характерные для принципа двоичного кодирования информации

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

Принцип программного управления

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранитсяв данной ячейке памяти — чисчло, текст или команда. Над командами можно выполнять такие жедействия, как и над данными.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения прграммы с использованием присвоенных имен.

В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять базовых элементов компьютера:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ);

• устройство управления (УУ);

• запоминающее устройство (ЗУ);

• система ввода информации;

• система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

Принципы фон Неймана были воплощены полностью в проекте EDVAC в 1951 г. В этой машине уже применялась двоичная арифметика и использовалась оперативная память. С этого момента начинается современная история развития вычислительной техники.

Далее процесс развития вычислительной техники делится на поколения. Поколения зависят от элементной базы, смена элементной базы приводит к смене поколения.

1 поколение (1945-1954 гг.) — время становления машин с фон-неймановской структурой. Создавались машины этого поколения на ламповой элементной базе. Определились с основными элементами ЭВМ: центральный процессор (состоит из арифметико-логического устройства и устройства управления), оперативно-запоминающее устройство, устройства ввода-вывода (внешние, или периферийные устройства).

2 поколение (1955-1964 гг.). Замена ламповой элементной базы на миниатюрные устройства – транзисторы привела к уменьшению габаритов и повышению надежности и производительности ЭВМ. Появились языки высокого уровня. Появились операционные системы.

3 поколение (1965-1970 гг.). Вместо транзисторов стали использовать интегральные микросхемы. Микросхемы позволяли разместить десятки элементов на одной пластине размером в несколько сантиметров. Снизились габариты и стоимость. Появились мини-ЭВМ. Получила развитие наука технологий программирования. Появилась тенденция к созданию семейства ЭВМ, например, IBM System 360 и наш отечественный аналог — ЕС ЭВМ.

4 поколение (1970 — 1984 гг.). Переход на большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Программное обеспечение стало более «дружественным», что повлекло увеличение количества пользователей. Стало возможным создать на одном кристалле (чипе) функционально полную ЭВМ. В начале 1970-х годов фирмой Intel был выпущен первый микропроцессор (все в одном чипе) i4004. Это 4-разрядное параллельное устройство выполняло четыре основных арифметических действия и применялось в карманных калькуляторах.

Фирма Intel, правильно предугадав перспективность микропроцессоров, продолжила интенсивные разработки, и один из ее проектов в конечном итоге привел к крупному успеху, предопределившему будущий путь развития вычислительной техники. Им стал проект по разработке 8 разрядного процессора i8008 (1972 г.). Этот микропроцессор имел довольно развитую систему команд. Именно он был использован при создании персонального компьютера «Альтаир», для которого молодой Билл Гейтс написал один из своих первых интерпретаторов языка Basic. Именно с этого момента следует вести отсчет 5-го поколения.

5 поколение можно назвать микропроцессорным. В 1976 году фирма Intel закончила разработку 16-разрядного процессора i8086. На его основе и был построен первый персональный компьютер. Далее следовали поколения этих процессоров: i80286, i80386, i80486 и, наконец, появились современные процессоры Pentium (1993 г.). Различались эти процессоры разрядностью (количеством одновременно обрабатываемых единичных данных), производительностью и т.д. Название Pentium (а не i80586) для последнего из ряда этих процессоров говорит о том, что значительно была изменена его структура (архитектура) и система команд. Сейчас уже знакомы нам Pentium III, IV…

Итак, датой рождения первого ПК можно считать август 1981 г, именно тогда публике был представлен первый IBM PC (персональный компьютер фирмы IBM). Вычислительная техника постоянно впитывает в себя самые последние достижения науки и технологий (микроэлектроника, лазеры, средства связи), благодаря чему ее развитие идет необычайно высокими темпами.

В настоящее время ведется разработка ЭВМ следующих поколений, характерными особенностями которых будут способность к самообучению, речевой ввод и вывод информации. Развитие ЭВМ идет по пути непрерывного повышения быстродействия, надежности, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, упрощения правил работы. Скоро на смену электронным приборам придут оптические или биоэлектронные приборы, а современные нам ЭВМ будут казаться будущим пользователям такими же монстрами, какими нам кажутся вычислительные машины 40-х годов двадцатого века.

Аппаратное обеспечение ПК

Аппаратное обеспечение – система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.

Персональный компьютер в своей базовой конфигурации состоит из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Также к компьютеру можно подключить разнообразные периферийные (внешние) устройства: принтер, сканер, графопостроитель (плоттер), модем, микрофон, акустика, веб-камера и т.д.

Элемент Название1 Монитор2 Материнская плата3 Центральный процессор4 Оперативная память5 Карты расширений6 Блок питания7 Оптический привод8 Жесткий диск9 Мышка10 Клавиатура Компоненты компьютера
Устройства обработки информации(процессор)	Устройства ввода информации(клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, микрофон и т.д.)	Устройства вывода информации(монитор, принтер, плоттер, колонки и т. д.)
Устройства хранения информации(дискета 1,44 Мб, компакт-диск 650 Мб, винчестер 100 Гб, магнитная лента 2 Гб, магнитооптический диск, zip-диск 100 Мб, DVD-диск – 4,7-17 Гб)	Устройства передачи информации(модем, телефакс)

В корпусесистемного блока располагаются все основные устройства компьютера:

Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на:

Контроллеры и адаптеры – это платы, управляющие определенными устройствами.

Контроллер портов ввода-вывода присутствует практически в каждом компьютере. Обычно этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Контроллер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются устройства ввода-вывода информации (мышь, принтер и т.п.). Порты ввода-вывода бывают следующих типов:

Монитор –устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.

В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) или плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК).

Клавиатура — это устройство, предназначенное для ввода информации от пользователя в компьютер.

Мыши— это представители устройств-манипуляторов, которые позволяют передвигать курсор по экрану монитора, выделять элементы и выполнять много других действий.

Звуковая плата (также называемая звуковая карта, аудиоадаптер) используется для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. В настоящее время звуковые карты чаще бывают встроенными в материнскую плату, но выпускаются также и как отдельные платы расширения.

На материнскую плату звуковая плата устанавливается в слоты ISA (устаревший формат) или РСI (современный формат). Когда звуковая плата установлена, на задней панели корпуса компьютера появляются порты для подключения колонок, наушников, микрофона и т.д.

Основными производителями звуковых плат являются Creative Labs, Diamond Multimedia System Inc., ESS Technology, KYE Systems (Genius), Turtle Beach Systems, Yamaha Media Technology.

Графическая плата (известна также как графическая карта, видеокарта, видеоадаптер) (англ. videocard) – устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.Современная графическая плата состоит из следующих основных частей: графический процессор, видеоконтроллер и видеопамять.Многие карты имеют видеовыход для подключения к телевизору и DVI для подключения жидкокристаллических мониторов, это позволяет превратить компьютер в домашний кинотеатр.

Основными производителями графических плат являются ATI Technologies, NVIDIA Corporation, Matrox, 3D Labs, 3dfx (приобретена NVidia), S3 Graphics, XGI Technology Inc. (приобретена ATI в 2006 г.).

Материнская плата – печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard – главная плата.

Материнская плата обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому. На ней размещаются микропроцессор; оперативная память; набор управляющих микросхем, или чипсетов(chipset); ПЗУ с системной BIOS(базовой системой ввода/вывода); слоты расширения; разъемы для подключения интерфейсных кабелей жестких дисков, дисководов; разъемы питания; разъемы последовательного (COM) и параллельного (LPT) портов; универсальной последовательной шины USB; разъем PS/2 для подключения клавиатуры и мыши и ряд других компонентов. На материнской плате также могут находиться микросхемы видеоадаптера, звуковой платы и сетевой карты.

Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet card, NIC (англ. network interface card)) – печатная плата, позволяющая взаимодействовать компьютерам между собой посредством локальной сети.

Модем – это устройство, способное осуществлять модуляцию и демодуляцию информационных сигналов; как правило, используется для подключения домашнего компьютера к сети Интернет по телефонной линии.

Внутренний модем устанавливается в PCI слот на материнской плате и скрыт от глаз, внешний модем, как исходит из названия, подключается к серийному порту компьютера или USB-порту.

Основные фирмы – производители модемов: US Robotics, ZyXEL, Genius и Acorp.

Статьи к прочтению:

Двоичное кодирование числовой информации

Похожие статьи:

Принципы организации современного компьютера на примере IBM PC Понятие аппаратурного и программного обеспечения компьютера. Современный компьютер из-за…

Одним из способов кодирования является кодирование с помощью знаков. Допустим, имеется некоторая система знаков Z=, состоящая из 3-х знаков….

Источник

Двоичное кодирование.

в Компьютеры 23.03.2020 0 184 Просмотров

Двоичное кодирование – это тип кода, используемый в основном для программирования компьютеров на самом базовом уровне. Он состоит из системы единиц и нулей, предназначенной для представления «истинного» или «ложного» значения в логических операциях. Двоичное кодирование было разработано Клодом Шеннаном в 1930-х годах с использованием переключателей.
Двоичные данные – это необработанные данные, которые используются почти на всех компьютерах, но большинство пользователей компьютеров не взаимодействуют с ними напрямую. Компьютер читает двоичный код и переводит его в данные, полезные для пользователя. Коды хранятся по-разному в зависимости от типа объекта. Например, коды могут храниться по напряжению, просто обозначая, включен ли объект, имеет ли он напряжение или выключен. CD-ROM используют темные пятна на блестящей поверхности для обозначения «истинных» или «ложных» значений, жёсткие диски используют магнетизм, а память использует электрический заряд.

Двоичное кодирование опирается на биты, наименьшую единицу кодирования. Подобно переключателю, который может быть либо выключен, либо включен, бит может иметь значение либо один, либо ноль. Более знакомые единицы обработки получены из бита. Байт составляет восемь битов, килобайт имеет 1000 байтов, а мегабайт имеет 1000 килобайт. Чем больше число битов, тем больше комбинаций может быть в битах, тем больше информации можно сохранить.

Например, два бита имеют четыре состояния. Оба могут быть выключены, оба могут быть включены, или один может быть выключен, и один может быть включен. В двоичном виде эти комбинации записываются как 00, 01, 10, 11. Количество состояний группы битов можно найти по выражению 2n, где n – количество битов.

Поскольку для каждого бита есть только два значения, с ними проще работать, чем с другими процессами компьютерного кодирования. Группы битов используются для представления различной информации. Байт часто представляет буквенный символ. Например, буква «А», записанная в двоичном виде – «01000001».

Хотя чаще всего используется для программирования компьютеров, двоичное кодирование также используется в генетических алгоритмах для определения пересечения наследственности между родителями и потомками. Биты назначаются каждому родителю для представления части их генетического кода. Затем случайные или конкретные биты копируются или инвертируются для получения кода потомства.

Источник

Курс лекций по теме «Двоичное кодирование информации»

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Двоичное кодирование информации.

Естественные и формальные языки.

Знаки могут иметь различную физическую природу, например, для письма служат знаки, которые являются изображением на бумаге, а при обработке текста на компьютере знаки представляются в виде последовательностей электрических импульсов (т. е. некоторым образом кодируются). Вообще, кодированием называется представление символов одного алфавита символами другого. В качестве простейшей системы кодирования можно привести известную всем азбуку Морзе.

В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации.

1. Двоичное кодирование информации.

В настоящее время созданы технические устройства, которые могут надежно сохранять и распознавать информацию, закодированную с помощью всего двух состояний (т.е. в двоичной системе кодирования):

— Поверхности магнитных носителей информации (намагничено/размагничено);

— Поверхности лазерных дисков (отражает/не отражает);

— Триггер, который может находиться в одном из двух состояний О или 1, широко используется в оперативной памяти компьютера.

Таким образом, в компьютерах используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:

— представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;

— возможно применение аппарата алгебры логики для выполнения логических преобразований информации;

2. Двоичное кодирование текстов. Кодовые таблицы.

При вводе в компьютер текстовой информации каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту (8 битам). Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код (или соответствующий ему двоичный код). Код символа хранится в памяти компьютера, где занимает, как уже говорилось, 1 байт. При таком способе можно закодировать 256 различных символов (256 = 2 8 ). Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и заглавные буквы русского алфавита, цифры, знаки, графические символы и т. д.

Каждому символу такого алфавита ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255, а каждому десятичному коду соответствует 8-разрядный двоичный код от 00000000 до 11111111. Таким образом, компьютер различает символы по их коду.

Для разных типов ЭВМ и операционных систем используются различные таблицы кодировки, отличающиеся порядком размещения символов алфавита в кодовой таблице.

В настоящее время существует несколько различных кодировок (кодовых таблиц) для русских букв. Поэтому если текст создан в одной кодировке, то он не будет правильно отображаться в другой.

Понятно, что каждая кодировка задается своей кодовой таблицей. Одному и тому же двоичному коду в различных кодировках соответствуют различные символы.

Для того чтобы стало возможным чтение и редактирования текста, набранного в другой кодировке, используются программы перекодирования русского текста. Некоторые текстовые редакторы (например, MS Word и др.) содержат встроенные программы-конверторы, позволяющие читать текст в различных кодировках.

Присвоение символу конкретного кода является вопросом соглашения, которое и фиксируется в конкретной кодовой таблице. В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII. В этой кодовой таблице латинские буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке. Расположение цифр также упорядочено по возрастанию значений. Это правило соблюдается и в других таблицах кодировки и называется принципом последовательного кодирования алфавитов.

Стандартными в этой таблице кодов ASCII являются только первые 128 символов, т. е. символы с номерами от нуля (двоичный код 00000000) до 127 (01111111). Сюда входят буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы. Остальные 128 кодов, начиная со 128 (двоичный код 10000000) и кончая 255 (11111111), используются для кодировки букв национальных алфавитов, символов псевдографики и научных символов.

3. Двоичное кодирование звуковой информации.

Поступим следующим образом. Будем измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс и есть дискретизация (или оцифровка). Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование, а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.

Итак, в процессе кодирования звуковой информации происходит временная дискретизация звука (когда звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки). Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется дискретной последовательностью уровней громкости. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний. Чем больше уровней громкости может быть выделено в процессе оцифрования, тем более качественным будет звучание.

Ясно, что качество кодирования будет напрямую зависеть от количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Этот показатель называется частотой дискретизации . Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла.

Итак, по окончании процесса дискретизации, звуковая информация хранится в памяти компьютера в виде двоичных кодов. При этом качество двоичного кодирования звуковой информации определяется двумя показателями: глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. С помощью программ для компьютера можно выполнить, например, такое преобразование полученной информации, как «наложение» друг на друга звуков от разных источников, изменение музыкального темпа и т. д.

4. Двоичное кодирование графической информации.

При оцифровке изображения оно делится на такие крошечные ячейки, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Сама сетка получила название растровой карты (или растра), а ее единичный элемент называется пикселем. Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными.

Количество различных цветов — К и количество битов для их кодировки — N связаны между собой простой формулой: 2 N = К.

Таким образом, цвет каждого пикселя кодируется определенным числом битов, то есть элементарных единиц информации, с которыми может иметь дело компьютер. Количество битов, используемых для кодирования цвета точки, называется глубиной цвета.

Совокупность всех используемых цветов называется палитрой цветов. Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности. Так, например, при глубине цвета 24 бита на кодирование каждого из цветов выделяется по 8 бит, т. е. для каждого из цветов возможны n = 2 8 = 256 уровней интенсивности.

Источник

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат.

Объединение функциональных блоков в ЭВМ с шинной архитектурой осуществляется посредством следующей системы шин:

· шины данных, по которой осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ;

· шины адреса, используемой для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение);

· шины управления для передачи управляющих сигналов.

Классы архитектур вычислительных систем

Вычислительная система — это совокупность одного или нескольких компьютеров, или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.

Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

• возможность работы в разных режимах;

• модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;

• унификация и стандартизация технических и программных решений;

• иерархия в организации управления процессами;

• способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;

• обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений

Источник

Основы информатики

Примеры двоичного кодирования информации

Среди всего разнообразия информации, обрабатываемой на компьютере, значительную часть составляют числовая, текстовая, графическая и аудиоинформация. Познакомимся с некоторыми способами кодирования этих типов информации в ЭВМ.

Кодирование чисел

Существуют два основных формата представления чисел в памяти компьютера. Один из них используется для кодирования целых чисел, второй (так называемое представление числа в формате с плавающей точкой) используется для задания некоторого подмножества действительных чисел.

Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера области памяти, используемой для размещения чисел. В k-разрядной ячейке может храниться 2 k различных значений целых чисел.

Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо:

Пример. Получить внутреннее представление целого числа 1607 в 2-х байтовой ячейке.

Переведем число в двоичную систему: 1607₁₀ = 11001000111₂. Внутреннее представление этого числа в ячейке будет следующим: 0000 0110 0100 0111.

Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (-N) необходимо:

Представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно. Например, справедливы следующие равенства:

Кодирование текста

Множество символов, используемых при записи текста, называется алфавитом. Количество символов в алфавите называется его мощностью.

Для представления текстовой информации в компьютере чаще всего используется алфавит мощностью 256 символов. Один символ из такого алфавита несет 8 бит информации, т. к. 2 8 = 256. Но 8 бит составляют один байт, следовательно, двоичный код каждого символа занимает 1 байт памяти ЭВМ.

Для разных типов ЭВМ и операционных систем используются различные таблицы кодировки, отличающиеся порядком размещения символов алфавита в кодовой таблице. Международным стандартом на персональных компьютерах является уже упоминавшаяся таблица кодировки ASCII.

Принцип последовательного кодирования алфавита заключается в том, что в кодовой таблице ASCII латинские буквы (прописные и строчные) располагаются в алфавитном порядке. Расположение цифр также упорядочено по возрастанию значений.

Стандартными в этой таблице являются только первые 128 символов, т. е. символы с номерами от нуля (двоичный код 00000000) до 127 (01111111). Сюда входят буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы. Остальные 128 кодов, начиная со 128 (двоичный код 10000000) и кончая 255 (11111111), используются для кодировки букв национальных алфавитов, символов псевдографики и научных символов. О кодировании символов русского алфавита рассказывается в главе «Обработка документов».

Кодирование графической информации

Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами (pixel, от англ. picture element ). Код пиксела содержит информацию о его цвете.

Объекты векторного изображения, в отличии от растровой графики, могут изменять свои размеры без потери качества (при увеличении растрового изображения увеличивается зернистость). Подробнее о графических форматах рассказывается в разделе «Графика на компьютере».

Кодирование звука

Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований, предъявляемых к его качеству и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые компромиссные значения.

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. Но бывают случаи, когда выгодней действовать по-иному.

Заметим, что существуют и другие, чисто компьютерные, форматы записи музыки. Среди них следует отметить формат MP3, позволяющий с очень большим качеством и степенью сжатия кодировать музыку. При этом вместо 18-20 музыкальных композиций на стандартный компакт-диск (CDROM) помещается около 200. Одна песня занимает примерно 3,5 Mb, что позволяет пользователям сети Интернет легко обмениваться музыкальными композициями.

Источник