Краткие сведения из теории

Архитектура компьютера. Хранение информации. Системы счисления

Тема: Архитектура компьютера. Хранение информации. Системы счисления.

Цель работы: Изучить архитектуру персонального компьютера, способы представления и хранения информации в нем, системы счисления, используемые в компьютере.

Краткие сведения из теории

Архитектурой компьютера называется ее логическая организация, структура и ресурсы, которые может использовать программист.

Рисунок 1- Общая схема компьютера

Персональный компьютер состоит из следующих блоков (рисунок 1):

-процессор;

-оперативная память;

-долговременная память;

-устройства ввода-вывода.

Все блоки связаны между собой системной шиной (магистралью).

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare).

Компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд. Команда - это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) ирезультат. Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, а результатом — их сумма. Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Функции памяти:

приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины.

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стриммеры), накопители на оптических дисках CD-R, CD-RW, DVD-R, DVR-RW.

Все многообразие данных, которое обрабатывает ПК, складывается из элементарных «кирпичиков» - цифр 0 и 1 (битов). Далее, в порядке укрупнения, возникает цепочка: «бит – байт – файл – каталог – логический диск».

Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в числовом виде. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов) должна быть преобразована в числовую форму, закодирована. Все буквы и цифры закодированы восьмизначным кодом. Например: буква А имеет код 00110111, а когда на устройство поступает этот код, на мониторе высвечивается буква А.

Единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который принимает значение 0 или 1. Однако, компьютер редко работает с конкретными битами в отдельности. Поэтому, слегка упрощая, будем утверждать, что наименьшая единица информации, с которой работает компьютер – это совокупность из восьми битов, воспринимаемая компьютером как единое целое. Эта комбинация битов называется байтом. Байт можно трактовать иначе: как символ, как ячейку памяти, как единицу измерения оперативной и внешней памяти.

Каждый байт имеет свой номер, который называют адресом (нумерация с нуля). Биты в байте нумеруются справа-налево от 0 до 7. Биты с меньшими номерами называются младшими, с большими номерами - старшими. Минимальная адресуемая ячейка - байт.

Количество значений, которые могут быть записаны в байт равно 28=256 (количество значений равно 2 в степени количества разрядов).

Слово - 2 байта. В слове помещается 216=65536 значений.

Двойное слово - 4 байта 32 разряда 232=8589934592 значений.

В вычислительной технике используются различные системы счисления:

Двоичная система (binary system)
Шестнадцатеричная система (hexadecimal system)
Десятичная система (decimal system)
Восьмеричная система (octal system)

В таблице 1 представлены десятичные числа от 0 до 15 и их эквиваленты в двоичной системе счисления.

Таблица 1. Представление десятичных чисел в двоичном коде

10-й код	2-й код	10-й код	2-й код	10-й код	2-й код

Из таблицы видно, что для представления десятичных чисел от 0 до 15 требуется четырехразрядные двоичные коды. Для представления числа 16 необходимо добавить пятый разряд. Двоичные числа, представленные в таблице 1, характеризуют прямой код. Существуют и другие коды, с помощью которых упрощаются арифметические операции. К ним относятся обратный и дополнительный коды.

Двоичное число в обратном коде получается из числа в прямом коде путем инвертирования каждой цифры. Например, имеем прямой код числа 1101. Обратный код имеет вид 0010. Дополнительный код получают из обратного путем прибавления 1. Например, дополнительный код числа 1101 равен 0011.

Для представления символьных данных используется код ASCII (American Standard Code for Information Interchange — Американский стандартный код для обмена информацией), представленный на рисунке 2. Нижняя часть таблиц кодировки (латиница) полностью соответствует кодировке ASCII. В приведённой таблице числа под буквами обозначают шестнадцатеричный код буквы в Юникоде.

Рисунок 2 - таблица ASCII кода

На каждый символ отводится 1 байт. Первые 128 кодов отведены под управляющие символы, большие и малые буквы английского алфавита, цифры, знаки препинания и специальные символы. Остальные коды отводятся для национального алфавита (для русских букв коды от 128 до 255). Для представления символов также используется код Unicode, в котором для кодировки каждого символа используется 2 байта. Коды 0-128 используются как ASCII-коды, далее идут коды национальных письменностей.

Пример: ASCII-код символа А (лат)= 65₁₀ =41₁₆= 01000111₂

Информация на внешних запоминающих устройствах хранится в виде файлов.

Файл - это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.

Файловая система — это средство для организации хранения файлов на каком-либо носителе. Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях — магнитных дисках или CD-ROM. Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обычная длина блока — 512 байт. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT-таблицах (File Allocation Table)).

Архивный файл — это специальным образом организованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом виде и служебную информацию об именах файлов, дате и времени их создания или модификации, размерах и т.п.

Степень сжатия файлов характеризуется коэффициентом Кс, определяемым как отношение объема сжатого файла Vc к объему исходного файла Vо, выраженное в процентах: Kc=(Vc/ V0)*100%

Архивация(упаковка) — помещение (загрузка) исходных файлов в архивный файл в сжатом виде.

Разархивация (распаковка) — процесс восстановления файлов из архива точно в таком виде, какой они имели до загрузки в архив. Программы, осуществляющие упаковку и распаковку файлов, называются программами-архиваторами.

Содержание работы

1. Выбрать вариант задания и выполнить работы по переводу чисел из одной системы счисления в другие, по кодированию и дешифрованию текста с использованием таблицы ASCII-кодов.

2. Для всех вариантов:

-Составить краткое описание файловой системы и структуры жестких дисков ПК.

-Занести в таблицу сведения о клавиатуре, мыши, процессоре, оперативной памяти, дисплее своего компьютера.

-Открыть окно Мой компьютер и Создать папку вашей группы, например, LabPMI311 (LabPIE311) на диске \\University\Free\ в папке ONV.

-Создать индивидуальные папки с фамилиями студентов. Все следующие задания выполнять и сохранять в индивидуальных папках.

-Создать файлы с расширением bmp, jpg, txt, docx, xlsx.

-Занести в созданную папку файлы с расширением bmp, jpg, txt, docx, xlsx.

-Выполнить операцию архивации созданных файлов.

-Вычислить степень сжатия файлов (коэффициентом Кс) и занести в таблицу.

-Все материалы по заданию: отчёт, архив и т.п. отправить на orlova65@mail.ru.

Содержание отчета

1. Постановка задачи.

2. Результаты выполненных работ.

3. Ответы на контрольные вопросы.

Варианты заданий:

Вариант 1.

-Перевести десятичное число, полученное из текущего года плюс день и месяц рождения, в 2-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления. Сделать проверку путем обратных преобразований.

-Перевести двоичное число 0011010111010110 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

- Закодировать слово ИНФОРМАТИЗАЦИЯ .

- Дешифровать данный текст: 8A AE AC AF EC EE E2 A5 E0

Вариант 2.

-Перевести двоичное число 0010101011101011 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

- Закодировать МИКРОПРОЦЕССОР .

- Дешифровать данный текст: 50 72 6F 67 72 61 6D

Вариант 3.

-Перевести двоичное число 1010101010101011 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово СПЕКТРОФОТОМЕТР .

-Дешифровать данный текст: AC AE A4 A5 AB A8 E0 AE A2 A0 A2 A0 AD A8 A5

Вариант 4.

-Перевести двоичное число 0110101011101001 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово СOMPUTER .

-Дешифровать данный текст: 88 AD E4 AE E0 AC A0 E2 A8 AA A0

Вариант 5.

-Перевести двоичное число 0100101011001010 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово АРХИТЕКТУРА

-Дешифровать данный текст: 50 72 6F 67 72 61 6D

Вариант 6.

-Перевести число 3СС из 16-й системы счисления в 10-ю, 8-ю, 2-ю системы счисления.

-Закодировать слово АРХИВАТОРЫ

-Дешифровать текст:43 6F 6D 70 75 74 65 72 20 49 42 4D 20 50 43

Вариант 7.

-Перевести двоичное число 0011101010001010 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово ИНФОРМАЦИЯ .

-Дешифровать данный текст: 50 52 49 4E 54

Вариант 8.

-Перевести двоичное число 0010111011101100 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово ПРИНТЕР .

-Дешифровать данный текст: 4C 61 73 65 72

Вариант 9.

-Перевести двоичное число 0100101001101001 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово СКАНЕР .

-Дешифровать данный текст: 88 AD E4 AE E0 AC A0 E2 A8 AA A0

Вариант 10.

-Перевести двоичное число 1010101011000011 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово ПРЕЗЕНТАЦИЯ

-Дешифровать данный текст: 42 69 6E 61 72 79

Вариант 11.

-Перевести двоичное число 0110100011101001 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово ПАМЯТЬ

-Дешифровать данный текст: 49 6E 66 6F 72 6D 61 74 69 6F 6E

Вариант 12.

-Перевести двоичное число 1000111011101001 в 10-ю, 8-ю, 16-ю системы счисления.

-Закодировать слово УНИВЕРСИТЕТ

-Дешифровать данный текст:

91 A8 E1 E2 A5 AC A0 20 E1 E7 A8 E1 AB A5 AD A8 EF

Задание для всех вариантов(творческое):

Задача 1. В корзине лежит 100 фруктов. Из них 14 яблок и 42 груши. В какой системе счисления посчитаны фрукты?

Задача 2. Даны два десятичных числа X и Y. Их перевели в двоичную систему счисления и определили, что в числе X из 4 разрядов три единицы, а в числе Y из 5 разрядов две единицы. Логическое (побитовое) произведение этих чисел равно 100, а логическая (побитовая) сумма – 10111. Чему равны числа X и Y в десятичной системе счисления?

Задача 3. В детском саду было всего 100 малышей, из них 43 девочки и 35 мальчиков. В какой системе счисления посчитаны дети?

Контрольные вопросы

1. Что подразумевается под архитектурой компьютера?

2. Перечислите основные блоки компьютера.

3. Что входит в понятие система команд компьютера?

4. Основные функции памяти, процессора.

5. Что такое АЛУ?

6. Что такое УУ?

7. На каких элементах строятся регистры?

8. Чем отличается ОЗУ от ПЗУ?

9. Для чего предназначена внешняя память?

10. На каких устройствах реализована внешняя память?

11. Что такое бит, байт, слово, двойное слово?

12. Что такое файл, файловая система?

13. Что такое система счисления?

14. Для чего делается архивация файлов?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: