnummer.

3.2 Representation av kommandon i en dator

Datorprogrammet består av en sekvens av kommandon.

Under team förstås som information som säkerställer generering av styrsignaler som genereras i processorstyrenheten för att maskinen ska utföra en viss åtgärd.

Kommandofältet består av två delar: Operations rum och målinriktad... I den operativa delen anges driftkoden (CPC). Koden bestämmer åtgärden som datorn måste utföra (aritmetik - addition, subtraktion, logisk - inversion, etc.).

Adressdelen av kommandot innehåller adresserna till operanderna (siffror eller symboler) som är involverade i operationen. Under adress betyder numret på RAM- eller ROM -cellen där den information som är nödvändig för att utföra kommandot registreras.

Sålunda utför datorn (närmare bestämt processorn) en åtgärd, som bestäms av operationskoden, på data, vars plats anges i adressdelen av kommandot.

Antalet adresser som anges i kommandot kan vara olika. Beroende på antalet adresser skiljer man sig från följande kommandoformat: en-, två- och tre-adress. Det finns också oadresserade kommandon. I fig. 3.4 visar strukturen för de olika kommandona.

CPC	A1
CPC	A1	A2
CPC	A1	A2	A3

Operativ adress del av kommandot

del av laget

Ris. 3.4. Lagstruktur

Kommando med tre adresser som utför till exempel en tilläggsoperation måste innehålla en tilläggsoperationskod och tre adresser.

Åtgärderna som utförs av detta kommando beskrivs i följande operationssekvens.

1. Ta det nummer som lagrats på den första adressen A1.

2. Ta numret som lagras på den andra adressen A2 och lägg till det i det första numret.

3. Anteckna resultatet av tillägg till den tredje adressen A3.

Vid kommando med två adresser är den tredje adressen frånvarande och resultatet kan skrivas antingen till den andra adressen (med förlust av informationen som skrevs där) eller lämnas i adderregistret där tilläggsoperationen utfördes. För att frigöra adderregistret krävs ytterligare ett kommando för att skriva om numret till den önskade adressen. När du organiserar tillägget av två nummer lagrade på adresserna A1 och A2 med registrering av resultatet i A3 med unicast -kommandon, redan tre kommandon krävs.

1. Ring till adderaren (ALU) för numret som är lagrat på adressen A1.

2. Ring det nummer som är lagrat på A2 och lägg till det i det första numret.

3. Spela in resultatet på A3.

Ju färre adresser ett kommando innehåller, desto fler kommandon krävs för att komponera samma maskinprogram.

Genom att öka antalet adresser i kommandot är det nödvändigt att öka maskinordets längd för att tilldela de nödvändiga fälten för adressdelen av kommandona. Med en ökning av datorns minne ökar längden på fältet som krävs för att ange en adress. Samtidigt använder inte alla kommandon adressfält fullt ut. Till exempel, för kommandot att skriva ett nummer till en given adress, krävs bara ett adressfält. En omotiverad ökning av längden på ett maskinord för användning av multicast -kommandon leder till en minskning av datorns hastighet, eftersom längre fält måste bearbetas.

Det finns oadresserade kommandon som endast innehåller opkoden, och nödvändig data placeras i förväg i vissa register för processorn.

Moderna datorer utför automatiskt flera hundra olika kommandon. Alla maskinkommandon kan delas in i grupper enligt de typer av operationer som utförs:

· Dataöverföring;

· Aritmetiska operationer;

· Logiska operationer;

· Användning av åtkomst till externa datorenheter;

· Kontrollöverföring;

· Service och hjälpverksamhet.

Vid utformning av nya processorer måste utvecklare lösa den svåra uppgiften att välja instruktionslängd och bestämma listan över nödvändiga instruktioner (instruktionsuppsättning). Motstridiga krav på instruktionskonfiguration har lett till skapandet av processorer med olika instruktionsformat (CISC- och RISC -arkitekturer).

3.3 kodtabell

KodtabellÄr den interna (kodade) representationen i maskinen av bokstäver, siffror, symboler och styrsignaler. Så den latinska bokstaven A i kodtabellen representeras av decimaltalet 65D (inuti datorn kommer detta nummer att representeras av det binära talet 01000001B), den latinska bokstaven C - med talet 67D, den latinska bokstaven M - 77D, etc. Således kommer ordet "SAMARA" skrivet med stora latinska bokstäver att cirkulera inuti datorn i form av siffror:

67D-65D-77D-65D-80D-65D.

För att vara mer exakt lagras detta ord inne i datorn och används i form av binära tal:

01000011V-01000001V-01001101V-01000001V-0101000V-01000001V

Siffror (till exempel 1 - 49D, 2 - 59D) och symboler (till exempel! - 33D, + - 43D) kodas på liknande sätt.

Tillsammans med alfanumeriska tecken kodas styrsignaler i kodtabellen. Till exempel orsakar kod 13D skrivarens skrivhuvud att gå tillbaka till början av den aktuella raden, medan kod 10D flyttar papper i skrivaren en rad framåt.

Kodtabellen kan representeras inte bara med decimal SS, utan också med hexadecimal SS. Notera än en gång att signaler cirkulerar inuti datorn, representerade i det binära nummersystemet och i kodtabellen, för större läsbarhet för användaren, i decimal eller hexadecimal SS.

Varje bokstav, siffra, skiljetecken eller styrsignal kodas med ett åtta bitars binärt tal. Med ett åtta-bitars tal (ett byte) kan du representera (koda) 256 godtyckliga tecken-bokstäver, siffror och eventuella grafiska bilder.

ASCII -kodtabellen (American Standard Code for Information Interchange) har antagits över hela världen som en standard. ASCII -tabellen reglerar (definierar strikt) exakt hälften av de möjliga tecknen (latinska bokstäver, arabiska siffror, skiljetecken, styrsignaler). Koder från 0D till 127D används för att koda dem.

Andra halvan av ASCII -kodtabellen (med koder från 128 till 255) definieras inte av den amerikanska standarden och är avsedd att rymma symboler för nationella alfabet i andra länder (i synnerhet kyrilliska - ryska bokstäver), pseudografiska symboler och några matematiska symboler. I olika länder, på olika datormodeller, i olika operativsystem kan olika versioner av andra halvan av kodtabellen (de kallas ASCII -tillägg) användas. Till exempel kallas tabellen som används i MS-DOS-operativsystemet CP-866. Med denna tabell för att koda ordet "SAMARA" skrivet med ryska bokstäver får vi följande koder:

145D-128D-140D-128D-144D-128D.

När du arbetar i Windows-operativsystemet används CP-1251-kodtabellen, där kodningen av latinska bokstäver sammanfaller med kodningen av CP-866- och ASCII-tabellerna, och den andra halvan av tabellen har sin egen layout (kodning ) tecken. Därför kommer ordet "SAMARA", skrivet med stora ryska bokstäver, att ha en annan representation inne i datorn:

209D-192D-204D-192D-208D-192D.

Således kan ett yttre identiskt ord (till exempel "SAMARA") inuti en dator representeras på olika sätt. Naturligtvis orsakar detta vissa olägenheter. När man arbetar på Internet blir den nationella texten ibland oläslig. Den mest troliga orsaken i detta fall är en felaktig överensstämmelse i kodningarna för den andra halvan av kodtabellerna.

En vanlig nackdel med alla enkelbyte-kodtabeller (de använder åtta-bitars binära nummer för kodning) är bristen på någon information i teckenkoden som talar om för maskinen vilken kodtabell som används i detta fall.

Av företagens gemenskap Unicode ett annat teckenkodningssystem har föreslagits som standard. I detta system används två byte (16 bitar) för att representera (koda) ett tecken, och detta gör att information kan inkluderas i teckenkoden om vilket språk tecknet tillhör och hur det ska visas på en skärm eller på en skrivare. Två byte tillåter kodning av 65 536 tecken. Det är sant att mängden information som upptas av samma text kommer att fördubblas. Men texterna kommer alltid att vara "läsbara" oavsett vilket nationellt språk och operativsystem som används.

3.4 Organisation av datalagring på magnetskivor

3.4.1. Skivor

Skivor- enheter för permanent lagring av information. Varje dator har en hårddisk som är avsedd att läsa och skriva till en icke-flyttbar hårddisk (hårddisk) och en diskettenhet (eller enhet) som används för att läsa och skriva till disketter (disketter). Dessutom kan det finnas enheter för arbete med CD-skivor, magneto-optiska skivor etc.

Varje hårddisk eller magneto-optisk disk kan delas upp i flera delar, som för användaren kommer att se ut på skärmen på samma sätt som fysiskt befintliga diskar. Dessa delar kallas logiska enheter... Varje logisk enhet har ett namn (bokstav) med vilken den kan nås. Således är en logisk enhet en del av en vanlig hårddisk som har sitt eget namn. Till exempel kan en 3 GB hårddisk delas in i två logiska enheter: 2 GB C: enhet och 1 GB D: enhet.

Disken som operativsystemet är skrivet kallas systemisk(eller startbar) disk. C: hårddisken används oftast som en startdiskett.

I DOS- och Windows -operativsystem kan varje disk dessutom ges namn (label - label), som återspeglar deras innehåll, till exempel: System, grafik, texter, distributioner, etc.

3.4.2. Filer

Information om skivor (hårddiskar, disketter, magneto-optiska skivor, CD-skivor etc.) lagras i filer.

FilÄr en uppsättning sammankopplade data som uppfattas av en dator som helhet och har ett gemensamt namn på en disk eller ett annat lagringsmedium. Filer kan lagra programtexter, dokument, färdiga program, ritningar, etc.

För att operativsystemet och andra program ska kunna komma åt filerna måste filerna namnges. Denna beteckning kallas filnamn. Filnamnet har vanligtvis två delar- det faktiska namnet (i DOS, från 1 till 8 tecken, i Windows - från 1 till 254 tecken) och tillägg upp till 3 tecken. Namnet och tillägget separeras med en punkt. Ofta kallas ett namn och en förlängning också som ett namn tillsammans. Exempel på filnamn:

vova.doc tetris.exe doc.arj config.sys

Namnet och tillägget kan bestå av stora och små latinska bokstäver (ryska bokstäver är också möjliga), siffror och symboler, förutom kontrolltecken och symboler \ /: *?< >; , + =. Ryska bokstäver i filnamn bör användas med försiktighet - vissa program "förstår" inte namn med ryska bokstäver. Filnamn kan innehålla "-" (bindestreck), "_" (understrykning), "$" (dollar), "#" (hash), "&" (ampersand, typografisk "och" i engelska länder), " @" ("Hund"), "!", "%", Parenteser, citat, " ^" ("lock"), "'" (apostrof), "~" (tilde eller "våg").

Filnamnstillägget är valfritt. Det brukar beskriva innehållet i filen, så att använda tillägget är mycket bekvämt. Många program ställer in ett specifikt filnamnstillägg så att du kan se vilket program som skapade filen. Dessutom tillåter många program (till exempel skalprogram) dig att ringa motsvarande program med filnamnets förlängning och ladda omedelbart den här filen. Exempel på typiska tillägg:

com, exe - körbara filer (redo att köra program); om du väljer en fil med det här tillägget och trycker på Enter -knappen börjar programmet omedelbart att fungera;

bat - kommando (Batch) filer;

txt, doc, wp, wri - textfiler (dokument). Dokumenttillägget ges till dess dokument av MS Word, wp - WordPerfect, wri - MS Write. Filer med txt-tillägget innehåller vanligtvis text utan dekoration (endast text, endast text);

bak - den senaste versionen av texten (backup);

tif, pcx, bmp, pic, gif, jpg, cdr - grafiska filer i olika format;

arj, zip, lzh, rar - speciellt komprimerade (zippade) filer;

hlp - hjälpfiler, tips för olika program;

drv, ega, vga, sys, dll och ett antal andra - verktygsprogram och drivrutinsprogram med vilka en dator lär sig att arbeta med olika bildskärmar, tangentbord, skrivare, möss och använda det ryska språket. Dessa program körs inte som körbara filer;

ttf, fon, fnt, sfp, stl, xfr - typsnitt för olika program;

bas, c, pas, asm - innehåller texten för program i BASIC, C, Pascal, Assembler.

Det kan finnas filer med andra tillägg.

Det viktigaste kännetecknet för en fil är dess storleken... Det mäts i byte, KBytes, MBytes.

3.4.3. Mappar

Filnamn spelas in på skivor i kataloger (eller kataloger). I Windows kallas kataloger för mappar.

MapparÄr en speciell plats på disken som lagrar filnamn, information om filstorlek, tid då de senast uppdaterades, attribut (egenskaper) för filer, etc. Om namnet på en fil lagras i en mapp, sägs den här filen vara i den här mappen. Varje disk kan ha flera mappar.

Varje mapp har ett namn. Kraven för mappnamn är desamma som för filnamn. I allmänhet används inte namnetillägget för mappar, även om det inte är förbjudet.

Fullständigt filnamn har följande form (parenteser [och] betecknar valfria element):

[enhet:] [sökväg \] filnamn

SättÄr en sekvens av mapp (katalog) namn eller tecken “..” åtskilda av “\”. Sökvägen anger rutten från den aktuella eller rotmappen på disken till den mapp där filen finns. Om sökvägen börjar med tecknet "\" beräknas rutten från diskens rotmapp, annars - från den aktuella mappen. Varje mappnamn i sökvägen motsvarar en post i en mapp med det namnet, symbolen ".." motsvarar en post i en mapp en nivå högre. Till exempel:

A: \ text1.txt - filen text1.txt finns i rotmappen på A: -enheten;

C: \ WORKS \ PASCAL \ prog1.pas - filen prog1.pas finns i PASCAL -mappen, som i sin tur finns i WORKS -mappen i rotmappen i C: -enheten.

3.4.4. Skivans filstruktur

För att kunna spela in information på en ny magnetisk disk måste den vara förformaterad. FormateringÄr förberedelsen av skivan för inspelning av information.

Under formateringen skrivs serviceinformation till disken (märkning görs), som sedan används för att skriva och läsa information. Märkningen görs med hjälp av ett elektromagnetiskt fält som genereras av enhetens inspelningshuvud.

Information registreras av vägar, och varje spår är indelat i sektorer till exempel 1024 byte vardera (bild 3.5). En 3,5-tums diskett med 1,44 MB kapacitet innehåller 80 spår och 18 sektorer.

Ris. 3.6. Winchester cylinder

Figuren visar två cylindrar (första och andra) som bildas av lika långa spår på tre hårddiskar. När hårddisken fungerar läser flera huvuden samtidigt information från spåren på en cylinder.

För att komma åt data i filen måste du känna till adressen för den första sektorn för dem där fildata lagras. Sektoradressen bestäms av tre koordinater: spår (cylinder) nummer, ytnummer och sektornummer.

Operativsystemet (OS) lagrar denna information för varje fil. För att implementera åtkomst till OS -filen används rotkatalogen, filtilldelningstabellen FAT (File Allocation Table) och diskstartssektorn. Dessa element bildas systemområdet på disken(eller disketter) och skapas under initialiseringen (formateringen) av disken.

Startsektor, filtilldelningstabell, rotkatalog och det återstående lediga diskutrymmet, kallat dataområdet, är delar av diskfilstruktur.

En hårddisk kan delas in i flera partitioner. Därför innehåller hårddiskens inledande sektorer information om antalet partitioner, deras plats och storlek. I det följande betraktas hårddiskpartitioner som fristående diskar, som var och en initialiseras separat, har sin egen bokstavsbeteckning (C:, D:, E:, F:, etc.) och sina egna filstrukturelement.

Boot -sektorn(Boot Record)Är ett visitkort på skivan, som innehåller de data som krävs för att arbeta med skivan. Den finns på varje disk i logiskt sektornummer 0. Följande egenskaper registreras i startsektorn:

systemidentifierare, om operativsystemet är inspelat på disken;

storleken på disksektorerna i byte;

antalet sektorer i klustret;

antalet objekt i katalogen;

antalet sektorer på disken, etc.

Om disken är förberedd som ett system (start) innehåller startsektorn startprogram för operativsystemet. Annars innehåller den ett program som, när du försöker starta från den här disken, visar operativsystemet ett meddelande om att den här disken inte är en system.

Startsektorn på disken följs av filtilldelningstabellen.

Filtilldelningstabell(File Allocation Table - FAT för kort) innehåller en beskrivning av ordningen för placeringen av alla filer i sektorerna på denna disk, samt information om defekta områden på disken. FAT följs av dess exakta kopia, vilket ökar tillförlitligheten för att spara denna mycket viktiga tabell.

När användare arbetar på datorn ändras innehållet på disken: nya filer läggs till, onödiga tas bort, vissa filer expanderas eller reduceras, etc.

För att utföra dessa åtgärder krävs en speciell mekanism för att fördela lagringsutrymme mellan filer och ge åtkomst till dem. Denna mekanism implementeras med hjälp av en filallokeringstabell.

När man läser-skriver-skrivoperationer utförs informationsutbytet mellan hårddisken och datorminnet i block. Minsta blockstorlek är lika med en sektor. För att minska antalet hårddiskåtkomstar per en åtkomst kan information skrivas eller läsas från flera sekvenser som ligger i sekvens och bildar ett slags superblock, kallat klunga... Således, klunga- flera sekvensiellt placerade sektorer som läses eller skrivs till filen i ett samtal till den. Klusterstorleken kan variera.

En fil som skrivs till disken tilldelas ett helt antal kluster, och de tilldelade klustren kan placeras på olika platser på disken. Till skillnad från kontinuerliga filer finns i ett minnesområde, filer som upptar flera områden på disken kallas fragmenterad... Syftet med FAT är att lagra data om platsen för filfragment på disken.

Mekanismen för åtkomst till filer med FAT implementeras enligt följande. Dataområdet på en skiva ses som en sekvens av numrerade kluster. Varje kluster tilldelas ett FAT -element med samma nummer. Exempelvis motsvarar artikel 2FAT kluster 2 i diskdataområdet, objekt 3FAT till kluster 3 och så vidare. I katalogen som innehåller information om filer på hårddisken, för varje fil, listas numret på det första klustret som filen använder. Detta nummer kallas FAT -ingångspunkten. Systemet, efter att ha läst numret på det första klustret i filen i katalogen, öppnar till exempel detta kluster, skriver data till det. I FAT innehåller det första klustret i en fil numret på det andra klustret i filen eller ett slutet av filtecken etc. Ett exempel på en filåtkomstmekanism som använder FAT presenteras i tabell. 3.1.

Tabell 3.1

Filåtkomstmekanism med FAT

FAT -inloggning

FAT -elementnummer

FAT -elementvärden

Funktionen för vilken typ av dator som helst är baserad på en minnesenhet som kan lagra information, använda den för beräkningar och utfärda den på operatörens första begäran.

Definition

En informationslagringsenhet är en enhet som är associerad med resten av datorn och som kan uppfatta yttre påverkan. I moderna datorer används flera typer av liknande produkter samtidigt, som alla har sin egen funktionalitet och driftskarakteristik. Lagringsenheter för nyckelinformation klassificeras enligt deras driftsprinciper, energikrav och många andra parametrar.

Åtgärder med minne

Huvuduppgiften för en inspelningsenhet är operatörens förmåga att arbeta med den. Alla åtgärder är indelade i tre typer:

• Lagring... All information som har kommit till inspelningsenheten måste finnas där tills den raderas av operatören eller datorn. Det finns produkter som kan lagra data under en lång tid även när datorn är avstängd. Så här fungerar vanliga hårddiskar. Andra liknande produkter (RAM) innehåller bara en del av data så att operatören kan komma åt dem så snabbt som möjligt.
• Inmatning... Informationen måste på något sätt komma till inspelningsenheten. I detta fall kan uppdelningen följa denna princip. Vissa modeller fungerar direkt med operatören. Andra är associerade med andra minneselement, vilket påskyndar deras arbete.
• Produktion... Mottagna data visas i gränssnittet för interaktion med användaren eller tillhandahålls för beräkningar till andra lagringsenheter.

Alla enheter för lagring, inmatning och utmatning av information är på ett eller annat sätt anslutna till ett enda nätverk inom en enda dator. Tillsammans säkerställer de dess prestanda.

Formen

Klassificeringen av informationslagringsenheter enligt inspelningsformen delar dem alla i två kategorier: analog och digital. De förra används praktiskt taget inte i den moderna världen. Det närmaste exemplet på en analog inspelare är en kassettbandspelare, som länge har varit föråldrad. Ändå pågår vissa utvecklingar i denna riktning. För närvarande finns det redan flera prototyper av produkter av denna typ som inte är dåliga när det gäller kapacitet och hastighet, men i jämförelse med digitala enheter är de betydligt sämre när det gäller produktionskostnader. En vanlig datorhårddisk lagrar information i form av enor och nollor. Detta är en digital inspelningsenhet, som de allra flesta moderna produkter av denna typ. Deras funktion bygger på principen att bevara bärarens fysiska tillstånd i en av två möjliga former (för ett binärt system). Numera används också mer moderna varianter som kan använda ternär eller till och med decimal notation. Detta blev möjligt på grund av användningen av de unika egenskaperna hos olika material och framväxten av ny teknik för att skriva data till enheter. Mänskligheten ökar gradvis mängden information som kan lagras, samtidigt som mediet minskar.

Inspelningsstabilitet

Klassificering enligt denna indikator delar alla enheter för lagring och behandling av information i fyra grupper:

• Operativ inspelning(BAGGE). Operatören får möjlighet att ange ny information, läsa den befintliga och arbeta med den direkt i driftsprocessen. Ett exempel är datorns RAM -minne. Den lagrar de flesta av de ständigt efterfrågade data, så det är inte nödvändigt att ständigt komma åt huvudhårddisken. I de flesta fall raderas all information från sådana medier efter ett strömavbrott.
• Omskrivbar(EPROM). Sådana produkter låter dig skriva, radera och mata in data nästan ett obegränsat antal gånger. Ett exempel är CD-RW och vanliga hårddiskar. Varje dator har mest sådant minne, och det är på det som nästan all användarinformation lagras.
• Spelade in(EPROM). På sådana enheter kan data bara sparas en gång. Det är omöjligt att skriva över eller radera information, vilket är den största nackdelen med sådana produkter. Ett exempel är CD-R-skivor. Det används extremt sällan i den moderna världen.
• Permanent(ROM). Denna typ av enhet sparar information när den har spelats in och tillåter inte att den raderas eller ändras på något sätt. Ett exempel är en dators BIOS. I den förblir all data oförändrad och användaren får möjlighet att bara välja andra inställningar från listan över befintliga. Till skillnad från EPROM är det fortfarande möjligt att lägga till ny data till sådana medier, men som regel kräver detta fullständig borttagning av gammal data. Det vill säga, BIOS kan installeras om, men inte kompletteras eller uppdateras.

Energioberoende

Datorn kräver elektricitet för att fungera, utan vilken alla åtgärder skulle vara omöjliga. Men om varje gång efter att du stängde av datorn raderades data om allt utfört arbete, skulle värdet på datorn i vårt liv vara mycket mindre. Så vilken typ av matlagringsenheter finns det?

• Flyktig... Dessa produkter fungerar bara när de levereras med el. Denna typ inkluderar standard DRAM- eller SRAM -moduler.
• Ej flyktigt... Inspelningsenheter kräver inte ström för att lagra information. Ett exempel är en dators hårddisk.

Åtkomsttyp

Informationslagringsenheter är också uppdelade enligt denna indikator. Efter typen av åtkomst är minnet:

• Associativ... Det används sällan. Dessa produkter inkluderar speciella enheter som används för att öka hastigheten för stora mängder data.
• Hetero... Full och obegränsad åtkomst erbjuds av hårddiskar som tillhör denna typ av åtkomst.
• Konsekvent... Nu används den praktiskt taget inte. Tidigare använt i magnetband.
• Slumpmässig... Enligt denna princip fungerar RAM, vilket ger användaren möjlighet att få tillgång till den senaste informationen, med vilken systemet fungerade, i vilken form som helst. Det används för att påskynda datorn.

Avrättning

Enheter för lagring av information klassificeras efter typen av prestanda.

• Tryckta kretskort... Denna typ innehåller RAM -moduler och patroner för gamla konsoler. De arbetar mycket snabbt, men de behöver en konstant energiförsörjning, varför deras nuvarande användning har en extra roll.
• Disk. De är magnetiska och optiska. Den mest populära representanten är datorns hårddisk. De används som den viktigaste informationsbäraren.
• Kort... Det finns många alternativ. De senare inkluderar flashkort. Tidigare användes denna typ för tillverkning av stansade kort och deras magnetiska motsvarigheter.
• Trumma... Ett exempel är en magnetisk trumma. Praktiskt taget inte använd.
• Tejp. Ett exempel är perforerade eller magnetband. Nästan aldrig förekommer i den moderna världen.

Fysisk princip

Enligt den fysiska driftsprincipen är enheter för inmatning, utmatning, lagring och behandling av information indelade i:

• Magnetisk... De är gjorda i form av kärnor, skivor, band eller kort. Ett exempel är en hårddisk. Detta är inte det snabbaste sättet att behandla information, men det låter dig lagra data under en lång tid utan strömförsörjning, vilket säkerställer deras nuvarande popularitet.
• Perforering... Tillverkade som band eller kort. Ett exempel är ett gammalt stansat kort som används för att registrera information i de första datormodellerna. På grund av tillverkningens komplexitet och den lilla mängden lagrad data används denna princip nu praktiskt taget inte.
• Optisk... CD -skivor av något slag. De arbetar alla efter principen om ljusreflektion från deras yta. Lasern brinner genom spåren och bildar sektioner som skiljer sig från den totala massan, vilket gör det möjligt att använda samma binära kodsystem, där ett tillstånd på disken betecknas med det ena och det andra med noll.
• Magneto-optisk... MO -skivor. De används sällan, men kombinerar fördelarna med båda systemen.
• Elektrostatisk. De arbetar efter principen att ackumulera en elavgift. Exempel är CRT, kondensatorlagringsenheter.
• Halvledare... De använder funktionerna i materialet med samma namn för att samla in och lagra data. Så här fungerar en flash -enhet.

Bland annat finns det lagringsenheter som fungerar på andra fysiska principer. Till exempel om supraledning eller ljud.

Antal tillstånd

Den slutliga klassificeringen av en beständig lagringsenhet är hur många tillstånd den kan stödja. Som nämnts ovan fungerar digitala medier genom att ändra sin fysiska del baserat på den levererade elen. Det enklaste exemplet: om det är magnetiserat, är det lika med siffran 1, om inte, betyder det - 0. Detta är principen för drift av binära system som bara kan stödja två versioner av staten. Enheter som fungerar i tre eller flera former används nu också. Detta öppnar upp mycket breda utsikter för användning av databärare, låter dig minska deras storlek, samtidigt som du ökar den totala volymen lagrad information.

Resultat

De gamla enheterna var mycket stora. De tidigaste datorerna krävde ett rum som var jämförbart med moderna sporthallar, och de var samtidigt väldigt långsamma. Framstegen står inte stilla och nu kan informationslagringsenheter, även de mest omfattande, helt enkelt läggas i fickan. Vidareutveckling kan gå både på vägen för att söka efter nya material eller sätt att interagera med gamla, och i riktning mot att skapa en permanent och stabil anslutning runt om i världen. I det här fallet kommer rymliga enheter att placeras i speciella serverrum, och användaren kommer att ta emot all data med hjälp av "moln" -tekniken.

För att representera information i datorns minne (både numeriskt och icke-numeriskt) används en binär kodningsmetod.

En elementär minnescell i en dator har en längd av 8 bitar (1 byte). Varje byte har sitt eget nummer (kallas en adress). Den största sekvensen av bitar som en dator kan bearbeta som helhet kallas maskinord. Längden på ett maskinord beror på processorns bitkapacitet och kan vara lika med 16, 32 bitar etc.

En byte räcker för att koda tecken. I det här fallet kan 256 tecken representeras (med decimalkoder från 0 till 255). Persondatorns teckenuppsättning är oftast en förlängning av ASCII -koden (American Standard Code of Information Interchange).

I vissa fall används ett blandat binärt-decimaltalsystem när man representerar tal i datorns minne, där en nibble (4 bitar) behövs för att lagra varje decimal och decimaler från 0 till 9 representeras av motsvarande binära tal från 0000 till 1001. Till exempel, packat decimalformat, utformat för att lagra heltal med 18 signifikanta siffror och upptar 10 byte i minnet (varav den viktigaste är signerad), använder detta alternativ.

Ett annat sätt att representera heltal är ytterligare kod... Värdeintervallet för värdena beror på antalet minnesbitar som tilldelats för lagring. Till exempel sträcker sig värden av typen Integer från
-32768 (-2 15) till 32677 (2 15 -1) och 2 byte tilldelas för lagring: av LongInt -typ -i intervallet från -2 31 till 2 31 -1 och ligger i 4 byte: av Wordtyp - i intervallet från 0 upp till 65535 (2 16 -1) används 2 byte osv.

Som du kan se från exemplen kan data tolkas som både signerade och osignerade nummer. När det gäller en signerad kvantitet anger den vänstra (mest signifikanta) siffran ett positivt tal om den innehåller noll och negativ om den innehåller en.

I allmänhet är siffrorna numrerade från höger till vänster, med början på noll.

Ytterligare kod ett positivt tal matchar dess direktkod... Direktkoden för ett heltal kan representeras enligt följande: talet omvandlas till ett binärt nummersystem och sedan kompletteras dess binära notering till vänster med så många obetydliga nollor som krävs av den datatyp som numret tillhör. Till exempel, om talet 37 (10) = 100101 (2) deklareras som ett värde av typen Integer, kommer dess direktkod att vara 0000000000100101, och om ett värde av typen LongInt är dess direktkod. För en mer kompakt notation används ofta en hexadecimal kod. De resulterande koderna kan skrivas om som 0025 (16) respektive 00000025 (16).

Komplementskoden för ett negativt heltal kan erhållas med följande algoritm:

1. skriva ner den direkta koden för modulen i numret;
2. vänd det (byt ut dem mot nollor, nollor mot ettor);
3. lägg till en till inversionskoden.

Låt oss till exempel skriva tilläggskoden för talet -37, tolka det som ett värde av typen LongInt:

1. direktkod med nummer 37 är 1
2. omvänd kod
3. kompletterande kod eller FFFFFFDB (16)

När du får ett nummer med en extra kod, är det först och främst nödvändigt att bestämma dess tecken. Om siffran visar sig vara positiv, översätt sedan bara koden till decimalsystemet. Vid ett negativt tal måste följande algoritm utföras:

1. subtrahera 1 från koden;
2. invertera koden;
3. konvertera till decimalnotation. Skriv ner det resulterande talet med ett minustecken.

Exempel. Låt oss skriva ner siffrorna som motsvarar komplementskoderna:

1. 0000000000010111.

   Eftersom noll skrivs i den mest betydande biten blir resultatet positivt. Detta är koden för nummer 23.

2. 1111111111000000.

   Här är koden för ett negativt tal, vi kör algoritmen:

   1. 1111111111000000 (2) - 1 (2) = 1111111110111111 (2) ;
   2. 0000000001000000;
   3. 1000000 (2) = 64 (10)

En något annorlunda metod används för att representera reella tal i minnet på en persondator. Tänk på representationen av kvantiteter med flytpunkt.

Vilket reellt tal som helst kan skrivas i standardformen M * 10 p, där 1 ≤ M< 10, р- целое число. Например, 120100000 = 1,201*10 8 . Поскольку каждая позиция десятичного числа отличается от соседней на степень числа 10, умножение на 10 эквивалентно сдвигу десятичной запятой на 1 позицию вправо. Аналогично деление на 10 сдвигает десятичную запятую на позицию влево. Поэтому приведенный выше пример можно продолжить: 120100000 = 1,201*10 8 = 0,1201*10 9 = 12,01*10 7 ... Десятичная запятая плавает в числе и больше не помечает абсолютное место между целой и дробной частями.

I notationen ovan kallas M mantissa siffror, och p är hans ordnad... För att upprätthålla maximal noggrannhet lagrar datorer nästan alltid mantissan i en normaliserad form, vilket innebär att mantissan i detta fall är ett tal som ligger mellan 1 (10) och 2 (10) (1 ≤ М< 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.

Personlig dator IBM PC med 8087 matematisk coprocessor gör det möjligt att arbeta med följande giltiga typer (värdena anges i absolut värde):

63

52

0

Du kan se att den mest betydande biten som tilldelats mantissan är nummer 51, d.v.s. mantissan upptar de minst signifikanta 52 bitarna. Stapeln här indikerar positionen för den binära punkten. Decimalpunkten måste föregås av en bit av heltalets del av mantissan, men eftersom den alltid är lika med en krävs inte denna bit här och motsvarande bit finns inte i minnet (men det är underförstått). Ordervärdet lagras inte här som ett helkompletterat heltal. För att förenkla beräkningar och jämföra reella tal lagras ordervärdet i datorn i formuläret förskjutet antal, d.v.s. en förskjutning läggs till nuvärdet av ordern innan den lagras i minnet. Förskjutningen väljs så att noll motsvarar det minsta ordervärdet. Till exempel för Double är ordern 11 bitar och sträcker sig från 2 -1023 till 2 1023, så förskjutningen är 1023 (10) = 1111111111 (2). Slutligen anger bit 63 tecknet på numret.

Av ovanstående följer således följande algoritm för att erhålla en representation av ett reellt tal i datorns minne:

1. konvertera modulen för ett givet tal till det binära nummersystemet;
2. normalisera ett binärt tal, d.v.s. skriv i formen M * 2 p, där M är mantissan (dess heltal är lika med 1 (2)) och R- ordningen skriven i decimalsystemet;
3. lägg till en förskjutning till ordern och konvertera förskjutningsordern till det binära nummersystemet;
4. med hänsyn till tecknet på det givna talet (0 - positivt; 1 - negativt), skriv ner dess representation i datorns minne.

Exempel. Låt oss skriva ner koden för talet -312.3125.

1. Den binära posten för modulen för detta nummer är 100111000,0101.
2. Vi har 100111000.0101 = 1.001110000101 * 2 8.
3. Vi får den skiftade ordningen 8 + 1023 = 1031. Vidare har vi 1031 (10) = 10000000111 (2).
4. Till sist
   

   63

   52

   0

   1. Först och främst noterar vi att detta är koden för ett positivt tal, eftersom noll skrivs i biten med nummer 63. Låt oss få ordningen på detta tal. 01111111110 (2) = 1022 (10). 1022 - 1023 = -1.
   2. Numret har formen 1.1100011 * 2 -1 eller 0.11100011.
   3. Om vi ​​konverterar till decimalsystemet får vi 0,88671875.

   Vi undersökte typerna av informationsrepresentation i datorns minne, nu kan du börja kontrollera kunskap.

   Om du behöver alternativ på papper, då