CPU má prístup k údajom v Náhodný vstup do pamäťe. Práca počítača s používateľskými programami začína po načítaní údajov z externej pamäte do RAM.

RAM pracuje synchronizovane s CPU a má rýchly prístupový čas. RAM ukladá údaje iba vtedy, keď je zapnuté napájanie. Výpadok napájania vedie k nezvratnej strate údajov, takže používateľovi, ktorý dlhodobo pracuje s veľkým množstvom údajov, sa odporúča pravidelne ukladať priebežné výsledky na externé médium.

RAM

Pamäťové funkcie

1) prijímanie informácií z iných zariadení;

2) zapamätanie informácií;

3) prenos informácií na požiadanie do iných zariadení stroja.

Periférne zariadenia

Funkcie periférnych zariadení zahŕňajú vstup a výstup informácií.

Každé zariadenie má súbor charakteristík, ktoré vám umožňujú vybrať si konfiguráciu zariadenia, ktorá je najvhodnejšia na riešenie určitého rozsahu úloh pomocou počítača.

Hlavným účelom periférnych zariadení

Zabezpečiť, aby programy a dáta na spracovanie vstupovali do PC z prostredia, ako aj výstup výsledkov prevádzky PC vo forme vhodnej na vnímanie človekom alebo na prenos do iného počítača, prípadne v inej požadovanej forme.

Periférne zariadenia možno rozdeliť do niekoľkých skupín podľa ich funkčného účelu:

1. I/O zariadenia- určený na zadávanie informácií do PC, ich výstup vo formáte potrebnom pre operátora alebo výmenu informácií s inými PC. Tento typ PU možno pripísať externé disky, modemy.

2. Výstupné zariadenia– určené na zobrazovanie informácií vo formáte požadovanom operátorom. Tento typ periférií zahŕňa: tlačiareň, monitor, audio systém.

3. Vstupné zariadenia– Vstupné zariadenia sú zariadenia, prostredníctvom ktorých možno zadávať informácie do počítača. Ich hlavným účelom je implementovať vplyv na stroj. Medzi tieto typy periférnych zariadení patria: klávesnica, skener, Grafický tablet atď.

4. Ďalšie spúšťače- ako je manipulátor "myš", ktorý poskytuje iba pohodlné ovládanie grafického rozhrania operačných systémov PC a nenesie výrazné funkcie vstup alebo výstup informácií; WEB-kamery, ktoré uľahčujú prenos obrazových a zvukových informácií na internete alebo medzi inými počítačmi. To posledné však možno pripísať zariadeniam vstup, vďaka možnosti ukladať foto, video a audio informácie na magnetické alebo magnetooptické médiá.

binárny kód

Informácie majú vždy formu správy a správa je zakódovaná jedným alebo druhým súborom znakov, symbolov, čísel. Z technického hľadiska je najpohodlnejšie a najefektívnejšie použiť binárny kód, teda množinu znakov, abecedu pozostávajúcu z dvojice čísel (0,1). Pretože binárny kód sa používa na ukladanie informácií počítačov, nazýva sa aj strojový kód.

Číslice 0 a 1, ktoré tvoria množinu (0,1), sa zvyčajne nazývajú dvojkové, pretože sa používajú ako abeceda v tzv. binárny systém zúčtovanie. Číselný systém je súbor pravidiel a techník na pomenovanie a písanie čísel, ako aj na získanie významu čísel zo symbolov, ktoré ich zobrazujú. Počet znakov v abecede číselnej sústavy sa zvyčajne odráža v jej názve: dvojková, trojková, osmičková, desiatková, hexadecimálna atď. Vo všeobecnosti možno uvažovať číselné sústavy s ľubovoľným počtom znakov v abecede. V súčasnosti je všeobecne akceptovaný arabský desiatkový číselný systém, ktorého abeceda pozostáva z desiatich číslic (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9). Na použitie v počítači je však desiatková sústava príliš komplikovaná, pretože pre jej aplikáciu je potrebné si vybrať technické spôsoby obrázky desiatich rôznych čísel. Z hľadiska technickej realizácie počítača je oveľa jednoduchšie pracovať len s dvoma číslicami dvojkovej sústavy (0,1).

Základné pamäťové zariadenie počítača, ktoré sa používa na zobrazenie jednej binárnej číslice, sa nazýva binárna číslica alebo bit.

Vnútorná bitová hĺbka procesora určuje, koľko bitov dokáže spracovať súčasne pri vykonávaní aritmetických operácií.

Externá bitová hĺbka procesora určuje, koľko bitov môže súčasne prijímať alebo prenášať na externé zariadenia.

Literatúra

1. A.V. Mogilev, N.I. Pak, E.K. Henner. Počítačová veda. M., 2000.

2. Áno. Saveliev. Základy informatiky. M., 2001.

3. Články časopisu Compas 2007

4. Informatika: základný kurz, 2. vydanie. Vydavateľstvo "Peter", 2005

Na reprezentáciu informácií v pamäti počítača (číselné aj nenumerické) sa používa metóda binárneho kódovania.

Elementárna bunka pamäte počítača má dĺžku 8 bitov (1 byte). Každý bajt má svoje číslo (nazýva sa to adresa). Najväčšia sekvencia bitov, ktorú môže počítač spracovať ako celok, sa nazýva strojové slovo. Dĺžka strojového slova závisí od kapacity slov procesora a môže sa rovnať 16, 32 bitom atď.

Na kódovanie znakov stačí jeden bajt. V tomto prípade môže byť reprezentovaných 256 znakov (s desatinnými kódmi od 0 do 255). Znaková sada osobného počítača je najčastejšie rozšírením kódu ASCII (American Standard Code of Information Interchange).

V niektorých prípadoch sa pri reprezentácii čísel v pamäti počítača používa systém zmiešaných binárnych a desiatkových čísel, kde na uloženie každého desatinného znaku je potrebný nibble (4 bity) a desatinné číslice od 0 do 9 sú reprezentované zodpovedajúcimi binárnymi číslami. od 0000 do 1001. Tento variant používa napríklad zbalený desiatkový formát , ktorý je určený na ukladanie celých čísel s 18 platnými číslicami a zaberá 10 bajtov v pamäti (najvyšší z nich je znamienko).

Ďalším spôsobom, ako reprezentovať celé čísla, je dodatočný kód. Rozsah hodnôt závisí od počtu bitov pamäte pridelených na ich uloženie. Napríklad hodnoty typu Integer sa pohybujú od
-32768 (-2 15) až 32677 (2 15 -1) a na ich uloženie sú alokované 2 bajty: Typ LongInt - v rozsahu od -2 31 do 2 31 -1 a nachádzajú sa v 4 bajtoch: Typ Word - v rozsah od 0 do 65535 (2 16 -1) používajú sa 2 bajty atď.

Ako môžete vidieť z príkladov, údaje možno interpretovať ako čísla so znamienkom aj bez znamienka. V prípade vyjadrenia množstva so znamienkom označuje ľavá (najvyššia) číslica kladné číslo, ak obsahuje nulu, a záporné číslo, ak obsahuje jednotku.

Vo všeobecnosti sú číslice číslované sprava doľava, začínajúc od nuly.

Dodatočný kód kladné číslo je rovnaké ako jeho priamy kód. Priamy kód celého čísla možno znázorniť nasledovne: číslo sa prevedie do binárnej číselnej sústavy a potom sa jeho binárny zápis doplní naľavo toľkými nevýznamnými nulami, koľko si vyžaduje dátový typ, do ktorého číslo patrí. Napríklad, ak je číslo 37 (10) = 100101 (2) deklarované ako celočíselná hodnota, potom jeho priamy kód bude 0000000000100101 a ak je to hodnota LongInt, potom jeho priamy kód bude. Pre kompaktnejší zápis sa častejšie používa hexadecimálny kód. Výsledné kódy je možné prepísať ako 0025 (16) a 00000025 (16).

Dodatočný kód záporného celého čísla možno získať pomocou nasledujúceho algoritmu:

1. zapíšte si priamy kód modulu čísla;
2. prevrátiť ho (nahradiť jednotky nulami, nuly jednotkami);
3. pridajte jednu do inverzného kódu.

Napríklad napíšme dvojkový doplnkový kód -37, ktorý interpretujeme ako hodnotu LongInt:

1. priamy kód pre číslo 37 je 1
2. inverzný kód
3. dodatočný kód alebo FFFFFFDB (16)

Pri prijímaní čísla dodatočným kódom je v prvom rade potrebné určiť jeho znamenie. Ak sa číslo ukáže ako kladné, jednoducho preložte jeho kód do desiatkovej sústavy. V prípade záporného čísla je potrebné vykonať nasledujúci algoritmus:

1. odpočítať od kódu 1;
2. invertovať kód;
3. previesť na desiatkovú číselnú sústavu. Výsledné číslo zapíšte so znamienkom mínus.

Príklady. Zapíšme si čísla zodpovedajúce dodatočným kódom:

1. 0000000000010111.

   Keďže v najvýznamnejšom bite je zapísaná nula, výsledok bude kladný. Toto je kód pre číslo 23.

2. 1111111111000000.

   Tu je kód záporného čísla, spustíme algoritmus:

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

Trochu iná metóda sa používa na znázornenie reálnych čísel v pamäti osobného počítača. Zvážte reprezentáciu veličín s s pohyblivou rádovou čiarkou.

Akékoľvek reálne číslo možno zapísať v štandardnom tvare M*10 p , kde 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.

Vo vyššie uvedenom zázname sa M nazýva mantisačísla, a p - jeho v poriadku. Aby sa zachovala maximálna presnosť, počítače takmer vždy ukladajú mantisu v normalizovanej forme, čo znamená, že mantisa je v tomto prípade číslo medzi 1 (10) a 2 (10) (1 ≤ M< 2). Основные системы счисления здесь, как уже отмечалось выше,- 2. Способ хранения мантиссы с плавающей точкой подразумевает, что двоичная запятая находится на фиксированном месте. Фактически подразумевается, что двоичная запятая следует после первой двоичной цифры, т.е. нормализация мантиссы делает единичным первый бит, помещая тем самым значение между единицей и двойкой. Место, отводимое для числа с плавающей точкой, делится на два поля. Одно поле содержит знак и значение мантиссы, а другое содержит знак и значение порядка.

IBM PC s matematickým koprocesorom 8087 vám umožňuje pracovať s nasledujúcimi reálnymi typmi (rozsah hodnôt je uvedený v absolútnej hodnote):

63

52

0

Vidíte, že najvýznamnejší bit vyhradený pre mantisu má číslo 51, t.j. mantisa zaberá spodných 52 bitov. Pruh tu označuje polohu binárneho bodu. Pred desatinnou čiarkou musí byť bit celej časti mantisy, ale keďže sa vždy rovná jednej, tento bit tu nie je potrebný a zodpovedajúci bit nie je v pamäti (ale je implikovaný). Hodnota exponentu je tu uložená nie ako celé číslo reprezentované v dodatočný kód. Pre zjednodušenie výpočtov a porovnanie reálnych čísel je hodnota objednávky v počítači uložená vo formulári ofsetové číslo, t.j. k skutočnej hodnote zákazky sa pred zápisom do pamäte pripočíta offset. Offset je zvolený tak, aby minimálna hodnota objednávky bola nula. Napríklad pre Double je poradie 11 bitov a má rozsah 2 -1023 až 2 1023 , takže posun je 1023 (10) = 1111111111 (2) . Nakoniec bit číslo 63 označuje znamienko čísla.

Z vyššie uvedeného teda vyplýva nasledujúci algoritmus na získanie zobrazenia reálneho čísla v pamäti počítača:

1. previesť modul daného čísla na binárnu číselnú sústavu;
2. normalizovať binárne číslo, t.j. napíšte v tvare M*2 p , kde M je mantisa (jej celá časť sa rovná 1 (2)) a R- poradie zapísané v desiatkovej číselnej sústave;
3. pridať offset k objednávke a previesť offsetovú objednávku do binárneho číselného systému;
4. s prihliadnutím na znamienko daného čísla (0 - kladné; 1 - záporné) zapíšte jeho zobrazenie do pamäte počítača.

Príklad. Napíšeme číselný kód -312,3125.

1. Binárny zápis modulu tohto čísla je 100111000,0101.
2. Máme 100111000,0101 = 1,001110000101*2 8 .
3. Dostaneme posunuté poradie 8 + 1023 = 1031. Potom máme 1031 (10) = 10000000111 (2) .
4. Konečne
   

   63

   52

   0

   1. V prvom rade si všimneme, že ide o kód kladného čísla, keďže v číslici s číslom 63 je napísaná nula. Zoberme si poradie tohto čísla. 01111111110 (2) = 1022 (10) . 1022 - 1023 = -1.
   2. Číslo vyzerá ako 1,1100011*2 -1 alebo 0,11100011.
   3. Prevedením do desiatkovej číselnej sústavy dostaneme 0,88671875.

   Uvažovali sme o typoch reprezentácie informácií v pamäti počítača, teraz môžeme začať testovať znalosti.

   Ak potrebujete možnosti na papieri, potom

Počítačové inžinierstvo- súbor zariadení určených na automatické alebo automatizované spracovanie údajov na informácie.

Výpočtový systém je špecifický súbor vzájomne prepojených zariadení. Centrálnym zariadením väčšiny výpočtových systémov je elektronický počítač (počítač) alebo počítač.

Počítač- zariadenie pozostávajúce z elektronických a elektromechanických komponentov, ktoré vykonáva operácie zadávania, ukladania a spracovania údajov podľa špecifického programu s cieľom získať informácie, ktorých výstup sa uskutočňuje vo forme vhodnej pre ľudské vnímanie.

Počítačová architektúra. Pod architektúrou počítača je potrebné pochopiť súbor charakteristík, ktoré používateľ potrebuje. Sú to predovšetkým hlavné zariadenia a počítačové bloky, ako aj štruktúra prepojení medzi nimi a riadenie programu.

Všeobecné princípy pre zostavovanie počítačov, ktoré sa týkajú architektúry:

• štruktúra pamäte počítača;
• spôsoby prístupu k pamäti a externých zariadení";
• schopnosť meniť konfiguráciu;
• príkazový systém;
• dátové formáty;
• organizácia rozhrania.

Na základe toho sa dá určiť, že Architektúra- to sú najvšeobecnejšie princípy konštrukcie počítača, ktoré implementujú programové riadenie prevádzky a interakciu jeho hlavných funkčných jednotiek.

Klasické princípy budovania počítačovej architektúry boli navrhnuté v práci J. von Neumanna. G. Goldsteig a A. Burks v roku 1946 a sú známe ako „von Neumannove princípy“. Tieto princípy deklarujú nasledujúce ustanovenia architektúry:

• Použitie systému reprezentácie binárnych údajov. Výhody binárneho systému pre technickú implementáciu poskytli pohodlie a jednoduchosť vykonávania aritmetických a logických operácií. Počítače začali spracovávať nečíselné typy informácií – textové, grafické, zvukové a iné. Binárne kódovanie údajov je stále informačnú základňu akýkoľvek moderný počítač.
• Princíp uloženého programu. Neumann ako prvý uhádol, že program môže byť uložený aj vo forme núl a jednotiek a v rovnakej pamäti ako čísla, ktoré spracovával. Absencia zásadného rozdielu medzi programom a údajmi umožnila samotnému počítaču vytvoriť si program pre seba v súlade s výsledkami výpočtov. Von Neumann nielenže predložil základné princípy logického zariadenia počítača, ale navrhol aj jeho štruktúru, ktorá bola reprodukovaná počas prvých dvoch generácií počítača.
• Princíp postupného vykonávania operácií. Štrukturálne sa pamäť skladá z očíslovaných buniek. Akákoľvek bunka je procesoru kedykoľvek k dispozícii. Z toho vyplýva možnosť takto pomenovať pamäťové oblasti. aby k hodnotám v nich uloženým bolo možné následne pristupovať alebo ich meniť počas vykonávania programu pomocou priradených názvov.
• Princíp náhodného prístupu k bunkám RAM. Programy a dáta sú uložené v rovnakej pamäti. Počítač teda nerozlišuje, čo je v danej pamäťovej bunke uložené – číslo, text alebo príkaz. S príkazmi môžete vykonávať rovnaké akcie ako s údajmi.

Obr. 3. Riadiace zariadenie (CU). Aritmetická logická jednotka (ALU). Pamäť (pamäť) ukladá informácie (údaje) a programy, zahŕňa pamäť s náhodným prístupom (RAM) a externé úložné zariadenia (VSD).

Moderná počítačová architektúra. Skutočná štruktúra počítača je oveľa komplikovanejšia ako schéma diskutovaná vyššie (obr. 3). V moderných počítačoch, najmä mikropočítačoch (osobných), stále častejšie dochádza k odklonu od tradičnej von Neumannovej architektúry v dôsledku túžby vývojárov a používateľov zlepšiť kvalitu a výkon počítačov (obr. 4).

Kvalita počítačov je charakterizovaná mnohými ukazovateľmi. Ide o súbor príkazov, ktorým je počítač schopný porozumieť a vykonať ich, rýchlosť práce (rýchlosť) CPU, počet periférií pripojených k počítaču súčasne a mnoho ďalšieho. Hlavným ukazovateľom charakterizujúcim počítač (počítač) je zároveň jeho rýchlosť.

Výkon je počet operácií, ktoré môže procesor vykonať za jednotku času. V praxi to viac zaujíma používateľa výkon počítača- ukazovateľ jeho efektívnej rýchlosti, to znamená schopnosť nielen rýchlo fungovať, ale aj rýchlo riešiť konkrétne úlohy.

V dôsledku toho všetky tieto a ďalšie faktory prispievajú k zásadnému a konštruktívnemu zlepšeniu prvkovej základne počítačov, to znamená k vytvoreniu nových, rýchlejších, spoľahlivejších a pohodlnejších procesorov, úložných zariadení, vstupno-výstupných zariadení atď. Napriek tomu je potrebné vziať do úvahy, že rýchlosť prvkov nemožno zvyšovať donekonečna (existujú moderné technologické obmedzenia a obmedzenia spôsobené fyzikálnymi zákonmi). Preto vývojári počítačová technológia hľadať riešenia tohto problému zlepšovaním architektúry počítača.

Takto sa objavili počítače s viacprocesorovou (alebo viacprocesorovou) architektúrou, v ktorých pracuje niekoľko procesorov súčasne, čiže výkon takéhoto počítača sa rovná súčtu výkonu procesorov.

IN výkonné počítače, určené pre zložité inžinierske výpočty a počítačom podporovaný dizajn (CAD), často inštalujú dva alebo štyri procesory. V supervýkonných počítačoch (takéto stroje dokážu napríklad simulovať jadrové reakcie v reálnom čase, predpovedať počasie v globálnom meradle, simulovať plnohodnotné scény pre kino a animáciu) dosahuje počet procesorov niekoľko desiatok.

Ryža. 4. Všeobecná štruktúra moderný mikropočítač

Všetky hlavné architektonické bloky pozostávajú zo samostatných menších zariadení, ktoré vykonávajú dobre definované funkcie.

Centrálna procesorová jednotka obsahuje najmä aritmetickú logickú jednotku ( ALU). interné pamäťové zariadenie vo forme registrov procesora a vnútornej vyrovnávacej pamäte, riadiace zariadenie ( uu).

Vstupné zariadenie spravidla tiež nie je jednou konštrukčnou jednotkou. Keďže typy vstupných informácií sú rôznorodé, zdrojov vstupných údajov môže byť viacero. To isté platí pre výstupné zariadenia.

CPU- je centrálny výpočtová jednotka v akomkoľvek type počítača. Vykonáva výpočty na programe uloženom v pamäti RAM a poskytuje všeobecné ovládanie počítača.

Procesor obsahuje minimálne:

• Aritmetická logická jednotka (ALU), určené na vykonávanie aritmetických a logických operácií;

• Riadiace zariadenie (CU), určený na vykonávanie všeobecného riadenia výpočtového procesu podľa programu a koordinácie všetkých počítačových zariadení. Riadiaca jednotka v určitom poradí vyberie príkaz po príkaze z pamäte RAM. Potom: každý príkaz sa podľa potreby dekóduje, dátové prvky z buniek RAM špecifikovaných v príkaze sa prenesú do ALU. Jednotka ALU je nakonfigurovaná na vykonanie akcie špecifikovanej aktuálnym príkazom (tejto akcie sa môžu zúčastniť aj I/O zariadenia); je daný príkaz na vykonanie tejto akcie. Tento proces bude dovtedy pokračovať. kým nenastane jedna z nasledujúcich situácií: vyčerpajú sa vstupné údaje, z jedného zo zariadení bol prijatý príkaz na zastavenie činnosti, napájanie počítača sa vypne.

úložné zariadenie (úložisko)- ide o architektonický celok počítača určený na dočasné (RAM) a dlhodobé (trvalá pamäť) ukladanie programov, vstupných a výsledkových dát, ako aj medzivýsledkov na externé pamäťové zariadenia (VZU).

Pamäť s náhodným prístupom (RAM)- slúži na príjem, uchovávanie a vydávanie informácií. Obsahuje programy a údaje dostupné pre použitie mikroprocesorom, ako aj medziprodukty a konečné výsledky výpočtov. Proces vykonávania programu sa redukuje na premenu počiatočného stavu pamäte na konečný (konečný). RAM je nestále zariadenie, čo znamená, že pri vypnutí napájania sa stratia informácie. Rýchlosť počítača výrazne závisí od rýchlosti pamäte RAM. Prvky pre RAM sa preto neustále hľadajú a trávia menej času operáciami čítania a zápisu. Problém je vyriešený vytvorením viacúrovňovej pamäte.

RAM sa skladá z dvoch alebo troch častí: hlavná časť väčšej kapacity je postavená na relatívne pomalých (lacnejších) prvkoch a doplnková (tzv. cache pamäť) pozostáva z vysokorýchlostných prvkov. Údaje, ku ktorým procesor najčastejšie pristupuje, sa nachádzajú vo vyrovnávacej pamäti, zatiaľ čo väčšina prevádzkových informácií je uložená v hlavnej pamäti.

Pamäť iba na čítanie (ROM). Neprchavé zariadenie určené pre dlhodobé skladovanie oficiálne a primárne informácie. Prezentované vo forme mikroobvodov umiestnených na základnej doske (systémovej) doske.

Vonkajšieúložné zariadenie (VZU). Energeticky nezávislé zariadenia, ktoré poskytujú spoľahlivé ukladanie a vydávanie informácií. Ukladajú často používané programy a dáta (pozri úložné zariadenia). Rýchlosť výmeny dát medzi permanentnou pamäťou a centrálnym procesorom je však vo veľkej väčšine prípadov oveľa nižšia ako rýchlosť RAM.

Vstupné zariadenia (IUV) a výstup (UV), patria do kategórie periférnych zariadení. Predtým bola činnosť I/O zariadení riadená centrálnym procesorom, čo zabralo veľa času. Architektúra moderných počítačov zabezpečuje prítomnosť kanálov pre priamy prístup k RAM na výmenu údajov s I/O zariadeniami bez účasti centrálneho procesora, ako aj prenos väčšiny riadiacich funkcií periférnych zariadení na špecializované procesory, uvoľnenie centrálneho procesora a zvýšenie jeho výkonu.

Prerušovací systém. prerušenie Situácia sa nazýva situácia, ktorá vyžaduje určitú činnosť mikroprocesora, keď nastane určitá udalosť. Systém prerušení sa chápe ako softvérový a hardvérový komplex, ktorý zabezpečuje vykonávanie a spracovanie prerušení.

Procesor musí rýchlo reagovať na rôzne udalosti vyskytujúce sa v počítači v dôsledku činnosti operátora alebo bez jeho vedomia. Príkladmi sú stlačenia klávesov na klávesnici, pokus o delenie nulou (počas vykonávania programu), výpadok napájania (iné poruchy hardvéru), plánovaný prístup k jadru. operačný systém a ďalšie. Potrebnú reakciu na prerušenia zabezpečuje prerušovací systém.

Manipulácia s prerušením sa redukuje na pozastavenie vykonávania aktuálnej sekvencie príkazov, namiesto ktorej sa začne interpretovať iná sekvencia zodpovedajúca tento typ preruší a nazýva sa obsluha prerušení. Po jeho implementácii môže vykonávanie programu pokračovať, ak je to možné alebo vhodné, v závislosti od typu prerušenia.

Systém I/O portov poskytuje priame pripojenie adaptéra periférneho zariadenia k systémovej zbernici, to znamená, že v skutočnosti je bodom takéhoto pripojenia periférneho zariadenia k počítačovému systému. Každý I/O port má svoju vlastnú adresu a periférnemu zariadeniu možno priradiť viacero I/O portov. Sada vstupno-výstupných portov tvorí systém vstupno-výstupných portov. Zjednodušene možno I/O port považovať za register, do ktorého sa zapisujú informácie na ich prenos do periférneho zariadenia alebo z ktorého sa čítajú informácie prijaté z periférneho zariadenia.

Z pohľadu používateľa prístav- ide o rozhranie (konektor) na pripojenie zariadenia (klávesnica, myš, displej, tlačiareň, slúchadlá atď.) k počítaču. Vstupno-výstupné porty sú zvyčajne umiestnené na zadnom paneli puzdra systémového modulu, niektoré z nich môžu byť umiestnené aj na prednom paneli.

Adaptér, ovládač. Pojem „adaptér periférneho zariadenia“ možno považovať za synonymum pre pojem „ovládač“, ale ten sa častejšie používa pre zariadenia, ktoré implementujú viac komplexné funkcie pre správu periférnych zariadení (obr. 5).

Ryža. 5. Video ovládač. Ovláda zobrazenie obrazu

Pokročilé periférne radiče zahŕňajú špecializované mikroprocesory a pamäť. To isté platí pre periférne zariadenia so zložitými operačnými algoritmami, ktoré vyžadujú sofistikované riadiace jednotky. Z užívateľského hľadiska je (adaptér alebo radič) doska so sadou čipov a I/O portov, ktorej úlohou je ovládať zariadenie, ktoré je k nej pripojené. Môže to byť displej, tlačiareň, zvukové zariadenia atď.

adaptér rozhrania- je to prostriedok na prepojenie centrálnej časti počítača s periférnymi zariadeniami, v ktorom všetky fyzické a logické parametre zodpovedajú vopred stanoveným parametrom (určitý protokol) a sú široko používané v iných zariadeniach.

Ryža. 6. Adaptér rozhrania

Moderná architektúra počítačový systém . Po zachovaní princípov budovania počítačovej architektúry podľa Neumanna bola moderná architektúra obohatená o ďalšie princípy a dnes je počítačová architektúra určená nasledujúcimi princípmi:

• Princíp riadenia programu. Poskytuje automatizáciu výpočtového procesu na počítači.Podľa tohto princípu je na riešenie každého problému zostavený program, ktorý určuje postupnosť počítačových akcií. Efektívnosť ovládania programu bude vyššia, keď problém rieši ten istý program mnohokrát (aj keď s rôznymi počiatočnými údajmi).
• Princíp programu uloženého v pamäti. Podľa tohto princípu sú príkazy programu zadané podobne ako dáta vo forme čísel a sú spracované rovnakým spôsobom ako čísla a samotný program sa pred vykonaním načíta do RAM, čo urýchli proces jeho vykonávania.
• Princíp náhodného prístupu do pamäti. V súlade s týmto princípom môžu byť prvky programov a dát zapisované na ľubovoľné miesto v pamäti RAM, čo vám umožňuje prístup k ľubovoľnej adrese (na konkrétne miesto v pamäti) bez toho, aby ste sa pozerali na predchádzajúce.
• Princíp oddelenia funkcií. Procesor riadi všetky operácie na najvyššej úrovni, pričom konkrétnu interpretáciu jeho všeobecných príkazov pre jednotlivé zariadenia realizujú špeciálne ovládacie zariadenia – ovládače. Spracovateľ môže spracovávať informácie iba vtedy, ak už prešli primárnym spracovaním. Túto funkciu preberajú ovládače vstupného zariadenia. Prinášajú vstupné dáta do jednotného štandardu. Potom sú dáta odoslané do RAM, kde sú usporiadané do buniek a opatrené odkazmi (adresami) potrebnými na ich použitie. K výstupu informácií dochádza aj prostredníctvom výstupných riadiacich zariadení, ktoré opäť produkujú preformátované dáta v požadovanom štandarde. V zásade majú všetky počítačové zariadenia svoje ovládače (mechaniky, monitor, tlačiareň, ploter, streamer atď.) Na základe toho možno sformulovať jeden z dôležitých princípov fungovania počítača.

Funkčné podsystémy. Počas svojej práce počítač vykonáva:

• Zadávanie informácií zvonku;
• Dočasné skladovanie;
• konverzia;
• Záver vo forme prístupnej vnímaniu jej osobou.

Proces získavania údajov počítačom sa stručne nazýva „ vstup“ a jeho vydanie používateľovi - "záver". Tieto procesy sú také dôležité, že na ich implementáciu bolo navrhnuté veľké množstvo rôznych zariadení. Okrem toho nesmieme zabúdať, že „vstup“ a „výstup“ sú dve strany jedného procesu výmeny informácií a bez jednej z nich neexistuje žiadna ďalšia. Preto, keď nehovoria o transformácii údajov, ale o ich prenose do počítača na výpočty a získanie konečných výsledkov, používa sa termín „vstup-výstup“.

Počas vstupného procesu sa dáta konvertujú do formátu, ktorý dokáže vnímať počítač, a počas výstupu do podoby známej ľuďom.

V každej z uvedených fáz procesu je implementovaný samostatný funkčný subsystém:

• subsystém zadávania údajov;
• subsystém na ukladanie údajov;
• subsystém konverzie údajov;
• podsystém výstupu informácií.

Všetky subsystémy sú vzájomne prepojené výmennými kanálmi zoskupenými do tokov. Okrem údajov a príkazov prenášajú signály časovača a napájajú všetky počítačové bloky. Tieto prúdy majú konštruktívny výraz vo forme vodičov a konektorov, ktoré majú názov zbernice (pozri nižšie).

Subsystém vstupného zariadenia. Zadávanie informácií do počítača je vykonávané špecializovanými zariadeniami, štandardnými (pozri nižšie), ako aj neštandardnými (voliteľné).

Zadávanie informácií do osobného počítača prebieha v troch fázach:

• vnímanie informácií zvonku;
• prenos údajov do špecifického formátu zrozumiteľného pre počítač;
• prenos dát do počítačovej zbernice;

Subsystém výstupného zariadenia. Subsystém výstupu informácií umožňuje používateľovi počítača získať výsledky práce vo forme, ktorá je mu známa. aj výstupné zariadenia. ako vstupné zariadenia môžu byť štandardné (pozri nižšie) a neštandardné (voliteľné).

Výstup informácií sa tiež uskutočňuje v troch fázach a ich poradie je opačné ako pri vstupnom procese:

• vnímanie informácií prenášaných cez zbernicové kanály;
• uvedenie informácií do formátu charakteristického pre výstupné zariadenie;
• vydávanie výsledkov práce. výstupné zariadenia.

Konverzný subsystém. Transformáciu údajov na informácie v počítači vykonáva procesor. Procesor obsahuje minimálne ovládacie zariadenie ( uu) a aritmetickej logickej jednotky ( ALU). Riadiace zariadenie je v podstate „master“ počítača a vykonáva nasledujúce funkcie:

• nastavuje poradie úloh vykonávaných systémom;
• generuje riadiace signály na distribúciu operácií a dátových tokov vo vnútri aritmetickej logickej jednotky aj mimo nej;
• riadi prenos informácií na adresovej zbernici a dátovej zbernici;
• prijíma a spracováva servisné signály po riadiacej zbernici systému.

Úložný subsystém. Aby spracovateľ mohol efektívne pracovať s dátami, potrebuje k nim mať rýchly a voľný prístup. Funkcie medziskladovania vykonáva subsystém ukladania informácií. Po vstupe do počítača zo vstupného podsystému sa informácie redukované na určitý vnútorný štandard nachádzajú v bunkách RAM, potom podľa potreby. spracované spracovateľom.

Pamäť osobného počítača je implementovaná na elektronických prvkoch a ako už bolo spomenuté vyššie, je nestála. Tento spôsob uchovávania informácií je veľmi zraniteľný. Na konci relácie sa obsah pamäte RAM zapíše na disk. Teraz nie je náhly výpadok prúdu pre dáta nebezpečný, pretože informácie zaznamenané na disku obnovia všetko v pamäti. čo bolo predtým.

Na dlhodobé a spoľahlivé ukladanie dát bolo vytvorených mnoho spoľahlivejších zariadení; magnetické a magnetooptické mechaniky, magnetopáskové mechaniky a iné.

Pre externé úložné zariadenia ( VZU) má oproti RAM dve hlavné výhody:

• uchovávanie informácií nevyžaduje dodávku energie;
• množstvo informácií môže byť extrémne veľké.

Na základe týchto zásad možno tvrdiť, že moderný počítač- Toto technické zariadenie, ktorá po zapísaní do pamäte počiatočných údajov vo forme digitálnych kódov a programu na ich spracovanie, vyjadrených aj v digitálnych kódoch, je schopná automaticky vykonávať programom určený výpočtový proces a vydávať hotové výsledky riešenia problému vo forme vhodnej pre ľudské vnímanie.

Metódy počítačové klasifikácie. Rozsah typov počítačov je dnes obrovský: stroje sa líšia účelom, výkonom, veľkosťou, základňou prvkov atď. Preto sú počítače klasifikované podľa rôznych kritérií. Je potrebné poznamenať, že akákoľvek klasifikácia je do určitej miery podmienená, pretože rozvoj informatiky a techniky je taký rýchly, že. napríklad dnešný mikropočítač nie je výkonovo horší ako päťročné minipočítače a dokonca aj superpočítače z nedávnej minulosti. Zaradenie počítačov do určitej triedy je navyše skôr podmienené z dôvodu vágnosti oddelenia skupín, a z dôvodu zavedenia zákazkovej montáže počítačov do praxe, kde sa používa názvoslovie uzlov resp. konkrétne modely prispôsobiť požiadavkám zákazníka. Zvážte spoločné kritériá klasifikácie počítačov.

Klasifikácia podľa účelu

• veľké elektronické počítače (BEVM);
• minipočítač;
• mikropočítač:
• osobné počítače.

Sálové počítače(Hlavnárám) . Používajú sa na obsluhu veľkých oblastí národného hospodárstva. Vyznačujú sa výkonnými paralelnými procesormi (ktorých počet dosahuje až 100), integrálnym výkonom až do desiatok miliárd operácií za sekundu a viacužívateľským režimom prevádzky.

Na báze veľkých počítačov je vytvorené výpočtové stredisko, ktoré obsahuje viacero oddelení alebo skupín (tab. 1). Štruktúra počítačového centra založeného na sálovom počítači môže byť nasledovná:

• CPU- hlavná jednotka počítača. v ktorom sa spracovávajú údaje a vypočítavajú sa výsledky. Skladá sa z niekoľkých systémových jednotiek v samostatnej miestnosti, kde je udržiavaná stála teplota a vlhkosť.
• Skupina programovania systému- zaoberá sa vývojom, ladením a implementáciou softvéru potrebného pre fungovanie počítačového systému. Systémové programy poskytujú interakciu programov so zariadením, to znamená softvérovo-hardvérové ​​rozhranie počítačového systému.
• Skupina programovania aplikácií- zaoberá sa tvorbou programov na vykonávanie špecifických akcií s údajmi, to znamená poskytovanie používateľského rozhrania pre počítačový systém.
• Skupina na prípravu údajov- zaoberá sa prípravou údajov, ktoré budú spracované dňa aplikačné programy vytvorené aplikačnými programátormi. Ide najmä o písanie, skenovanie obrázkov, vypĺňanie databáz.
• Skupina technickej podpory- je zasnúbený údržbu celého výpočtového systému, oprava a odladenie zariadení, pripojenie nových zariadení.
• Skupina informačnú podporu - poskytuje technická informácia všetkých divízií výpočtového strediska, vytvára a ukladá archívy vyvinutých programov (programové knižnice) a nahromadených dát (databanky).
• Oddelenie vydávania údajov- prijíma dáta z centrálneho procesora a prevádza ich do podoby vhodnej pre zákazníka (tlač).

Veľké počítače majú vysoké náklady na vybavenie a údržbu, takže práca je organizovaná v nepretržitom cykle.

Minipočítač. Táto kategória je podobná sálovým počítačom, ale je menšia. Používa sa vo veľkých podnikoch, vedeckých inštitúciách a organizáciách. Často sa používa na riadenie priemyselných procesov. Vyznačujú sa multiprocesorovou architektúrou, pripojením až 200 terminálov, diskovými úložnými zariadeniami, ktoré rastú až do stoviek gigabajtov, rozvetvenými perifériami. Na organizáciu práce s minipočítačmi je potrebné výpočtové stredisko, ktoré je však menšie ako pri veľkých počítačoch.

Mikropočítač. Mikropočítač (mikropočítač) - výpočtový systém, v ktorom sa mikroprocesor používa ako riadiace a aritmetické zariadenie. V pokročilejších mikropočítačoch je možné použiť niekoľko mikroprocesorov. Výkon tohto systému je určený nielen vlastnosťami použitého procesora, ale aj kapacitou dostupnej pamäte RAM, typmi periférnych zariadení, kvalitou konštrukčných riešení, rozšíriteľnosťou atď. V súčasnosti sa stali nástrojmi na riešenie komplexných problémy. Mikroprocesory sa stali výkonnejšími a periférií efektívnejšie, preto mikropočítače v súčasnosti nahrádzajú minipočítače a rozdiel medzi nimi sa postupne zmenšuje. Toto štúdium je určené pre počítače tejto kategórie.

Mikropočítače možno podmienečne rozdeliť na profesionálne a domáce. Kvôli lacnejšiemu hardvér, hranica medzi nimi sa postupne stiera. Od roku 1999 bol zavedený medzinárodný certifikačný štandard - špecifikácia RS99:

• hromadný osobný počítač (Consumer PC) - relatívne lacné systémy, ktoré spĺňajú požiadavky používateľov;
• služobný osobný počítač (Office PC) - majú minimálne prostriedky na reprodukciu grafiky a zvuku;
• prenosný osobný počítač (Mobile PC) - líšia sa prítomnosťou komunikačných prostriedkov vzdialeného prístupu (počítačová komunikácia);
• pracovná stanica (Workstation) - líšia sa zvýšenými požiadavkami na úložné a spracovateľské zariadenia;
• zábavný osobný počítač (Entertainment PC) - zameriavajú sa na multimédiá s pomocou pokročilých prostriedkov reprodukcie grafiky a zvuku.

Klasifikácia mikropočítačov podľa účelu alebo úrovne špecializácie.

• viacužívateľské mikropočítače(Servery) sú mikropočítače pracujúce v režime zdieľania času poskytujúce prácu viacerým používateľom súčasne. Bežia v jednom malom stojane alebo vo forme stolného počítača a vo väčšine prípadov sú podmnožinou počítačovej siete.
• špecializované alebo pracovné stanice(AWP) - sú mikropočítače vybavené všetkými nástrojmi potrebnými na vykonávanie určitého druhu práce. Rozlišujte medzi inžinierstvom, grafikou, počítačovým dizajnom, publikovaním (desktop publishing) a inými.
• vstavané mikropočítače- sú výpočtové systémy určené na riešenie konkrétnych problémov. Používa sa na riadenie (napríklad obrábacieho stroja alebo súpravy obrábacích strojov, vedeckého vybavenia, bojovej jednotky atď.) a procesných meraní. Štrukturálne sú implementované vo forme jednej alebo viacerých dosiek a neposkytujú širokú škálu výpočtových funkcií, ako aj štandardnú interakciu používateľa.

Veľkostná klasifikácia. Okrem zamýšľaného účelu, v závislosti od konštrukčného použitia, sa mikropočítače delia na stacionárne a prenosné.

• Stacionárne mikropočítače. Montovaný na stôl, skrinku alebo vo forme malého stojana na podlahu.
• Prenosné mikropočítače. Majú relatívne malú hmotnosť a rozmery, sú prepravované jednou osobou, spravidla nemajú autonómne napájanie;
• Prenosné mikropočítače s vlastným napájaním. Patria do niekoľkých kategórií:
• Nadkolienky(Laptop), vyrobený vo forme diplomata;
• Vreckové(vrecko), ktoré sa zmestí do vrecka.

Najbežnejšie sú stolné mikropočítače, ktoré umožňujú jednoduchú rekonfiguráciu. Prenosné sú vhodné na použitie, majú prostriedky počítačovej komunikácie. Vreckové modely možno nazvať „inteligentné“ notebooky, umožňujú ukladať prevádzkové dáta a získať k nim rýchly prístup.

Klasifikácia kompatibility. Existuje veľké množstvo typov počítačov, ktoré sú zostavené z vyrobených dielov od rôznych výrobcov. Je dôležité zabezpečiť kompatibilitu počítača, ktorý má niekoľko úrovní:

• hardvérová kompatibilita (platforma IBM PC a Apple Macintosh);
• kompatibilita na úrovni operačného systému;
• softvérová kompatibilita;
• kompatibilita na úrovni údajov.

Otázky na sebaovládanie

1. Čo sa nazýva výpočtová technika?
   1. Čo je počítačový systém?
   2. čo je počítač?
   3. Čo je architektúra počítača?
   4. Vymenujte princípy budovania počítačovej architektúry podľa Neumanna?
   5. čo je rýchlosť?
   6. Čo je výkon počítača?
   7. Čo je to procesor?
   8. Čo je aritmetická logická jednotka?
   9. Čo je to ovládacie zariadenie?
   10. Čo je to úložné zariadenie?
   11. Čo je pracovná pamäť?
   12. Čo je to externé úložné zariadenie?
   13. Čo je to prerušenie?
   14. Čo je to systém prerušenia?
   15. Čo je obsluha prerušení a obsluha prerušení?
   16. Čo je to I/O port?
   17. Čo je adaptér a ovládač?
   18. Čo je adaptér rozhrania?
   19. Aké funkcie vykonáva počítač počas svojej prevádzky?
   20. Uveďte funkčné podsystémy počítača.
   21. Aké funkcie vykonáva subsystém zadávania údajov?
   22. Aké funkcie vykonáva subsystém výstupu údajov?
   23. Aké funkcie vykonáva subsystém konverzie údajov?
   24. Čo je mikropočítač?
   25. Čo je to server?
   26. Čo je ARM?
   27. Uveďte typy kompatibility počítačových systémov?

Úlohy akumulácie (uchovávania), spracovania a prenosu informácií stáli pred ľudstvom vo všetkých štádiách jeho vývoja. Každá etapa zodpovedala určitej úrovni rozvoja prostriedkov informačnej práce, ktorej pokrok zakaždým dal ľudskej spoločnosti novú kvalitu. Predtým boli vyčlenené hlavné etapy manipulácie s informáciami, ktoré sú spoločné pre všetky vedy pri spracovaní informácií pomocou počítača. Vedeckým základom ich riešenia bola taká veda ako informatika.

Informatika je komplexná vedná a technická disciplína, ktorá študuje štruktúru a všeobecné vlastnosti informácií, informačných procesov, rozvíja informačné technológie a technológie na tomto základe, ako aj rieši vedecké a inžinierske problémy tvorby, implementácie a efektívneho využívania výpočtovej techniky a techniky v všetky oblasti sociálnej praxe.

Počiatky informatiky možno hľadať v hmle času. Pred mnohými storočiami viedla potreba vyjadrovať a pamätať si informácie k vzniku reči, písania a počítania. Ľudia sa snažili vynájsť a následne zdokonaliť spôsoby uchovávania, spracovania a šírenia informácií. Doteraz sa zachovali dôkazy o pokusoch našich vzdialených predkov o uchovanie informácií – primitívne skalné maľby, záznamy na brezovej kôre a hlinené tabuľky, potom ručne písané knihy.

Vzhľad kníhtlače v 16. storočí umožnil výrazne zvýšiť schopnosť človeka spracovávať a uchovávať potrebné informácie. Prišlo to míľnikom rozvoj ľudstva. Informácie v tlačenej forme boli hlavným spôsobom uchovávania a výmeny a pokračovali až do polovice 20. storočia. Až s príchodom počítačov vznikli zásadne nové, oveľa efektívnejšie spôsoby zberu, uchovávania, spracovania a prenosu informácií (obr. 1.1).

Obrázok 1.1. Vývoj metód ukladania informácií

Vyvinuté spôsoby prenosu informácií. Primitívny spôsob prenosu správ od človeka k človeku nahradila progresívnejšia poštová služba. Poštová komunikácia poskytovala pomerne spoľahlivý spôsob výmeny informácií. Netreba však zabúdať, že takto sa dali prenášať iba správy napísané na papieri. A čo je najdôležitejšie, rýchlosť prenosu správ bola primeraná len rýchlosti ľudského pohybu. Vynález telegrafu, telefónu, dal zásadne nové možnosti spracovania a prenosu informácií.

Nástup elektronických počítačov umožnil spracovávať a následne prenášať informácie rýchlosťou niekoľko miliónov násobne vyššou ako rýchlosť spracovania (obr. 1.2) a prenosu informácií osobou (obr. 1.3).

Obrázok 1.2. Vývoj metód spracovania informácií

Obrázok 1.3. Vývoj metód prenosu informácií

Základ modernej informatiky tvoria tri zložky, pričom každú z nich možno považovať za relatívne samostatnú vednú disciplínu (obr. 1.4).

Teoretická informatika je časť informatiky, ktorá študuje štruktúru a všeobecné vlastnosti informácií a informačných procesov, rozvíja všeobecné princípy pre budovanie informačných technológií a technológií. Je založená na použití matematických metód a zahŕňa také základné matematické sekcie ako teória algoritmov a automatov, teória informácie a teória kódovania, teória formálnych jazykov a gramatiky, operačný výskum atď.).

Informatizačné nástroje (hardvér a softvér) - časť, ktorá študuje všeobecné princípy budovania výpočtových zariadení a systémov na spracovanie a prenos dát, ako aj otázky súvisiace s vývojom softvérových systémov.

Informačné systémy a technológie sú sekciou informatiky, ktorá sa zaoberá analýzou informačných tokov, ich optimalizáciou, štruktúrovaním v rôznych zložitých systémoch, vývojom princípov implementácie informačných procesov v týchto systémoch.

Informatika je široko používaná v rôznych oblastiach moderného života: vo výrobe, vede, vzdelávaní a iných oblastiach ľudskej činnosti.

Rozvoj modernej vedy zahŕňa zložité a nákladné experimenty, ako napríklad pri vývoji termonukleárnych reaktorov. Informatika umožňuje nahradiť skutočné experimenty strojovými. To šetrí obrovské zdroje, umožňuje maximálne spracovať získané výsledky moderné metódy. Okrem toho takéto experimenty trvajú oveľa menej času ako skutočné. A v niektorých oblastiach vedy, napríklad v astrofyzike, je jednoducho nemožné uskutočniť skutočný experiment. Tu sa v podstate celý výskum vykonáva pomocou výpočtových a modelových experimentov.

Obrázok 1.4. Štruktúra informatiky ako vednej disciplíny

Ďalší rozvoj informatiky, tak ako každej inej vedy, so sebou prináša nové úspechy, objavy a následne aj nové oblasti použitia, ktoré si dnes možno len ťažko vieme predstaviť.

Informatika je veľmi široká oblasť vedeckého poznania, ktorá vznikla na priesečníku niekoľkých základných a aplikovaných disciplín.

Ako súvisí komplexná vedná disciplína informatiky (obr. 1.5):

S filozofiou a psychológiou – cez doktrínu informácie a teóriu poznania;

S matematikou - cez teóriu matematického modelovania, diskrétnu matematiku, matematickú logiku a teóriu algoritmov;

S lingvistikou - prostredníctvom doktríny formálnych jazykov a znakových systémov;

S kybernetikou - cez teóriu informácie a teóriu riadenia;

S fyzikou a chémiou, elektronikou a rádiotechnikou – cez „materiálovú“ časť počítačových a informačných systémov.

Obrázok 1.5. Komunikácia informatiky s inými vedami

Úloha informatiky v rozvoji spoločnosti je mimoriadne veľká. Je vedeckým základom procesu informatizácie spoločnosti. Je spojená s progresívnym zvyšovaním schopností výpočtovej techniky, rozvojom informačných sietí, vytváraním nových informačných technológií, ktoré vedú k významným zmenám vo všetkých sférach spoločnosti: vo výrobe, vede, školstve, medicíne atď.

Hlavnou funkciou informatiky je rozvíjať metódy a prostriedky transformácie informácií pomocou počítača a aplikovať ich pri organizovaní technologického procesu transformácie informácií.

Informatika pri plnení svojej funkcie rieši tieto úlohy:

Skúma informačné procesy v sociálnych systémoch;

Rozvíja informačné technológie a tvorí Najnovšie technológie transformácia informácií na základe výsledkov získaných počas štúdia informačných procesov;

Rieši vedecké a inžinierske problémy tvorby, implementácie a zabezpečenia efektívneho využívania počítačovej techniky a techniky vo všetkých sférach ľudskej činnosti.

1.2. Pojem informácie. Všeobecná charakteristika procesov zberu, prenosu, spracovania a akumulácie informácií

Celý ľudský život je nejakým spôsobom spojený s hromadením a spracovaním informácií, ktoré dostáva z vonkajšieho sveta pomocou piatich zmyslov – zraku, sluchu, chuti, čuchu a hmatu. Ako vedecká kategória „informácie“ sú predmetom štúdia pre rôzne disciplíny: informatiku, kybernetiku, filozofiu, fyziku, biológiu, teóriu komunikácie atď. Napriek tomu doteraz neexistuje striktná vedecká definícia toho, čo je informácia, namiesto toho sa zvyčajne používa pojem informácie. Pojmy sa líšia od definícií v tom, že rôzne disciplíny v rôznych oblastiach vedy a techniky doň vkladajú rôzne významy, takže to čo najviac zodpovedá predmetu a úlohám konkrétneho odboru. Existuje mnoho definícií pojmu informácia – od najvšeobecnejšej filozofickej (informácie sú odrazom reálneho sveta) až po najkonkrétnejšie aplikované (informácia je informácia, ktorá je predmetom spracovania).

Pôvodne sa význam slova „informácia“ (z latinského Informatio – objasnenie, prezentácia) vykladal ako niečo vlastné iba ľudskému vedomiu a komunikácii: „vedomosti, informácie, správy, správy, ktoré ľudia odovzdávajú ústne, písomne ​​alebo iným spôsobom. spôsobom."

Informácie nie sú ani hmota, ani energia. Na rozdiel od nich môže vzniknúť a zaniknúť.

Zvláštnosť informácií spočíva v tom, že sa prejavujú iba počas interakcie objektov a výmena informácií sa môže uskutočňovať nie všeobecne medzi akýmikoľvek objektmi, ale iba medzi tými z nich, ktoré predstavujú organizovanú štruktúru (systém). Prvky tohto systému môžu byť nielen ľudia: výmena informácií môže prebiehať vo svete zvierat a rastlín, medzi živou a neživou prírodou, ľuďmi a zariadeniami.

Informácie sú najdôležitejším zdrojom modernej výroby: znižujú potrebu pôdy, práce, kapitálu, znižujú spotrebu surovín a energie, oživujú novú výrobu, sú tovarom a predajca informácií ich nestráca ani po predaj, môže sa hromadiť.

Pojem „informácie“ zvyčajne zahŕňa prítomnosť dvoch objektov – „zdroja“ informácie a „príjemcu“ (spotrebiteľa, adresáta) informácie.

Informácie sú prenášané od zdroja k prijímaču v hmotnej a energetickej forme vo forme signálov (napríklad elektrických, svetelných, zvukových atď.) šíriacich sa v určitom prostredí.

Signál (z lat. signum - znak) je fyzikálny proces (jav), ktorý nesie správu (informáciu) o udalosti alebo stave objektu pozorovania.

Informácie môžu prichádzať v analógovej (kontinuálnej) forme alebo diskrétne (vo forme sekvencie jednotlivých signálov). Podľa toho sa rozlišujú analógové a diskrétne informácie.

Pojem informácie možno posudzovať z dvoch pozícií: v širšom zmysle slova je to svet okolo nás, výmena informácií medzi ľuďmi, výmena signálov medzi živou a neživou prírodou, ľuďmi a zariadeniami; v užšom zmysle slova je informácia akákoľvek informácia, ktorú možno uchovávať, transformovať a prenášať.

Informácie sú špecifickým atribútom reálneho sveta, ktorý je jeho objektívnym odrazom vo forme súboru signálov a prejavuje sa pri interakcii s „prijímačom“ informácií, čo umožňuje izolovať, registrovať tieto signály od okolitého sveta. a identifikovať ich podľa jedného alebo druhého kritéria.

Z tejto definície vyplýva, že:

Informácie sú objektívne, keďže táto vlastnosť hmoty je odrazom;

Informácie sa objavujú vo forme signálov a iba vtedy, keď objekty interagujú;

Rovnaké informácie môžu byť rôznymi príjemcami interpretované odlišne v závislosti od „nastavenia“ „príjemcu“.

Človek vníma signály prostredníctvom zmyslových orgánov, ktoré „identifikuje“ mozog. Informačné prijímače v technike vnímajú signály pomocou rôznych meracích a záznamových zariadení. Zároveň prijímač, ktorý má väčšiu citlivosť pri registrácii signálov a pokročilejšie algoritmy na ich spracovanie, umožňuje získať veľké množstvo informácií.

Informácie majú určité funkcie. Hlavné sú:

Kognitívne – získavanie nových informácií. Funkcia sa implementuje hlavne prostredníctvom takých fáz obehu informácií, ako sú:

- jeho syntéza (výroba)

- výkon

– skladovanie (prenos v čase)

- vnímanie (spotreba)

Komunikatívna - funkcia komunikácie medzi ľuďmi, realizovaná prostredníctvom takých štádií obehu informácií, ako sú:

- prenos (vo vesmíre)

– distribúcia

Manažérsky - formovanie vhodného správania riadeného systému, ktorý prijíma informácie. Táto funkcia informácií je neoddeliteľne spojená s kognitívnou a komunikatívnou a realizuje sa vo všetkých hlavných fázach obehu vrátane spracovania.

Bez informácií nemôže existovať život v akejkoľvek forme a žiadne informačné systémy vytvorené človekom nemôžu fungovať. Bez nej biologické a technické systémy predstavujú hromadu chemických prvkov. Komunikácia, komunikácia, výmena informácií sú vlastné všetkým živým bytostiam, ale najmä ľuďom. Informácie, ktoré sa hromadia a spracúvajú z určitých pozícií, poskytujú nové informácie, vedú k novým poznatkom. Získavanie informácií z okolitého sveta, ich analýza a generovanie tvoria jednu z hlavných funkcií človeka, ktorá ho odlišuje od zvyšku živého sveta.

Vo všeobecnosti môže byť úloha informácií obmedzená na emocionálny vplyv na človeka, ale najčastejšie sa používa na vývoj kontrolných akcií v automatických (čisto technických) a automatizovaných systémoch (človek-stroj). V takýchto systémoch je možné vyčleniť samostatné štádiá (fázy) obehu informácií, z ktorých každá sa vyznačuje určitými činnosťami.

Postupnosť akcií vykonaných s informáciami sa nazýva informačný proces.

Hlavné informačné procesy sú:

– zhromažďovanie (vnímanie) informácií;

– príprava (transformácia) informácií;

– prenos informácií;

– spracovanie (transformácia) informácií;

- úložisko dát;

– zobrazovanie (reprodukcia) informácií.

Keďže hmotným nosičom informácie je signál, tak v skutočnosti pôjde o fázy spracovania a konverzie signálov (obr. 1.6).

Obrázok 1.6. Základné informačné procesy

Vo fáze vnímania informácií sa uskutočňuje účelová extrakcia a analýza informácií o objekte (procese), v dôsledku čoho sa vytvára obraz objektu, jeho identifikácia a vyhodnotenie. Hlavnou úlohou v tejto fáze je oddelenie užitočná informácia od rušenia (hluku), čo je v niektorých prípadoch spojené so značnými ťažkosťami.

Vo fáze prípravy informácií sa vykonáva ich primárna transformácia. V tejto fáze sa vykonávajú operácie ako normalizácia, analógovo-digitálna konverzia, šifrovanie. Niekedy sa štádium prípravy považuje za pomocné štádium vnímania. V dôsledku vnímania a prípravy sa signál získa vo forme vhodnej na prenos, uloženie alebo spracovanie.

Vo fáze prenosu sa informácie posielajú z jedného miesta na druhé (od odosielateľa k príjemcovi - adresátovi). Prenos sa uskutočňuje prostredníctvom kanálov rôznej fyzickej povahy, z ktorých najbežnejšie sú elektrické, elektromagnetické a optické. Extrakcia signálu na výstupe kanála vystavená pôsobeniu šumu má charakter sekundárneho vnímania.

Vo fázach spracovania informácií sa odhaľujú ich všeobecné a podstatné vzájomné závislosti, ktoré sú pre systém zaujímavé. Transformácia informácií v štádiu spracovania (ako aj v iných fázach) sa vykonáva buď pomocou informačných technológií alebo osobou.

Spracovaním informácie sa rozumie akákoľvek jej transformácia, uskutočňovaná podľa zákonov logiky, matematiky, ako aj neformálnych pravidiel založených na „zdravom rozume“, intuícii, zovšeobecnených skúsenostiach, ustálených názoroch a normách správania. Výsledkom spracovania sú tiež informácie, ale buď prezentované v inej forme (napríklad zoradené podľa nejakého kritéria), alebo obsahujúce odpovede na položené otázky (napríklad riešenie určitého problému). Ak je proces spracovania formalizovateľný, možno ho vykonať technickými prostriedkami. K zásadným posunom v tejto oblasti došlo v dôsledku vytvorenia počítača ako univerzálneho konvertora informácií, v súvislosti s ktorým sa objavili pojmy dáta a spracovanie dát.

Dáta sú fakty, informácie prezentované vo formalizovanej forme (zakódované), zaznamenané na rôznych médiách a umožňujúce spracovanie pomocou špeciálnych technické prostriedky(predovšetkým počítače).

Spracovanie údajov zahŕňa vykonávanie rôznych operácií s nimi, predovšetkým aritmetických a logických, na získanie nových údajov, ktoré sú objektívne potrebné (napríklad pri príprave zodpovedných rozhodnutí).

V kroku ukladania sa informácie zapisujú do pamäťového zariadenia na neskoršie použitie. Na uchovávanie informácií sa používajú najmä polovodičové a magnetické médiá.

Fáza zobrazovania informácií by mala predchádzať fázam spojeným s ľudskou účasťou. Účelom tejto fázy je poskytnúť človeku potrebné informácie pomocou zariadení, ktoré môžu ovplyvniť jeho zmysly.

Akákoľvek informácia má množstvo vlastností, ktoré spolu určujú mieru jej súladu s potrebami používateľa (kvalita informácií). Je možné uviesť mnoho rôznych vlastností informácií, pretože každá vedná disciplína zvažuje tie vlastnosti, ktoré sú pre ňu najdôležitejšie. Z hľadiska informatiky sú najdôležitejšie:

Relevantnosť informácií je vlastnosť informácií zachovať si hodnotu pre spotrebiteľa v priebehu času, to znamená, že nepodliehajú „morálnemu“ starnutiu.

Úplnosť informácie je vlastnosť informácie charakterizovaná mierou dostatočnosti na riešenie určitých problémov. Úplnosť informácií znamená, že zaisťujú správne (optimálne) rozhodnutie. Hodnotí sa podľa dobre definovanej úlohy alebo skupiny úloh.

Adekvátnosť informácie je vlastnosť, ktorá spočíva v zhode zmysluplných informácií so stavom objektu. Porušenie identity je spojené s technickým starnutím informácií, pri ktorom dochádza k nesúladu medzi skutočnými znakmi predmetov a rovnakými znakmi zobrazenými v informáciách.

Informačná bezpečnosť je vlastnosť informácií charakterizovaná stupňom pripravenosti určitých informačných polí na zamýšľané použitie a určená schopnosťou kontrolovať a chrániť informácie tak, aby bola zabezpečená stála dostupnosť a včasné poskytovanie informačného poľa potrebného na automatizované riešenie cieľových a funkčných úloh systému.

Spoľahlivosť informácie je vlastnosť informácie charakterizovaná mierou zhody skutočných informačných jednotiek s ich skutočnou hodnotou. Požadovaná úroveň informačnej spoľahlivosti sa dosahuje zavedením metód monitorovania a ochrany informácií vo všetkých fázach ich spracovania, čím sa zvyšuje spoľahlivosť komplexu technických a softvérové ​​nástroje informačný systém, ako aj administratívne a organizačné opatrenia.

Informačná spoločnosť

Moderná spoločnosť sa vyznačuje prudkým nárastom objemu informácií cirkulujúcich vo všetkých sférach ľudskej činnosti. To viedlo k informatizácii spoločnosti.

Informatizácia spoločnosti je chápaná ako organizovaný sociálno-ekonomický, vedecký a technický proces vytvárania optimálnych podmienok pre uspokojovanie informačných potrieb a uskutočňovanie práv jednotlivcov a právnických osôb založené na tvorbe a využívaní informačných zdrojov – dokumentov v rôznych formách prezentácie.

Účelom informatizácie je vytvorenie informačnej spoločnosti, kedy sa väčšina ľudí zaoberá výrobou, uchovávaním, spracovaním, predajom a využívaním informácií. Na vyriešenie tohto problému sa objavujú nové smery vo vedeckej a praktickej činnosti členov spoločnosti. Takto vznikla informatika a informačné technológie.

Charakteristické črty informačnej spoločnosti sú:

1) absencia problému informačnej krízy, odstránenie rozporu medzi informačnou lavínou a informačným hladom;

2) priorita informácií pred inými zdrojmi;

3) tvorba informačnej ekonomiky ako hlavná forma rozvoja spoločnosti;

4) vytváranie automatizovaného generovania, ukladania, spracovania a využívania znalostí pomocou najnovších informačných technológií a technológií.

5) informačné technológie, ktoré nadobúdajú globálny charakter, pokrývajú všetky sféry ľudskej spoločenskej činnosti;

6) formovanie informačnej jednoty celej ľudskej civilizácie;

7) realizácia voľného prístupu každej osoby k informačné zdroje celá civilizácia;

8) riešenie humanistických princípov sociálneho manažmentu a vplyvu na životné prostredie.

Okrem uvedených pozitívnych výsledkov procesu informatizácie spoločnosti sú možné aj negatívne trendy, ktoré tento proces sprevádzajú:

1) nadmerný vplyv médií;

2) zasahovanie informačných technológií do súkromného života človeka;

3) ťažkosti s adaptáciou niektorých ľudí na informačnú spoločnosť;

4) problém kvalitatívneho výberu spoľahlivých informácií.

V súčasnosti majú k informačnej spoločnosti najbližšie USA, Japonsko, Anglicko a západoeurópske krajiny.

1.3. Číselné sústavy

Číselná sústava je spôsob zápisu čísel pomocou danej sady špeciálnych znakov (čísel).

Existujú pozičné a nepozičné systémy.

V nepozičných číselných sústavách váha číslice nezávisí od pozície, ktorú v čísle zaberá. Takže napríklad v rímskom číselnom systéme v čísle XXXII (tridsaťdva) je váha číslice X na akejkoľvek pozícii jednoducho desať.

V pozičných číselných sústavách sa váha každej číslice mení v závislosti od jej polohy v poradí číslic reprezentujúcich číslo.

Každý polohový systém je charakterizovaný svojou základňou. Základom pozičného číselného systému je počet rôznych znakov alebo symbolov používaných na reprezentáciu čísel v danom systéme.

Akékoľvek prirodzené číslo môže byť brané ako základ - dva, tri, štyri, šestnásť atď. Preto je možný nekonečný počet polohových systémov.

Desatinná číselná sústava

Do Európy sa dostal z Indie, kde sa objavil najneskôr v 6. storočí nášho letopočtu. e. V tomto systéme je 10 číslic: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, informáciu však nesie nielen číslo, ale aj miesto, kde číslo stojí (tj. je, jeho poloha). V desiatkovej sústave čísel hrá zvláštnu úlohu číslo 10 a jeho mocniny: 10, 100, 1000 atď. Číslica úplne vpravo ukazuje počet jednotiek, druhá sprava - počet desiatok, ďalšia - počet stoviek atď.

Binárny číselný systém

V tomto systéme sú iba dve číslice - 0 a 1. Zvláštnu úlohu tu zohráva číslo 2 a jeho mocniny: 2, 4, 8 atď. Číslica úplne vpravo zobrazuje počet jednotiek, ďalšia číslica je počet dvojiek, ďalší je počet štvoriek atď. Systém binárnych čísel umožňuje zakódovať ľubovoľné prirodzené číslo - reprezentovať ho ako postupnosť núl a jednotiek. V binárnej forme môžete reprezentovať nielen čísla, ale aj akékoľvek ďalšie informácie: texty, obrázky, filmy a zvukové nahrávky. Binárne kódovanie priťahuje inžinierov, pretože je ľahké ho technicky implementovať.

Osmičková číselná sústava

V tejto číselnej sústave je 8 číslic: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Číslo 1, uvedené ako najmenej významná číslica, znamená, ako v desiatkovom čísle, iba jednu. Rovnaká 1 v ďalšej číslici znamená 8, v ďalšej 64 atď. Číslo 100 (osmičková) nie je nič iné ako 64 (desatinné). Ak chcete previesť do dvojkovej sústavy, napríklad číslo 611 (osmičkové), musíte nahradiť každú číslicu jej ekvivalentnou binárnou trojicou (trojica číslic). Je ľahké uhádnuť, že ak chcete previesť viacmiestne binárne číslo na osmičkovú sústavu, musíte ho rozdeliť na trojice sprava doľava a nahradiť každú trojicu zodpovedajúcou osmičkovou číslicou.

Hexadecimálna číselná sústava

Zápis čísla v osmičkovej sústave je celkom kompaktný, no ešte kompaktnejší je v šestnástkovej sústave. Ako prvých 10 zo 16 hexadecimálnych číslic sa berú obvyklé číslice 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ale ako zvyšných 6 číslic sa používajú prvé písmená latinskej abecedy. : A, B, C, D, E, F. Číslo 1 napísané najmenej významnou číslicou znamená jednoducho jednotku. Rovnaká 1 v ďalšej je 16 (desatinná), ďalšia je 256 (desatinná) atď. F v najmenšej platnej číslici znamená 15 (desiatkové). Prevod zo šestnástkovej sústavy na dvojkovú a naopak sa vykonáva rovnakým spôsobom ako v osmičkovej sústave.

Tabuľka 1. Korešpondencia medzi niekoľkými prvými prirodzenými číslami všetkých troch číselných sústav

1.4. Kódovanie informácií

V súčasnosti sú informácie vo všetkých počítačoch reprezentované elektrickými signálmi. V tomto prípade sú možné dve formy jeho znázornenia - vo forme spojitého signálu (pomocou podobnej hodnoty - analógu) a vo forme niekoľkých signálov (pomocou sady napätí, z ktorých každé zodpovedá jednému z číslice reprezentovanej hodnoty).

Prvá forma reprezentácie informácie sa nazýva analógová alebo spojitá. Hodnoty prezentované v tejto forme môžu nadobudnúť v podstate akékoľvek hodnoty v určitom rozsahu. Počet hodnôt, ktoré môže takáto hodnota nadobudnúť, je nekonečný. Odtiaľ tie názvy – spojitá hodnota a súvislá informácia. Slovo kontinuita jasne zdôrazňuje hlavnú vlastnosť takýchto veličín - absenciu medzier, medzier medzi hodnotami, ktoré môže daná analógová hodnota nadobudnúť. Pri použití analógovej formy bude na vytvorenie počítača potrebných menej zariadení (každá hodnota je reprezentovaná jedným, nie niekoľkými signálmi), ale tieto zariadenia budú zložitejšie (musia výrazne rozlišovať viac stavy signálu). Kontinuálna forma reprezentácie sa používa v analógových počítačoch (AVM). Tieto stroje sú určené najmä na riešenie problémov popísaných sústavami diferenciálnych rovníc: štúdium správania sa pohybujúcich sa objektov, modelovanie procesov a systémov, riešenie úloh parametrickej optimalizácie a optimálneho riadenia. Zariadenia na spracovanie spojitých signálov majú vyššiu rýchlosť, dokážu signál integrovať, vykonávať ľubovoľnú jeho funkčnú transformáciu a pod.. Vzhľadom na náročnosť technickej realizácie zariadení na vykonávanie logických operácií so spojitými signálmi je však dlhodobé uchovávanie tzv. Takéto signály, ich presné meranie AVM nie je schopné efektívne vyriešiť problémy spojené s ukladaním a spracovaním veľkého množstva informácií.

Druhá forma reprezentácie informácie sa nazýva diskrétna (digitálna). Také veličiny, ktoré nenaberajú všetky možné, ale len celkom určité hodnoty, sa nazývajú diskrétne (nespojité). Na rozdiel od spojitej veličiny počet hodnôt diskrétne množstvo bude vždy konečná. Diskrétna forma zobrazenia sa používa v digitálnych elektronických počítačoch (počítačoch), ktoré jednoducho riešia problémy súvisiace s ukladaním, spracovaním a prenosom veľkého množstva informácií.

Na automatizáciu práce počítača s informáciami týkajúcimi sa rôznych typov je veľmi dôležité zjednotiť ich formu prezentácie - na to sa zvyčajne používa technika kódovania.

Kódovanie je reprezentácia signálu v určitej forme, ktorá je vhodná alebo vhodná na neskoršie použitie signálu. Presne povedané, ide o pravidlo, ktoré popisuje mapovanie z jednej znakovej sady na inú znakovú sadu. Potom sa zobrazená sada znakov nazýva zdrojová abeceda a sada znakov používaná na zobrazenie sa nazýva kódová abeceda alebo kódovacia abeceda. V tomto prípade podliehajú kódovaniu ako jednotlivé znaky zdrojovej abecedy, tak aj ich kombinácie. Podobne sa na zostavenie kódu používajú oba jednotlivé symboly kódovej abecedy a ich kombinácie.

Súbor znakov kódovej abecedy, ktorý sa používa na zakódovanie jedného znaku (alebo jednej kombinácie znakov) zdrojovej abecedy, sa nazýva kombinácia kódov, alebo v skratke kód znakov. V tomto prípade môže kombinácia kódov obsahovať jeden znak kódovej abecedy.

Znak (alebo kombinácia znakov) zdrojovej abecedy, ktorý zodpovedá kombinácii kódu, sa nazýva zdrojový znak.

Súbor kombinácií kódov sa nazýva kód.

Vzťah znakov (alebo kombinácií znakov, ak nie sú zakódované jednotlivé znaky zdrojovej abecedy) zdrojovej abecedy s ich kombináciami kódov tvorí tabuľku zhody (alebo tabuľku kódov).

Príklady zahŕňajú systém na písanie matematických výrazov, Morseovu abecedu, morskú vlajkovú abecedu, Braillov systém pre nevidiacich atď.

IN počítačová veda má tiež svoj vlastný kódovací systém - nazýva sa binárne kódovanie a je založený na reprezentácii údajov sekvenciou iba dvoch znakov: 0 a 1 (používa sa binárna číselná sústava). Tieto znaky sa nazývajú binárne číslice alebo bity (binárne digitálne).

Ak zvýšite počet číslic v systéme binárneho kódovania o jednu, počet hodnôt, ktoré možno v tomto systéme vyjadriť, sa zdvojnásobí. Na výpočet počtu hodnôt sa používa nasledujúci vzorec:

kde N je počet nezávisle zakódovaných hodnôt,

a m je bitová hĺbka binárneho kódovania prijatého v danom systéme.

Napríklad, koľko hodnôt (N) je možné zakódovať s 10 bitmi (m)?

Aby sme to dosiahli, umocníme 2 na 10 (m) a dostaneme N=1024, t.j. v systéme binárneho kódovania môže 10 bitov zakódovať 1024 nezávisle zakódovaných hodnôt.

Kódovanie textových informácií

Na kódovanie textových údajov sa používajú špeciálne navrhnuté kódovacie tabuľky založené na porovnaní každého znaku abecedy s určitým celým číslom. Na zakódovanie 256 stačí osem bitov rôzne symboly. To stačí na to, aby sa v rôznych kombináciách ôsmich bitov vyjadrili všetky znaky anglického a ruského jazyka, malé aj veľké písmená, ako aj interpunkčné znamienka, symboly základných aritmetických operácií a niektoré všeobecne akceptované špeciálne znaky. Ale nie všetko je také jednoduché a existujú určité ťažkosti. V prvých rokoch rozvoja výpočtovej techniky boli spájané s nedostatkom potrebných noriem av súčasnosti sú naopak spôsobené množstvom súčasne platných a protichodných noriem. Takmer všetky jazyky rozšírené na svete majú svoje vlastné kódové tabuľky. Na to, aby celý svet kódoval textové dáta rovnakým spôsobom, sú potrebné jednotné kódovacie tabuľky, čo zatiaľ nie je možné.

Kódovanie grafické informácie

Kódovanie grafickej informácie je založené na skutočnosti, že obrázok pozostáva z drobných bodov, ktoré tvoria charakteristický vzor nazývaný raster. Každý bod má svoje lineárne súradnice a vlastnosti (jas), preto ich možno vyjadriť pomocou celých čísel − bitmapové kódovanie umožňuje použitie binárneho kódu na reprezentáciu grafickej informácie. Čiernobiele ilustrácie sú v počítači znázornené ako kombinácie bodov s 256 odtieňmi sivej – na zakódovanie jasu ľubovoľného bodu stačí osembitové binárne číslo.

Na kódovanie farby grafické obrázky uplatňuje sa princíp rozkladu (rozkladu) ľubovoľnej farby na hlavné zložky. V tomto prípade ich možno použiť rôzne metódy kódovanie farebnej grafickej informácie. V praxi sa napríklad verí, že akúkoľvek farbu viditeľnú ľudským okom možno získať mechanickým zmiešaním základných farieb. Ako také zložky sa používajú tri základné farby: červená (červená, R), zelená (zelená, G) a modrá (modrá, B). Tento systém kódovania sa nazýva systém RGB.

Na zakódovanie farby jedného bodu farebného obrázka je potrebných 24 bitov. Kódovací systém zároveň poskytuje jednoznačnú definíciu 16,5 milióna rôznych farieb, čo sa v skutočnosti blíži citlivosti ľudského oka. Režim znázornenia farebnej grafiky pomocou 24 binárnych číslic sa nazýva plnofarebný (True Color).

Každej zo základných farieb možno priradiť doplnkovú farbu, teda farbu, ktorá dopĺňa základnú farbu k bielej. Doplnkové farby sú teda: azúrová (Cyan, C), purpurová (Magenta, M) a žltá (Yellow, Y). Tento spôsob kódovania je akceptovaný v tlači, ale v tlači sa používa aj štvrtý atrament - čierny (Black, K). Tento systém kódovanie sa označuje CMYK a na reprezentáciu farebnej grafiky v tomto systéme musíte mať 32 bitov. Tento režim sa nazýva plnofarebný (True Color).

Ak znížite počet bitov použitých na kódovanie farby každého bodu, môžete znížiť množstvo údajov, ale rozsah kódovaných farieb sa výrazne zníži. Kódovanie farebnej grafiky pomocou 16-bitových binárnych čísel sa nazýva režim High Color.

Kódovanie zvuková informácia

Techniky a metódy na kódovanie zvukovej informácie prišli do výpočtovej techniky najnovšie a majú ešte ďaleko od štandardizácie. Mnohé jednotlivé spoločnosti vyvinuli svoje vlastné podnikové štandardy, hoci možno rozlíšiť dve hlavné oblasti.

Metóda FM (Frequency Modulation) je založená na tom, že teoreticky každý zložitý zvuk možno rozložiť na postupnosť jednoduchých harmonických signálov rôznych frekvencií, z ktorých každý predstavuje pravidelnú sínusoidu, a preto je možné ich opísať pomocou číselných parametrov. teda kódom. V prírode zvukové signály majú spojité spektrum, to znamená, že sú analógové. Ich rozklad na harmonické rady a znázornenie vo forme diskrétnych digitálnych signálov vykonávať špeciálne zariadenia - analógovo-digitálne prevodníky (ADC). Reverzná transformácia digitálno-analógové prevodníky (DAC) sa používajú na reprodukciu zvuku kódovaného číselným kódom. Pri takýchto premenách sa časť informácie stráca, takže kvalita zvukového záznamu väčšinou nie je úplne vyhovujúca a zodpovedá kvalite zvuku najjednoduchších elektrických hudobných nástrojov s „farebnosťou“ charakteristickou pre elektronickú hudbu.

Spôsob syntézy table-wave (Wave-Table) lepšie zodpovedá súčasnému stavu techniky. K dispozícii sú vopred pripravené tabuľky, v ktorých sú uložené zvukové vzorky pre mnoho rôznych hudobných nástrojov. V technológii sa takéto vzorky nazývajú vzorky. Číselné kódy vyjadrujú typ nástroja, jeho modelové číslo, výšku, trvanie a intenzitu zvuku, dynamiku jeho zmeny. Keďže sa ako vzorky používajú „skutočné“ zvuky, kvalita zvuku získaná ako výsledok syntézy je veľmi vysoká a blíži sa kvalite zvuku skutočných hudobných nástrojov.

Dátové jednotky

Najmenšia jednotka informácie je bajt, ktorý sa rovná ôsmim bitom. Jeden bajt môže zakódovať jednu z 256 hodnôt. Existujú aj väčšie jednotky, ako je kilobajt (KB), megabajt (MB), gigabajt (GB) a terabajt (TB).

1 bajt = 8 bitov

1 KB = 1024 bajtov

1 MB = 1 024 KB = 2 20 bajtov

1 GB = 1 024 MB = 2 30 bajtov

1 TB = 1 024 GB = 2 40 bajtov

Kontrolné otázky

1. Čo študuje informatika?

2. Ako sa vyvíjali spôsoby zberu, uchovávania a prenosu informácií?

3. Aká je štruktúra modernej informatiky?

4. Čo sú informácie?

5. Aké funkcie plnia informácie?

6. Popíšte hlavné informačné procesy.

7. Aký je hlavný rozdiel medzi údajmi a informáciami?

8. Aké vlastnosti má informácia?

9. Čo znamená informatizácia spoločnosti?

10. Aké sú charakteristiky informačnej spoločnosti?

11. Čo sú číselné sústavy a čo sú? Uveďte príklady.

12. Uveďte popis hlavných pozičných číselných sústav.

13. V akých dvoch formách môžu byť informácie prezentované? Opíšte ich a uveďte príklady.

14. Čo je kódovanie? Uveďte reálne príklady kódovania.

15. Aká je základná jednotka prezentácie informácií v počítači?

16. Ako sú kódované rôzne druhy informácie v počítači?

17. Aké jednotky sa používajú na meranie informácií?

3.1 Prezentácia údajov v počítači

Pri vykonávaní matematických výpočtov môžu byť čísla v počítači reprezentované pomocou prirodzených a normálnych foriem zápisu.

Príkladom záznamu v prírodnej forme je číslo 456,43. Na zapísanie takéhoto čísla sa strojové slovo (operand) rozdelí na dve pevné polia (časti). Prvé pole je vyhradené na písanie celočíselnej časti čísla a druhé na písanie zlomkovej časti čísla. Najvýznamnejší bit sa používa na označenie znamienka čísla.

Vo výpočtovej technike je zvykom oddeľovať celú časť čísla od zlomkovej časti bodkou. Keďže v tomto prípade je poloha bodu medzi celým číslom a zlomkovou časťou jasne definovaná, takéto zobrazenie čísel sa nazýva zobrazenie s pevný bod. Nižšie na obr. 3.1 znázorňuje strojové slovo s dĺžkou 16 bitov (2 bajty).

strojové slovo je štruktúrna jednotka počítačových informácií. Strojové slová sa používajú na písanie čísel, symbolov a príkazov. V moderných počítačoch je dĺžka strojových slov 32 ... 128 bitov. Fyzicky je každá číslica strojového slova samostatným pamäťovým prvkom (spúšťač alebo pamäťový kondenzátor).

Ryža. 3.2. Celočíselná reprezentácia

normálna forma zadanie čísla je nasledovné:

kde je m mantisačísla; p- objednať; d- základňučíselné sústavy.

Poradie označuje umiestnenie bodu v čísle, ktoré oddeľuje celú časť čísla od zlomkovej časti. V závislosti od poradia sa bod pohybuje (pláva) pozdĺž mantisy. Táto forma znázornenia čísel sa nazýva forma s s pohyblivou rádovou čiarkou. Ryža. 3.3 znázorňuje formu čísla s pohyblivou rádovou čiarkou pomocou 32-bitového strojového slova ako príkladu.

Napríklad, nech m = 0,3, d = 10 a poradie bude iné:

0,310-1 = 0,03; 0,310-2 = 0,003; 0,3102 = 30; 0,3 10 3 = 300.

Z vyššie uvedeného príkladu je vidieť, že v dôsledku zmeny poradia sa bod pohybuje (pláva) pozdĺž mantisy. V tomto prípade, ak je poradie záporné, bod sa posunie pozdĺž mantisy doľava a ak je kladný, potom doprava.

31

…

…

Ryža. 3.3. Zobrazenie čísla s pohyblivou rádovou čiarkou

V tomto prípade je strojové slovo rozdelené do dvoch hlavných polí. V jednom poli je napísaná mantisa čísla, v druhom je uvedené poradie čísla. Rozsah zastúpenia čísel s pohyblivou rádovou čiarkou je oveľa väčší ako rozsah zastúpenia čísel s pevnou rádovou čiarkou. Rýchlosť počítača pri spracovaní čísel s pohyblivou rádovou čiarkou je však oveľa nižšia ako pri spracovaní čísel s pevnou rádovou čiarkou.

3.2 Reprezentácia príkazov v počítači

Počítačový program pozostáva zo sekvencie príkazov.

Pod tím je chápaná ako informácia, ktorá zabezpečuje generovanie riadiacich signálov generovaných v procesorovom riadiacom zariadení na vykonanie určitej činnosti strojom.

Príkazové pole pozostáva z dvoch častí: operačná sála A adresu. Na ovládacej časti je uvedený prevádzkový kód (COP). Kód definuje činnosť, ktorú má počítač vykonať (aritmetická - sčítanie, odčítanie, logická - inverzia atď.).

Adresová časť inštrukcie obsahuje adresy operandov (čísla alebo symboly) zapojených do operácie. Pod adresu sa týka počtu buniek RAM alebo ROM, kde sú uložené informácie potrebné na vykonanie príkazu.

Počítač (presnejšie procesor) teda vykoná akciu, ktorá je určená operačným kódom, na dátach, ktorých umiestnenie je uvedené v adresovej časti inštrukcie.

Počet adries uvedených v príkaze môže byť rôzny. V závislosti od počtu adries sa rozlišujú tieto formáty príkazov: jedno-, dvoj- a trojadresové príkazy. Existujú aj neadresné príkazy. Na obr. 3.4 ukazuje štruktúru rôznych príkazov.

KOP	A1
KOP	A1	A2
KOP	A1	A2	A3

Operačná adresa časť príkazu

súčasťou tímu

Ryža. 3.4. Štruktúra tímu

Príkaz s tromi adresami, ktorý vykonáva napríklad operáciu sčítania, musí obsahovať kód operácie sčítania a tri adresy.

Akcie vykonávané týmto príkazom sú opísané v nasledujúcej postupnosti operácií.

1. Vezmite číslo uložené na prvej adrese A1.

2. Vezmite číslo uložené na druhej adrese A2 a pridajte ho k prvému číslu.

3. Napíšte výsledok sčítania na tretiu adresu A3.

V prípade príkazu s dvoma adresami neexistuje žiadna tretia adresa a výsledok môže byť zapísaný buď na druhú adresu (so stratou informácie, ktorá tam bola zapísaná), alebo ponechaný v registri sčítačky, kde bola operácia sčítania vykonané. Potom je na uvoľnenie registra sčítačky potrebný dodatočný príkaz na prepísanie čísla na požadovanú adresu. Pri organizovaní sčítania dvoch čísel uložených na adresách A1 a A2 s výsledkom zaznamenaným v A3 pomocou unicast príkazy, sú potrebné tri príkazy.

1. Zavolajte na sčítačku (ALU) čísla uloženého na adrese A1.

2. Zavolajte na číslo uložené na adrese A2 a pridajte ho k prvému číslu.

3. Výsledok napíšte na adresu A3.

Čím menej adries teda inštrukcia obsahuje, tým väčší počet inštrukcií je potrebný na zostavenie toho istého strojového programu.

Zvýšením počtu adries v príkaze je potrebné zväčšiť dĺžku strojového slova, aby sa v ňom pridelili potrebné polia pre adresovú časť príkazov. S nárastom množstva pamäte počítača sa zvyšuje dĺžka poľa potrebného na označenie jednej adresy. Zároveň nie všetky príkazy plne využívajú polia adresy. Napríklad príkaz na zapísanie čísla na danú adresu vyžaduje iba jedno pole adresy. Neodôvodnené zvýšenie dĺžky strojového slova na použitie príkazov multicast vedie k zníženiu rýchlosti počítača, pretože. treba spracovať väčšie polia.

Existujú neadresné inštrukcie, ktoré obsahujú iba operačný kód a potrebné údaje sú vopred umiestnené v určitých registroch procesora.

Moderné počítače automaticky vykonávajú niekoľko stoviek rôznych príkazov. Všetky pokyny pre stroj možno rozdeliť do skupín podľa typov vykonávaných operácií:

· operácie prenosu údajov;

aritmetické operácie;

logické operácie;

Operácie prístupu k externým zariadeniam počítača;

Prenos kontrolných operácií

servisné a podporné operácie.

Pri návrhu nových procesorov musia vývojári riešiť neľahkú úlohu výberu dĺžky inštrukcie a určenia zoznamu požadovaných inštrukcií (inštrukčných systémov). Konfliktné požiadavky na konfiguráciu inštrukcií viedli k vytvoreniu procesorov s rôznymi formátmi inštrukcií (architektúry CISC a RISC).

3.3 Tabuľka kódov

kódová tabuľka- Toto je interné (zakódované) zobrazenie písmen, číslic, symbolov a riadiacich signálov v stroji. Latinské písmeno A v tabuľke kódov je teda reprezentované desiatkovým číslom 65D (vo vnútri počítača bude toto číslo reprezentované binárnym číslom 01000001B), latinské písmeno C číslom 67D, latinské písmeno M 77D atď. . Slovo „SAMARA“ napísané veľkými latinskými písmenami bude teda kolovať vo vnútri počítača vo forme čísel:

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

Presnejšie povedané, v počítači je toto slovo uložené a používané vo forme binárnych čísel:

01000011В-01000001В-01001101В-01000001В-0101000В-01000001В

Číslice (napríklad 1 - 49D, 2 - 59D) a symboly (napríklad ! - 33D, + - 43D) sú kódované podobne.

Spolu s alfanumerickými znakmi sú v tabuľke kódov zakódované riadiace signály. Napríklad kód 13D spôsobí, že sa tlačová hlava tlačiarne vráti na začiatok aktuálneho riadku a kód 10D posunie papier vložený do tlačiarne o jeden riadok dopredu.

Tabuľka kódov môže byť reprezentovaná nielen pomocou desiatkovej SS, ale aj pomocou hexadecimálnej SS. Ešte raz poznamenávame, že signály vo vnútri počítača sú prezentované v binárnom číselnom systéme a v kódovej tabuľke pre ľahšie čítanie používateľom - v desiatkovej alebo hexadecimálnej SS.

Každé písmeno, číslo, interpunkčné znamienko alebo riadiaci signál je zakódovaný ako osembitové binárne číslo. Pomocou osembitového čísla (jednobajtového čísla) môžete reprezentovať (zakódovať) 256 ľubovoľných znakov - písmen, číslic a ľubovoľných grafických obrázkov.

Tabuľka kódov ASCII (American Standard Code for Information Interchange) bola prijatá na celom svete ako štandard. Tabuľka ASCII reguluje (prísne definuje) presne polovicu možných znakov (latinské písmená, arabské číslice, interpunkčné znamienka, riadiace signály). Na ich kódovanie sa používajú kódy od 0D do 127D.

Druhá polovica tabuľky kódov ASCII (s kódmi od 128 do 255) nie je definovaná americkým štandardom a je navrhnutá tak, aby vyhovovala znakom národných abecied iných krajín (najmä azbuke - ruské písmená), pseudografickým znakom a niektorým matematické znaky. V rôznych krajinách, rôzne modely Počítač, rôzne operačné systémy môžu tiež používať rôzne verzie druhej polovice tabuľky kódov (nazývajú sa rozšírenia ASCII). Napríklad stôl, ktorý sa používa na operačnej sále systém MS-DOS s názvom CP-866. Pomocou tejto tabuľky na zakódovanie slova „SAMARA“, napísaného ruskými písmenami, získame nasledujúce kódy:

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

Pri práci v operačnom systéme Windows sa používa kódová tabuľka СР-1251, v ktorej sa kódovanie latinských písmen zhoduje s kódovaním tabuliek СР-866 a ASCII a druhá polovica tabuľky má vlastné rozloženie (kódovanie ) znakov. Preto slovo „SAMARA“, napísané veľkými ruskými písmenami, bude mať v počítači iné znázornenie:

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

Navonok identické slovo (napríklad „SAMARA“) vo vnútri počítača môže byť teda reprezentované iným spôsobom. Prirodzene to spôsobuje určité nepríjemnosti. Pri práci na internete sa národný text niekedy stáva nečitateľným. Najpravdepodobnejším dôvodom je v tomto prípade nesúlad kódovania druhej polovice kódových tabuliek.

Spoločnou nevýhodou všetkých jednobajtových kódových tabuliek (na kódovanie používajú osembitové binárne čísla) je absencia akejkoľvek informácie v kóde znakov, ktorá stroju povie, ktorá kódová tabuľka sa v tomto prípade použije.

Spoločenstva firiem Unicode ako štandard bol navrhnutý iný systém kódovania znakov. V tomto systéme sa dva bajty (16 bitov) používajú na reprezentáciu (kódovanie) jedného znaku, čo vám umožňuje zahrnúť do kódu znaku informáciu o tom, do ktorého jazyka znak patrí a ako sa má reprodukovať na obrazovke monitora alebo na tlačiareň. Dva bajty kódujú 65 536 znakov. Je pravda, že množstvo informácií, ktoré zaberá rovnaký text, sa zdvojnásobí. Ale texty budú vždy „čitateľné“ bez ohľadu na použitý národný jazyk a operačný systém.

3.4 Organizácia ukladania dát na magnetické disky

3.4.1. Disky

Disky- zariadenia na trvalé ukladanie informácií. Každý počítač má jednotku pevného disku určenú na čítanie a zápis na nevymeniteľný pevný magnetický disk (pevný disk) a disketovú jednotku (alebo jednotku), ktorá sa používa na čítanie a zápis na diskety (diskety). Okrem toho môžu existovať jednotky na prácu s CD, magneto-optické disky atď.

Každý pevný disk alebo magnetooptický disk je možné rozdeliť na niekoľko častí, ktoré pre používateľa budú vyzerať na obrazovke rovnako ako fyzicky existujúce disky. Tieto časti sú tzv logické jednotky. Každá logická jednotka má názov (písmeno), pod ktorým je možné k nej pristupovať. Logická jednotka je teda súčasťou normálu pevný disk, ktorá má svoj vlastný názov. Napríklad 3 GB pevný disk možno rozdeliť na dve logické jednotky: jednotka C: 2 GB a jednotka D: 1 GB.

Disk, na ktorom je uložený operačný systém, sa nazýva systémový(alebo bootovateľný) disk. Ako zavádzací disk Najčastejšie používaným pevným diskom je C:.

V operačných systémoch DOS a Windows môže byť každému disku dodatočne pridelené meno (označenie), ktoré odráža jeho obsah, napríklad: Systém, Grafika, Texty, Distribúcie atď.

3.4.2. Súbory

Informácie o diskoch ( pevné disky, diskety, magnetooptické disky, CD a pod.) je uložený v súboroch.

Súbor je súbor vzájomne súvisiacich údajov vnímaných počítačom ako jeden celok, ktorý má spoločný názov, umiestnený na disku alebo inom pamäťovom médiu. Súbory môžu ukladať texty programov, dokumenty, programy pripravené na spustenie, výkresy atď.

Aby mal operačný systém a iné programy prístup k súborom, musia byť súbory označené. Tento zápis sa nazýva názov súboru. Názov súboru sa zvyčajne skladá z dvoch častí- samotný názov (v DOS, 1 až 8 znakov, vo Windows - 1 až 254 znakov) a prípona, až 3 znaky. Názov a prípona sú od seba oddelené bodkou. Často sa názov a prípona spolu označujú aj ako názov. Príklady názvu súboru:

vova.doc tetris.exe doc.arjconfig.sys

Názov a prípona môžu pozostávať z veľkých a malých písmen latinky (možné sú aj ruské písmená), číslic a symbolov, okrem riadiacich znakov a symbolov \ / : * ?< >; , + = . Ruské písmená v názvoch súborov by sa mali používať opatrne – niektoré programy „nerozumejú“ menám s ruskými písmenami. Názvy súborov môžu obsahovať znaky „-“ (pomlčka), „_“ (podčiarkovník), „$“ (dolár), „#“ (hash), „&“ (ampersand, typografické „and“ v krajinách v angličtine), „@“ („pes“), „!“, „%“, zátvorky, úvodzovky, „ ^ “ („veko“), „ “ (apostrof), „~“ (vlnovka alebo vlna).

Prípona názvu súboru je voliteľná. Zvyčajne popisuje obsah súboru, takže použitie rozšírenia je celkom pohodlné. Mnoho programov nastavuje špecifickú príponu názvu súboru a z nej môžete zistiť, ktorý program súbor vytvoril. Okrem toho veľa programov (napríklad programy shell) vám umožňuje zavolať príslušný program podľa prípony názvu súboru a okamžite ho načítať daný súbor. Príklady typických rozšírení:

com, exe - spustiteľné súbory (programy pripravené na spustenie); ak vyberiete súbor s touto príponou a stlačíte kláves Enter, program okamžite začne pracovať;

bat - príkazové (dávkové) súbory;

txt, doc, wp, wri textové súbory(dokumentácia). Príponu doc ​​dáva svojim dokumentom MS Word, wp - WordPerfect, wri - MS Write. Súbory s príponou txt zvyčajne obsahujú text bez akéhokoľvek zdobenia (len text, iba text);

bak- Najnovšia verzia text ( záložná kópia);

tif, pcx, bmp, pic, gif, jpg, cdr - grafické súbory rôzne formáty;

arj, zip, lzh, rar - špeciálne komprimované (archivované) súbory;

hlp - súbory pomocníka, rady pre rôzne programy;

drv, ega, vga, sys, dll a množstvo ďalších sú pomocné programy a ovládače, pomocou ktorých sa počítač naučí pracovať s rôznymi monitormi, klávesnicami, tlačiarňami, myšami a používať ruský jazyk. Tieto programy sa nespúšťajú ako spustiteľné súbory;

ttf, fon, fnt, sfp, stl, xfr - fonty pre rôzne programy;

bas, c, pas, asm - obsahujú text programov v BASIC, C, Pascal, Assembler.

Môžu existovať súbory s inými príponami.

Najdôležitejšou vlastnosťou súboru je jeho veľkosť. Meria sa v bajtoch, kbajtoch, megabajtoch.

3.4.3. Priečinky

Názvy súborov sú registrované na disku v adresároch (alebo adresároch). V systéme Windows sa adresáre nazývajú priečinky.

Priečinky je špeciálne miesto na disku, ktoré ukladá názvy súborov, informácie o veľkosti súborov, ich čase najnovšia aktualizácia, atribúty (vlastnosti) súborov atď. Ak je názov súboru uložený v priečinku, potom sa hovorí, že súbor je v tomto priečinku. Každá jednotka môže mať viacero priečinkov.

Každý priečinok má názov. Požiadavky na názvy priečinkov sú rovnaké ako na názvy súborov. Prípona názvu pre priečinky sa spravidla nepoužíva, hoci nie je zakázaná.

Celý názov súboru má nasledujúci tvar (zátvorky [ a ] ​​označujú voliteľné prvky):

[jednotka:] [cesta \] názov súboru

Cesta je postupnosť názvov priečinkov (adresárov) alebo znakov „..“ oddelených „\“. Cesta určuje cestu z aktuálneho alebo koreňového priečinka disku do priečinka, kde sa súbor nachádza. Ak cesta začína znakom „\“, potom sa trasa vypočíta z koreňového priečinka disku, v opačnom prípade z aktuálneho priečinka. Každý názov priečinka v ceste zodpovedá položke priečinka s týmto názvom, znak „..“ zodpovedá položke priečinka o úroveň vyššie. Napríklad:

A:\text1.txt - súbor text1.txt sa nachádza v koreňovom priečinku jednotky A: ;

C:\WORKS\PASCAL\prog1.pas - Súbor prog1.pas sa nachádza v priečinku PASCAL, ktorý sa zase nachádza v priečinku WORKS umiestnenom v koreňovom priečinku disku C:.

3.4.4. Štruktúra súborov na disku

Aby sa informácie zapísali na nový magnetický disk, musí byť vopred naformátovaný. Formátovanie- ide o prípravu disku na zaznamenávanie informácií.

Počas formátovania sa na disk zapíšu servisné informácie (vytvoria sa značky), ktoré sa potom použijú na zápis a čítanie informácií. Značenie sa vykonáva pomocou elektromagnetického poľa vytvoreného záznamovou hlavou pohonu.

Informácie zaznamenáva stopy a každá skladba je rozdelená na sektorov napríklad 1024 bajtov každý (obr. 3.5). 3,5-palcová disketa s kapacitou 1,44 MB obsahuje 80 skladieb a 18 sektorov.

Ryža. 3.6. Winchester valec

Obrázok ukazuje dva valce (prvý a druhý), tvorené rovnako vzdialenými stopami na troch pevných diskoch. Keď je pevný disk v prevádzke, niekoľko hláv súčasne číta informácie zo stôp jedného valca.

Na prístup k údajom v súbore potrebujete poznať adresu prvého sektora tých, v ktorých sú uložené údaje súboru. Adresa sektora je určená tromi súradnicami: číslom stopy (cylindra), číslom povrchu a číslom sektora.

O ukladanie týchto informácií pre každý súbor sa stará operačný systém (OS). Na implementáciu prístupu k súboru OS sa používa koreňový adresár, alokačná tabuľka súborov FAT (File Allocation Table) a zavádzací sektor disku. Tieto prvky sa tvoria systémová oblasť disk(alebo diskety) a vznikajú pri inicializácii (formátovaní) disku.

Zavádzací sektor, alokačná tabuľka súborov, koreňový adresár a zostávajúce voľné miesto na disku, nazývané dátová oblasť, sú prvky štruktúra súboru disk.

HDD možno rozdeliť do niekoľkých sekcií. Preto v počiatočnom ťažké disk obsahuje informácie o počte oddielov, ich umiestnení a veľkosti. Oddiely pevného disku sa ďalej považujú za autonómne disky, z ktorých každý je individuálne inicializovaný, má svoje písmenové označenie (C:, D:, E:, F: atď.) a svoje prvky štruktúry súborov.

boot sektor(zavádzací záznam) je vizitka disku, ktorá obsahuje údaje potrebné na prácu s diskom. Nachádza sa na každom disku v logickom sektore číslo 0. Do zavádzacieho sektora sa zapisujú nasledujúce charakteristiky:

systémový identifikátor, ak disk obsahuje operačný systém;

veľkosť sektora disku v bajtoch;

počet sektorov v klastri;

počet položiek v adresári;

počet sektorov na disku atď.

Ak je disk pripravený ako systémový (spúšťací) disk, potom zavádzací sektor obsahuje zavádzací program operačného systému. V opačnom prípade obsahuje program, ktorý pri pokuse o zavedenie operačného systému z tohto disku zobrazí hlásenie, že tento disk nie je systémový.

vzadu boot sektor na disku je alokačná tabuľka súborov.

Tabuľka prideľovania súborov(Tabuľka prideľovania súborov – skrátene FAT) obsahuje popis poradia umiestnenia všetkých súborov v sektoroch tento disk, ako aj informácie o chybných oblastiach disku. Po tabuľke FAT nasleduje jej presná kópia, čo zvyšuje spoľahlivosť uloženia tejto veľmi dôležitej tabuľky.

Pri práci používateľov na počítači sa obsah disku mení: pridávajú sa nové súbory, nepotrebné sa odstraňujú, niektoré súbory sa rozširujú alebo zmenšujú atď.

Vykonávanie týchto operácií vyžaduje špeciálny mechanizmus na prideľovanie diskového priestoru medzi súbormi a poskytovanie prístupu k nim. Tento mechanizmus je implementovaný pomocou alokačnej tabuľky súborov.

Pri vykonávaní operácií čítania a zápisu údajov sa výmena informácií medzi diskovou jednotkou a pamäťou počítača uskutočňuje v blokoch. Minimálna veľkosť bloku je sektor. Na zníženie počtu prístupov na disk pri jednom prístupe možno informácie zapisovať alebo čítať z niekoľkých po sebe nasledujúcich sektorov, čím sa vytvorí akýsi superblok tzv. zhluk. teda zhluk- niekoľko po sebe idúcich sektorov, ktoré sa čítajú alebo zapisujú do súboru pri jednom prístupe k nemu. Veľkosť klastra môže byť rôzna.

Súbor zapísaný na disk má pridelený celočíselný počet klastrov a pridelené klastre môžu byť umiestnené na rôznych miestach na disku. Na rozdiel od súvislé súbory umiestnené v rovnakej oblasti pamäte sa nazývajú súbory, ktoré zaberajú niekoľko oblastí na disku roztrieštené. Účelom FAT je ukladať informácie o umiestnení fragmentov súborov na disku.

Mechanizmus prístupu k súborom pomocou FAT je implementovaný nasledovne. Údajová oblasť disku sa vníma ako postupnosť očíslovaných klastrov. Každý klaster má priradený záznam FAT s rovnakým číslom. Napríklad položka 2FAT zodpovedá klastru 2 oblasti údajov disku, položka 3FAT klastru 3 atď. V adresári, ktorý obsahuje informácie o súboroch na disku, je pre každý súbor uvedené číslo prvého klastra obsadeného súborom. Toto číslo sa nazýva vstupný bod FAT. Systém po prečítaní čísla prvého súborového klastra v adresári pristupuje k tomuto klastru, napríklad doň zapisuje dáta. V systéme FAT obsahuje prvý klaster súborov číslo druhého klastra súborov alebo znak konca súboru atď. Príklad mechanizmu prístupu k súborom pomocou FAT je uvedený v tabuľke. 3.1.

Tabuľka 3.1

Mechanizmus prístupu k súborom pomocou FAT

Prihláste sa do FAT

číslo prvku FAT

Význam prvkov FAT