Информатика. Теория и практика_Острейковский В.А_2008

	символ состоит из нескольких	Âõîä						Выход
	бит, то говорят, что регистр
	является последовательным по	Сдвиг
	символу и параллельным по би-					Выход
	там. Графическое изображение
		Ðèñ. 2.12. Последовательно-
	такого регистра представлено
		параллельный регистр

íà ðèñ. 2.12.

Переключатель — это логическая схема, которая разрешает или запрещает прохождение сигнала через линию или группу линий. При этом переключателем можно управлять дистанционно; если переключатель является автоматическим устройством на основе механического или электромеханического прибора, то он называется ðåëå. Первые вычислительные машины строились в основном на реле. Хотя реле недорогое устройство и обладает свойством двухпозиционности, его скорость слишком мала для построения на его основе быстродействующих

вычислительных машин.

 электронном переключа-

òåëå один электронный сигнал

разрешает или запрещает про-

À

I

B

A

хождение по сигнальной линии

другого электронного сигнала.

B

D= B A B C

Оба эти сигнала по своей при-

роде являются электронными,

I

B

C

и трудно провести различие

Ñ

между ними. Соединяя два эле-

Ðèñ. 2.13. Двухканальный

мента И так, как это показано

переключатель

на рис. 2.13, получим двухка-

нальный переключатель. Заме-

тим, что выходной сигнал на-

À

блюдается только при наличии

I1

D

сигналов À è Â или пары сигна-

ëîâ Ñ è Â.

B

Добавленные в схему на

рис. 2.13 элементы ИЛИ преоб-

I2

разуют ее в схему, в которой

Ñ

не происходит взаимодействия

Ðèñ. 2.14. Усовершенствованный

элементов И (рис. 2.14).

двухканальный переключатель

121

2

0

Счетчик — это логическая схе-

+

1

ма, осуществляющая счет сигна-

2

лов (импульсов). Счетным эле-

22

C÷

.

ментом двоичного счетчика слу-

жит триггер со счетным входом

.

.

(рис. 2.15). Двоичный счетчик

R

2

n

позволяет подсчитывать число

сигналов по модулю 2. Макси-

Ðèñ. 2.15. Счетчик

мальное количество состояний

счетчика N = 2n однозначно оп-

ределяет его емкость S = N – 1 =

À

B

= 2n – 1 и зависит от числа раз-

сумматор

À+

рядов n. Счетчик имеет предель-

B

ную емкость, в случае превыше-

ния которой показания сбрасы-

Ðèñ. 2.16. Сумматор

ваются.

Сумматор — это логическая

схема, реализующая операции

сложения двух чисел и хранения результатов (рис. 2.16). Сумматор строится на основе цепочки триггеров и является сердцем арифметического блока.

Шифратор — это логическая схема, которая является преобразователем. Шифратор вырабатывает группу бит, соответствующую символу в коде пользователя. Для каждого преобразуемого символа имеется отдельная входная линия. Выходным

сигналом является специфический код, соответствующий дан-
								ному символу на входе (рис. 2.17).
									Этот код представляется сово-
									купностью сигналов на выход-
	.				Ø
									ных линиях шифратора. При
.
.									подаче на вход нескольких сим-
									волов одновременно эта сово-
		Ðèñ. 2.17. Шифратор
									купность выходных сигналов
								будет ложной.
									Дешифратор выполняет функ-
									цию, обратную функции шиф-
					Ä		.		ратора. В дешифраторе код, т. е.
							.		группа бит, преобразуется в со-
							.
									ответствующий знак (рис. 2.18).
Ðèñ. 2.18. Дешифратор								На входные кодовые линии могут

122

	поступать различные комбина-	+		0
	ции сигналов, однако выходной			1
				.
	сигнал образуется только на	C÷	Ä
				.
				.
	одной выходной линии. Если	R		2 n
	некоторый набор бит оказался	Ðèñ. 2.19. Сочетание счетчика
	ложным и ему не отвечает ни
	один символ из выбранного на-	с дешифратором
	бора символов, то это может быть указано с помощью от-
	дельной выходной линии.
	Часто счетчик используется совместно с дешифратором, как
	это показано на рис. 2.19, так что результаты счета появляются
	в виде выходного сигнала на одном из выходов дешифратора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМАМ 2.5—2.6

1. Что такое алгебра логики?

2. Какой вклад в развитие алгебры логики внесли Г. Лейбниц, Дж. Буль, Ч. Пирс?

3. Какие логические операции вы знаете?

4. Раскройте понятия «конъюнкция», «дизъюнкция», «отрицание», «эквивалентность», «импликация».

5. Что такое таблица истинности?

6. Как вы понимаете законы алгебры логики?

7. Приведите примеры построения логических схем из логических элементов.

8. Расскажите о причинах использования в ЭВМ двоичной системы счисления, а не, например, десятичной.

9. Что называют логическим элементом?

10. Назовите известные вам логические элементы.

11. Раскройте понятия «конъюнктор», «дизъюнктор», «инвертор», «триггер», «регистр», «переключатель», «счетчик», «сумматор», «шифратор», «дешифратор».

Задания для самостоятельной работы

1. Преобразуйте десятичные числа в восьмеричные и шестнадцатеричные: 35; 1024; 1135.

2. Переведите в восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления следующие двоичные числа:

à) 11110101000100000100111100101000; á) 10001010101011001100110000000111.

3. Используя двоичную систему счисления, произведите сложение двух чисел:

à) 75 + 44; á) 158 + 36; â) 144 + 56.

123

Проверьте результат вычислений путем перевода его в десятичную систему.

4. Используя двоичную систему счисления, произведите вычитание путем сложения дополнений до двух:

à) 75 + 44; á) –15 – 36; â) 14 – 56.

Проверьте результат вычислений путем перевода его в десятичную систему счисления.

5. Используя двоичную систему счисления, произведите деление:

à) 75 : 5; á) 54 : 6; â) 56 : 14.

Проверьте результат вычислений путем перевода его в десятичную систему счисления.

6. Рассчитайте объем памяти, необходимый для хранения следующих чисел:

à) 3510; á) 102410; â) 11358; ã) 10AF16.

7.Рассчитайте объем памяти, необходимый для хранения следующих чисел с одинарной и двойной точностью:

à) 12,123456789; á) 1456123,23.

8.Подсчитайте количество информации, содержащееся в записи полного адреса вашего учебного заведения при использовании различных кодировок.

9.Вычислите объем памяти, который займет при двоичном кодировании цветная картинка:

а) размером 2 4 см, при использовании 256 цветовых оттенков;

б) размером 5 6 см, при использовании 15 000 цветовых оттенков.

Учтите, что в каждом квадратном сантиметре содержится

24 24 точки.

10.Какой объем адресуемой оперативной памяти имеют ОЗУ с шестнадцатибитовой адресной организацией?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ 2

1. Назовите основные способы измерения информации.

2. В чем состоит суть энтропийного подхода к измерению информации?

3. Что такое бит и байт?

4. Что такое машинное слово?

5. Что такое элемент и ячейка памяти?

124

6. Что называется основанием системы счисления? 7. Какие числа называются базисными?

8. Какой смысл вкладывается в понятие записи и представления числа в Ê-ичной системе счисления?

9. Что такое позиционная система счисления?

10. В чем состоит отличие позиционной системы счисления от непозиционной? Приведите примеры.

11. Вспомните общее правило перевода чисел из любой системы счисления в десятичную систему.

12. Назовите правила перевода чисел из десятичной системы счисления в любую другую систему.

13. Сформулируйте основные свойства двоичной системы счисления

â ÝÂÌ.

14. Какие операции с двоичными числами может выполнять процессор вычислительного устройства?

15. Какие существуют формы представления отрицательного числа в двоичной системе счисления?

16. Как представляются целые и действительные числа в ЭВМ? Приведите примеры.

17. Почему при выполнении арифметических операций на ЭВМ возникают ситуации, приводящие к неверному результату?

18. Что такое дополнение до единицы и дополнение до двух? 19. Зачем нужны индикаторы переноса и переполнения?

20. Сформулируйте правило, определяющее выполнение операции сложения в разных числовых системах ЭВМ (со знаком и без знака).

21. Как представляются целые и вещественные числа в памяти

ÝÂÌ?

22. Какой способ представления порядка числа с плавающей точкой называется смещенным?

23. Как представляются символьные данные в памяти ЭВМ? 24. Что такое пиксель?

25. Какие данные хранятся в файлах, содержащих растровые изображения?

125

Раздел 3

КОМПЬЮТЕР

В результате изучения материала третьего раздела студент должен:

знать:

—общую функциональную схему компьютера;

—назначение и основные характеристики устройств компьютера;

—назначение и основные функции операционной системы;

уметь:

—работать с файлами (создавать, копировать, переименовывать, осуществлять поиск файлов);

—вводить и выводить данные;

—работать с носителями информации;

—пользоваться антивирусными программами;

—соблюдать правила техники безопасности при работе на ЭВМ;

—перечислять состав и назначение программного обеспе- чения компьютера;

иметь представление:

—об истории развития вычислительной техники;

—о поколениях ЭВМ;

—о перспективах развития персональных компьютеров.

Ì å ò î ä è ÷ å ñ ê è å ó ê à ç à í è ÿ

Материал данного раздела составляет основу применения уже имеющихся знаний к решению практических задач на ЭВМ. Студенты должны усвоить, что ЭВМ, наряду с программными средствами, являются инструментом информатики.

126

Òåìà 3.1

ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА КОМПЬЮТЕРА

3.1.1. Общая схема функционирования компьютера

Создание и функционирование информационных систем в управлении экономикой тесно связано с развитием информационной технологии — главной составной части автоматизированной информационной системы.

Автоматизированная информационная технология (ÀÈÒ) — это системно организованная для решения задач управления совокупность методов и средств реализации операций сбора, регистрации, передачи, накопления, поиска, обработки и защиты информации на базе применения развитого программного обеспечения, используемых средств вычислительной техники и связи, а также способов, с помощью которых информация предлагается пользователю.

Все возрастающий спрос на информационные услуги привел к тому, что современная технология обработки информации ориентирована на применение самого широкого спектра технических средств и прежде всего электронных вычислительных машин и средств коммуникаций. На их основе создаются вычислительные системы и сети различных конфигураций с целью не только накопления, хранения, переработки информации, но и максимального приближения терминальных устройств к рабочему месту специалиста или принимающего решения руководителя.

Появление ЭВМ и стремительное совершенствование их эксплуатационных возможностей создало реальные предпосылки для автоматизации управленческого труда, формирования рынка информационных продуктов и услуг. Развитие АИТ шло параллельно с появлением новых видов технических средств обработки и передачи информации, совершенствованием организационных форм использования ЭВМ и ПЭВМ, насыщением инфраструктуры экономики новым средством коммуникации.

ЭВМ появились, когда возникла острая необходимость в проведении трудоемких и точных расчетов. Уровень прогресса в таких областях науки и техники, как, например, атомная энерге-

127

тика, аэрокосмические исследования, во многом зависел от возможности выполнения сложных расчетов, которые нельзя было осуществить на электромеханических счетных машинах. Требовался переход к вычислительным машинам, работающим с большой производительностью.

Принципиальная схема работы компьютера показана на рис. 3.1. Упрощенная схема вычислительного процесса может быть описана следующим образом. По указанию устройства управления (УУ) управляющая информация (команда) считывается из запоминающего устройства, передается в УУ и расшифровывается. Команда определяет, какая операция и над

чная информация
		Машинный носитель
Перви

Результаты

Ðèñ. 3.1. Обобщенная структурная схема ЭВМ:

УПД — устройство подготовки данных; УВв — устройство ввода информации; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ВЗУ — внешнее запоминающее устройство; АЛУ — арифметико-логическое устройство; УУ — устройство управления; ПУ — пульт управления; УВыв — устройство вывода информации

128

какими данными должна выполняться в арифметико-логиче- ском устройстве (АЛУ). Получив соответствующие указания и адреса, запоминающее устройство (ЗУ) выдает требуемые числа в АЛУ, где они преобразуются. Результаты обработки пересылаются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) на хранение. Окончательная результатная информация из ОЗУ с помощью устройств вывода поступает на дисплей, печатающее устройство или на машинный носитель.

3.1.2. Основные блоки и устройства компьютера

Чтобы понять назначение и взаимосвязь основных устройств ЭВМ, необходимо рассмотреть последовательность прохождения информации при ее обработке.

В основе организации вычислительного процесса на ЭВМ лежит принцип программного управления. Для решения задачи

необходимо составить программу. Программа — это определенная последовательность команд (инструкций), которая обеспе- чивает выполнение задачи. Пользователь записывает программы на каком-либо алгоритмическом языке. Однако компьютер работает под управлением программы, переведенной с алгоритмического на машинный язык, который является собственным языком программирования. Машинным языком принято счи- тать способ представления программ и исходных данных в доступном для ЭВМ виде, т. е. это формальный язык, предназна- ченный для описания алгоритма решения задачи, содержание и правила которого реализуются аппаратными средствами конкретной машины. Машинный язык строится на базе системы команд, характерной для данной ЭВМ.

Программа кодируется в цифровой форме, как и любая информация. Записанная на бланках программа, а также исходная числовая и алфавитная информация переносятся на промежуточный машинный носитель (например, на магнитную ленту) либо вводятся вручную с клавиатуры. Машинный носитель может быть получен на устройстве подготовки данных (УПД), которое не связано непосредственно с ЭВМ.

Основной функцией УПД является преобразование информации (текстовой, числовой, графической и пр.) в данные,

129

записанные в символах входного алфавита ЭВМ. Наиболее распространены устройства подготовки данных на перфоносителях (перфокартах и перфолентах) и магнитных носителях (магнитной ленте, гибких магнитных дисках).

Информация, зафиксированная на машинных носителях, вводится в ЭВМ через устройство ввода, с помощью которого закодированная на носителе информация преобразуется в электрические сигналы и передается в запоминающее устройство. Назначение устройства ввода информации (УВв) — преобразо-

вание информации, представленной в символах входного алфавита, в символы внутреннего алфавита, в котором осуществляются обработка и хранение информации в ЭВМ. В качестве устройства ввода данных в ЭВМ используются клавиатура, считыватели информации с бумажных перфокарт и перфолент, магнитных дисков и лент. В компьютерах информация часто вводится с клавиатуры. Известны устройства ввода информации непосредственно с документа, а также с устройства ввода

речевой информации.

Устройства хранения информации в ЭВМ. Основной функцией запоминающих устройств (памяти ЭВМ) является хранение программ и данных, необходимых для решения задачи, а также промежуточных и окончательных результатов вычисления. Пользователя ЭВМ интересуют прежде всего такие характеристики, как емкость памяти и ее быстродействие. Емкость памяти определяется максимально возможным количеством кодов чисел и команд определенной разрядности, которые могут одновременно храниться в ЗУ. Быстродействие памяти характеризуется временем, которое необходимо для поиска (выборки), записи или считывания информации.

На практике емкость запоминающих устройств ЭВМ обыч- но измеряется в килобайтах и мегабайтах.

Время обращения — интервал времени между началом и окон- чанием ввода (вывода) информации в память (из памяти). В отношении устройств памяти вместо термина «ввод-вывод» используют термин «запись-чтение». Таким образом, время обращения характеризует затраты времени на поиск места в памяти и запись (чтение) информации.

Различают оперативные и внешние запоминающие устройства (ЗУ).

130