Преобразование типа N D

2.3.1 Развертка по времени.Оптимальный шаг развертки (величина t) определяется по теореме отсчетов.( в 1933 г. В. А. Котельниковым, который доказал , значение которой для решения про­блем передачи информации было осознано лишь в 1948 г. после работ К. Шеннона. ): Непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности измерений или отсчетов величины этого сигнала через одинаковые интервалы време­ни, меньшие или равные половине периода максимальной частоты, имеющейся в сигнале.Смысл теоремы в том, что дискретизация не приведет к потере информации и по дискретным сигналам можно будет полностью восстановить исходный аналоговый сигнал, если развертка по времени выполнена в соответствии со следующим соотношением:t 1/2v_m, v_m – верхняя граница частоты.Развертка по времени может быть осуществлена без потери информации, связанной с особенностями непрерывного (ана­логового) сигнала, если шаг развертки не будет превышать t, определяемый в соответствии с (1).

2.3.2 Квантование по величине.Оптимальный шаг квантования Z_i определяется чувствительностью приемного устройства.Любой получатель сообщения - человек или устройство - всегда имеют конечную предельную точ­ность распознавания величины сигнала. Например, человеческий глаз в состоянии различить около 16 миллионов цветовых оттен­ков; это означает, что при квантовании цвета нет смысла делать большее число градаций. При передаче речи достаточной оказывается гораздо меньшая точность - около 1%; следовательно, для амплитуды звуковых колебаний Z= 0,01Z^max, а алфавит для обо­значения всех градаций громкости должен содержать 100 знаков. Указанные соображения по выбору шага развертки по времени и квантования по величине сигнала лежат в основе оцифровки звука и изображения. Примерами устройств, в которых происходят такие преобразования, являются сканер, модем, устройства для цифровой записи звука и изображения, лазерный проигрыватель, графопостроитель. Термины «цифровая запись», «цифровой сигнал» следует понимать как дискретное представление с приме­нением двоичного цифрового алфавита.

3. Преобразование типа D₁ D₂ . Состоит в переходе при пред­ставлении сигналов от одного алфавита к другому - такая опера­ция носит название перекодировка и может осуществляться без потерь. Примерами ситуаций, в которых осуществляются подоб­ные преобразования, могут быть: запись-считывание с компьютер­ных носителей информации; шифровка и дешифровка текста; вы­числения на калькуляторе.Преобразование сообщений без потерь информации возможно только в том случае, если хотя бы одно из них является дискрет­ным. Преимущество дискретной формы. высокая помехоустойчивость;простота и, как следствие, надежность и относительную деше­визну устройств по обработке информации;точность обработки информации, которая определяется количеством обрабатывающих элементов и не зависит от точности их изготовления;универсальность устройств.Любые дискретные сообщения, со­ставленные в различных алфавитах, посредством обратимого ко­дирования можно привести к единому алфавиту, что позволяет выделить базовый алфавит (из соображе­ний удобства, простоты, компактности или каких-либо иных) и представлять в нем любую дискретную информацию. Уст­ройство, работающее с информацией в базовом алфавите, оказы­вается универсальным т.к. может быть ис­пользовано для переработки любой иной исходной дискретной информации. Базовым алфавитом является двоичный алфавит(0, 1).Универ­сальным устройством - компьютер.

4) Виды информации:

1. В зависимости от области возникновения:- элементарная отражает процессы и явления неодушевленной природы;

-биологическая отражает процессы животного и растительного мира;- социальная отражает процессы человеческого общества;

2. По месту возникновения:- входная, поступающая на вход какой-то системы;- выходная, покидающая данную систему;

3. По отношению к системам:- внутренняя, возникающая внутри системы;- внешняя, существующая за ее пределами;

4. По стадии обработки;- первичная;- промежуточная;- результирующая;

5. По способу передачи и восприятия:- визуальная, передаваемая видимыми образами и символами;- аудиальную, передаваемая звуками;- тактильная передается и воспринимается через ощущения;- запах, вкус;- машинная, задаваемая и воспринимаемая вычислительной техникой.Информация как объект преобразования и использования характеризуется следующими свойствами:1) Синтаксис – свойство, определяющее способом представления информации на носителе. Выделение нужных параметров для синтаксических свойств, определяется предполагаемым способом преобразования.

2) Семантика – свойство, определяющее смысл информации как соответствие сигнала реальному миру. 3) Прагматика – свойство, определяющее влияние информации на поведение потребителя.

Информация с практической точки зрения – это сведения об окружающем мире, объекте, процессе, явлении, событии, которые являются объектом преобразования, включая хранение, передачу и т.д. и используется для выработки и принятия решения, для управления или для обучения.

5) Количество информации – это число, адекватно характеризующие предупреждение (структурированность, определенность, выбор состояния) в оцениваемой системе. Количество информации оценивается в битах, может выражаться в долях битах. Бит – это минимальная единица информации, определяется через выбор одного состояния из двух равновозможных. Мера информации – это критерий оценки количества информации, обычно заданный некоторой неотрицательной функцией, определенной на множестве событий и являющийся аддитивной. Т.е. мера конечного объединения равна сумме мер каждого события. Вероятностный метод измерения количества информации:

В данном случае информация рассматривается как уменьшение неопределенностей при получении некоторого сообщения. количество информации в данном случае – это мера информации сообщаемой, появление события определенной вероятности или мера, характеризующая уменьшение неопределенности содержащейся в одной случайной величине относительно другой. Вероятностный метод изучает дисциплина, называемая теорией информации.

7) Теория кодирования является одним из разделов теоретической информатики. К основным задачам относится:

- разработка принципов более экономического кодирования информации;- согласование параметров передаваемой информации с особенностями канала связи;- разработка приемов, обеспечивающих надежность передачи, обработки, хранения информации; Код – это правило, описывающее соответствие знаков или их сочетание одного алфавита, знака или их сочетание другого алфавита. Это знаки вторичного алфавита, используемого для представления знаков и их сочетания для первичного. Кодирование – это представление посредством первичного алфавита последовательности кодов. Декодирование – операция восстановления информации первичного алфавита по полученной последовательности кода. Операции кодирования и декодирования называют обратимыми если их последовательное применение обеспечивает возврат исходной информации без каких-либо потерь. Кодирование представляет передачи и хранению информации. Хранение связано с фиксацией некоторого состояния информации, а передача с изменением. Эти состояния (сигналы) назовем элементарными сигналами, их совокупность составляет вторичный алфавит. При создании кода решают следующие задачи: наименьшим количеством символов необходимо передать наибольшее количество информации. Характеристики кода:1) ЭКОНОМИЧНОСТЬ – это отношение энтропии кода с максимальной энтропией в предположении, что все символы имеют одинаковую вероятность Э = Н/Н_max 2) ИЗБЫТОЧНОСТЬ – показывает какая часть символов лишняя и не несет никакой информации. Для оптимального кода экономичность близка к 1, избыточность к 0. 3) Цена кода – равна среднему числу битов на 1 символ. Байтовый код – метод равномерного алфавитного кодирования применяется для представления символьной информации в компьютере.

Определяем необходимую длину кода. 1. Начнем с установления кол-ва знаков в первичном алфавите. 2. Для сопоставимости технических устройств и обеспечения возможности обмена информации между многими потребителями согласования кодов осуществляется в форме стандартизации кодовых таблиц. Первым международным стандартом, который применяется на вычислительных машинах - EBCDIC – расширенная двоичная кодировка десятичного кода обмена. Персональным компьютерам и телекоммуникационным системам применяется международный байтовый код: ASCII – регламентирует коды первой половины кодовой таблицы, т.е. первый бит начинается с 0. В этой части строчные и прописные буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания и математические операции и некоторые управляющие.Вторая часть считается расширением основной, охватывает коды в интервале от 128 до 255, т.е. первый бит с 1. Используется для представления символов национального алфавита и символов псевдографики.

8) Понятие алгоритма заменили строго формализованными математическими моделями. Среди самых известных рекурсивные функции, машины Тьюринга и нормальные алгорифмы Маркова. Для любой алгоритмически разрешимой задачи можно построить рекурсивную функцию (машину Тьюринга, нормальный алгоритм Маркова). И наоборот, для задач, для которых нельзя построить перечисленные конкретизации, не существует алгоритма решения. РЕКУРСИВНЫЕ ФУНКЦИИ основаны на той идее, что исходные данные и возможные результаты решения любой задачи можно пронумеровать. Для чего, естественно, достаточно множества натуральных чисел (целых положительных чисел, начиная с нуля). А далее базовыми объявляются функции, возможность выполнить (вычислить) которые не вызывает сомнений. НУЛЬ-ФУНКЦИЯ - это функция, которая дает значение ноль для любого значения аргумента. Реализовать эту функцию может не только ребенок. Можно посадить попугая и подучить его на любой вопрос о значении функции кричать "Ноль!". ФУНКЦИЯ СЛЕДОВАНИЯ дает следующее, по сравнению с аргументом, значение. Для пяти это шесть, для миллиона - миллион один. Можно бы было сказать, что здесь надо просто прибавлять 1. Но операции сложения у нас пока нет! ФУНКЦИЯ ВЫБОРА АРГУМЕНТА. Это вообще забавная даже для первоклассника функция, содержащая в своем имени номер аргумента. Если у вас есть несколько аргументов, то эта функция в качестве значения возьмет значение указанного в ней аргумента. Например, функция выбора третьего из Иванова, Петрова и Сидорова, которых мы ранее пронумеровали, например, как 22, 13 и 49, даст значение

9) Архитектурой компьютера считается его представление, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение центральной части ЭВМ (процессор, внутренняя память) периферийными устройствами. В архитектуру процессора также входят регистры и специальные участки памяти для временного хранения данных, адресов данных и команд.

Классификация ЭВМ : 1)по принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают - аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше ,чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%).На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. Цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Гибридные (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере. 2)по назначению: универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах; проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы; специализированные - используются для решения узкого крута задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем. По размерам и функциональным возможностям :

сверхбольшие (суперЭВМ) ;большие; малые; мини; сверхмалые (микроЭВМ).

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.

10) Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связь между ними. Элементы – это различные устройства от основных логических устройств до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание на любом уровне детализации. Принципы функционирования: 1) Любая ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметико-логические устройства; устройства управления; запоминающие устройства; устройства ввода-ввода; пульт управления.2)Принцип программного управления: прорамма состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически, друг за другом, в определенной последовательности. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет какие действия и над какими оперантами следует выполнить. Эту функцию осуществляют устройства управления. Выбранные запоминающие устройства операнты помещают в АЛУ и обрабатываются. Выборка команд из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Счетчик команд – это регистр процессора, в котором последовательно увеличивается хранимым в нем адрес очередной команды.3) Принцип однородности памяти: программа и данные хранятся в одной и той же памяти, в двоичном коде. Над командами можно выполнить те же действия, что и над данными.4) Принцип адресности: структура основная память состоит из перенумерованных ячеек, процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

11) Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной -- ЭВМ. Структура такого устройства была описана знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в 1945 г. Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов. Рассмотрим принцип взаимодействия основных устройств. Материнская (системная) плата -- важнейший элемент ПК, на ней размещаются устройства непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычислений), как правило это микропроцессор, внутренняя память, системная шина, контроллер клавиатуры, генератор тактовой частоты, контроллер прерываний, таймер и др. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере - шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называют чипсетами. Материнские платы различаются по типу процессоров, которые могут быть установлены на них, и названия фирм, их выпускающих. На материнских платах находятся специальные перемычки - джамперы, позволяющие подстроить ее под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней. Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных - шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины. Данные могут передаваться между внешними устройствами и процессором, оперативной памятью и процессором, внешними устройствами и оперативной памятью или между устройствами ввода-вывода. Шина характеризуется типом, разрядностью, частотой и количеством подключаемых внешних устройств. При работе с оперативной памятью шина проводит поиск нужного участка памяти и обменивается информацией с найденным участком. Эти задачи выполняют две части системной шины: адресная шина и шина данных. Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами. Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими всеобщее взаимодействие. На интерфейсы существуют стандарты. Совокупность интерфейсов, реализованных в компьютере, образует то, что называют архитектурой компьютера. Для добавления в ПК нового дополнительного устройства необходим контроллер - устройство, аппаратно согласовывающее работу системы и дополнительного устройства. Кроме того, необходим драйвер этого устройства - программа, позволяющая программно связать это устройство с системой в целом. Контроллер должен учитывать аппаратные особенности подключаемого устройства, а драйвер должен позволить операционной системе, используя стандартный набор командных запросов, управлять нестандартным устройством. Драйвер выступает в роли «переводчика» с языка операционной системы на язык конкретного устройства, контроллер выступает в роли аппаратного «мостика» между системой в целом и дополнительным устройством. Центральной частью компьютера является системный блок, с присоединенными к нему клавиатурой, монитором и мышью. Системный блок и монитор независимо друг от друга подключаются к источнику питания- сети переменного тока. В современных компьютерах дисплей и системный блок иногда монтируются в едином корпусе. В системном блоке располагаются все основные устройства компьютера: - микропроцессор - мозг компьютера, который выполняет поступающие на его вход команды: проводит вычисления и управляет работой остальных устройств ПК; - оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;

- контроллеры, предназначенные для независимого от процессора управления отдельными процессами в работе ПК; - накопители на гибких магнитных дисках, используемые для чтения и записи на дискеты; - накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий магнитный диск (винчестер); - дисководы для компакт-дисков, обеспечивающие возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудио-, компактдисков, а также запись информации на компакт-диск; - блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток, подаваемый на электронные схемы компьютера; - счетчик времени, который функционирует независимо от того, включен компьютер или нет; - другие устройства. Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на: - устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры); - устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память, др.); - устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т.д.); - устройства вывода информации (монитор, принтер, акустическая система и т.д.). Микропроцессор (МП), или центральный процессор - основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Системная шина - основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Память (внутренняя - системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая). ПЗУ (память только для чтения) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. ОЗУ (память с произвольным доступом) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней. В качестве устройств внешней памяти размещаемых в системном блоке, используются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках, накопители на оптических дисках (НОД) и др. ; Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания -- аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать. Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ: - внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК; - устройства ввода информации; - устройства вывода информации; - средства связи и телекоммуникации. Монитор - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации. Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, «звуковые мыши». Устройства речевого вывода -- это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру. К устройствам ввода информации относятся:

- клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК; - графические планшеты (диджитайзеры)-- для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

- сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат; - манипуляторы (устройства указания): джойстик - рычаг, мышь, трекбол - шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК; - сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК. К устройствам вывода информации относятся: - принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель; - графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель;

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).

Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Ускорение операций происходит в десятки раз.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (монитор, принтер, НЖМД, НГМД и др.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.

Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний. Прерывание - временная остановка выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым.

В основу архитектуры современных ПК положен магистральный принцип, который позволяет потребителю комплектовать нужную комплектацию и производить ее модернизацию.

Структурная схема:

процессор ОП(ОЗУ,ПЗУ)

шины данных магистраль(системная плата)

шины адреса

шины управления

ПУ

УВВ ВЗУ Сетевые устройства

Модульная организация компьютера опирается на шинный принцип обмена информации между устройствами. Включает в себя шину данных – по ней передаются данные между различными устройствами. Данные по шине передаются от устройства к устройству в любам направлении. Разрядность шины определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, который процессор обрабатывает за один акт; шину адреса – выбор устройства или ячейки памяти куда передаются или откуда считываются данные по шин данных производит процессор. Каждое устройство или ячейка ОП имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине. Шина однонаправленная, сигналы передаются в направлении от процессора. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора. Т.е. количество ячеек ОП, которое могут иметь уникальные адреса; шину управления- передаются сигналы, определяющие характер обмена информации. Сигналы управления определяют какую операцию считывания или запись информации из памяти нужно производить, синхронизирует обмен информации между устройствами и так далее.

Периферийным устройством называется любое устройство конструктивно удаленное от центральной части компьютера. Периферийные устройства: устройства ввода-вывода, внешние запоминающие устройства. Обладают: долговременная память, имеют различные принципы функционирования, большой объем, низкое быстродействие.

12) Основной характеристикой процессора является его производительность – это интегральная характеристика, которая зависит от частоты процессора, его разрядности и особенности архитектуры. Производительность нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессора, в какой-либо программной среде.

ОП – основная память. К ней относятся 2 устройства: ОЗУ – предназначена для записи, хранения , считывание информации, энергозависима, высокое быстродействие.

ПЗУ – считывание, хранение информации, энергозависима, хранит программы тестирования работы оборудования, базовую системы ввода-вывода, в частности программу начальной загрузки любой операционной системы, стандартные драйверы периферийных устройств. Прошивается информацией на этапе производства компьютера.

Основные характеристики вычислительной техники:

- быстродействие – характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых процессором в секунду, под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, существенно зависит от организации памяти, затраченной на поиск информации. Быстродействие величина постоянная. Пиковое быстродействие определяется с тактовой частотой процессора без учета обращения к оперативной памяти. Номинальное быстродействие определяется с учетом времени обращения к оперативной памяти. Системное быстродействие определяется с учетом системных издержек. Эксплуатационное быстродействие определяется с учетом характера решаемых задач.

- емкость(объем памяти) – внутренняя или основная память по объему у различных классов машин различается и определяется системной адресации машины емкость внешней памяти из-за блочной структуры и съемных конструкций. Точность вычислений – зависит от количества разрядов, используемых для представления одного числа. Современные ЭВМ имеют 32 шины, 64 – разрядные процессоры, что обеспечивает высокую точность расчета.

- стоимость – зависит от быстродействия, емкости, памяти, системы команд и комплектация с внешними устройствами.

- надежность – способность машины сохранять свои свойства при заданных условиях эксплуатации в течении определенного промежутка времени, являются показатели вероятности безотказной работы за определенное время при данных условиях эксплуатации.

Перспективы развития.

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

• работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

• обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

• упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

В настоящее время ведутся интенсивные работы как по созданию ЭВМ пятого поколения традиционной (неймановской) архитектуры, так и по созданию и апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.) Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

Проблема создания эффективных систем параллельного программирования, ориентированных на высокоуровневое распараллеливание алгоритмов вычислении и обработки данных, представляется достаточно сложной и предполагает дифференцированный подход с учетом сложности распараллеливания и необходимости синхронизации процессов во времени.

Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах.

В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или оптоэлементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпьютеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютеры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудно формализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпьютеров.

Важным направлением развития вычислительных средств пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

В заключение отметим, что ряд названных вопросов реализован в перспективных ЭВМ пятого поколения либо находится в стадии технической проработки, другие — в стадии теоретических исследований и поисков.

13) Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.

Объём хранящейся информации в ОЗУ составляет от 32 до 512 Мбайт и более. Занесение информации в память и её извлечение, производится по адресам. Каждый байт ОП имеет свой индивидуальный адрес (порядковый номер). Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП.

Кеш память - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости.

Специальная - постоянная, Fiash, видеопамять и тд.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энергонезависимая память для хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Важнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память. Это Неразрушимая память, которая не изменяется при выключении питания

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого

CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) - память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, о режимах его работы. Содержимое изменяется программой, находящейся в BIOS (Basic Input Output System).

Видеопамять – запоминающее устройство, расположенное на плате управления дисплеем и предназначенное для хранения текстовой и графической информации, отображаемой на экране. Содержимое этой памяти сразу доступно двум устройствам – процессору и дисплею, что позволяет изменять изображение на экране одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Основная память содержит оперативное (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) и постоянное (ROM - Read-Only Memory) запоминающие устройства.

Оперативное запоминающее устройство предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК.

ОЗУ - энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Запоминающие элементы расположены на пересечении вертикальных и горизонтальных шин матрицы; запись и считывание информации осуществляются подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти.

Конструктивно элементы оперативной памяти выполняются в виде отдельных микросхем типа DIP (Dual In-line Package - двухрядное расположение выводов) или в виде модулей памяти типа SIP (Single In-line Package - однорядное расположение выводов), или, что чаще, SIMM (Single In line Memory Module - модуль памяти с одноразрядным расположением выводов). Модули SIMM имеют емкость 256Кбайт, 1, 4, 8, 16 или 32 Мбайта, с контролем и без контроля четности хранимых битов; могут иметь 30- ("короткие") и 72-("длинные") контактные разъемы, соответствующие разъемам на материнской плате компьютера. На материнскую плату можно установить несколько (четыре и более) модулей SIMM.

Постоянное запоминающее устройство также строится на основе установленных на материнской плате модулей (кассет) и используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS - Base Input-Output System) и др. Из ПЗУ можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ЭВМ в лабораторных условиях. Модули и кассеты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую нескольких сот килобайт. ПЗУ - энергонезависимое запоминающее устройство.

Примечание. В последние годы в некоторых ПК стали использоваться полупостоянные. перепрограммируемые запоминающие устройства - FLASH-память. Модули или карты FLASH-памяти могут устанавливаться прямо в разъемы материнской платы и имеют следующие параметры: емкость от 32 Кбайт до 4 Мбайт, время доступа по считыванию 0.06 мкс, время записи одного байта примерно 10 мкс: FLASH-память - энергонезависимое запоминающее устройство.

Для перезаписи информации необходимо подать на специальный вход FLASH-памяти напряжение программирования (12В), что исключает возможность случайного стирания информации. Перепрограммирование FLASH- памяти может выполняться непосредственно с дискетыили с клавиатуры ПК при наличии; специального контроллера либо с внешнего программатора, подключаемого к ПК.

FLASH-память может быть полезной как для создания весьма быстродействующих компактных, альтернативных НЖМД запоминающих устройств - "твердотельных дисков", так и для замены ПЗУ, хранящего программы BIOS, позволяя "прямо с дискеты" обновлять и заменять эти программы на более новыеверсии при модернизации ПК.

14) Двоичная арифметика – краткое наименование системы арифметических операций (включающей сложение, вычитание, умножение, деление, иногда некоторые другие операции) над двоичными числами, т.е. целыми числами, представленными в двоичной позиционной системе; собирательное название схемных решений для выполнения арифметических операций над двоичными числами – сумматоров, умножителей, схем вычитания, деления и другие.

15) При проектировании ЭВМ создание документального и прикладного программного обеспечения необходимо решить вопрос о представлении в ЭВМ числовых данных. Для решения большинства прикладных задач достаточно использовать целые и вещественные числа. Запись целочисленных данных в запоминающем устройстве осуществляется в прямом коде. Двоичные числа записываются в прямом коде. Диапазон представляемых чисел ограничивается количеством выделенных разрядов.

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 2k различных значений целых чисел.

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

1) перевести число N в двоичную систему счисления;

2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов.

Формат

Описание

Общий

Общий числовой формат — это формат, принятый по умолчанию. При его выборе числа отображаются в виде целых чисел, десятичных дробей или В экспоненциальном формате, если число слишком большое и не помешается в ячейке.

Числовой

Данный формат используется для общего отображения чисел. Можно указать используемое количество десятичных знаков, необходимость использовать разделитель разрядов, а также способ отображения отрицательных чисел.

Денежный

Этот формат используется для отображения общих денежных значений и выводит установленный по умолчанию денежный знак вместе с числами. Можно указать используемое количество десятичных знаков, необходимость использовать разделитель разрядов, а также способ отображения отрицательных чисел.

Финансовый

Этот формат также используется для денежных значений, но при его использовании осуществляется выравнивание денежных величин по разделителю целой и дробной части в столбце.

Дата

Эта категория служит для отображения даты и времени, представленных числами, в виде дат с учетом указанного типа и языка (местоположения). За исключением элементов, помеченных звездочками (*) в списке Тип (вкладка Число диалогового окна Формат ячеек), порядок элементов в применяемых форматах дат не меняется при смене операционной системы.

Время

Эта категория используется для отображения даты и времени, представленных числами, в виде времени с учетом указанного типа и языка (местоположения). В применяемых форматах, за исключением помеченных звездочкой (*) в списке Тип (вкладка Число, диалоговое окно Формат ячеек), порядок элементов даты и времени не меняется при смене формата операционной системы.

Процентный

Этот формат используется для умножения значения ячейки на 100 и отображения результата с символом процента. Можно указать используемое количество десятичных знаков.

Дробный

Этот формат используется для отображения числа в виде дроби с учетом указанного типа дроби.

Экспоненциальный

Этот формат используется для отображения чисел в экспоненциальном представлении и замены части числа на E+n, где E (экспонент) равно предыдущему числу, умноженном на 10 в степени n. Например, в экспоненциальном формате, где количество знаков после запятой равно двум, число 12345678901 отобразится как 1,23E+10, то есть как 1,23, умноженное на 10 в 10-й степени. Можно указать используемое количество десятичных знаков.

Текстовый

При использовании этого формата, содержимое ячейки рассматривается как текст и отображается в том виде, в котором пользователь вводит его, даже при вводе чисел.

Дополнительный

Этот формат используется для отображения числа в виде почтового индекса, телефонного номера или табельного номера.

(все форматы)

Этот тип формата позволяет изменять копию существующего кода числового формата. Создается настраиваемый числовой формат, который добавляется к списку кодов числовых форматов. Можно добавить от 200 до 250 настраиваемых числовых форматов, в зависимости от того, версия Excel для какого языка была установлена.

16) Для внутреннего представления изображения использовано 2 формата: растровый формат. В дано случае кодирование зависит:

При растровом формате все изображения по вертикали и горизонтали разбивается на достаточно мелкие прямоугольники, которые называются элементами изображения или пиксели. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку пикселей. Код пикселя содержит информацию о его цвете. В файле, содержащей растровую графику хранится информация о цвете каждого пикселя данного изображения. Чем меньше прямоугольник, тем больше разрешение, т.е. тем больше мелкие детали можно закодировать в графическом файле. Размер изображения задается в виде числа пикселей по горизонтали и вертикали. Глубина цвета – кроме размера изображения важной является информация о количестве цветов закодированных в файле цвет каждого пикселя определяет число бит. В зависимости от того сколько бит отведено для каждого пикселя возможно кодирование различного числа цветов. RGB модель способ разбиение цвета на составные компоненты называется цветовой моделью. Есть 3 цветовые модели. Наиболее распространенным способом кодирование является RGB – модель. При это способе кодирования любой цвете представлен в виде комбинации трех цветов с разной интенсивностью. Из указанных цветов можно получить 8 комбинаций.

000 – черный

001 – синий

010 – зеленый

011 – голубой

100 – красный

101 – розовый

110 – коричневый

111 – белый

Если иметь возможность управлять интенсивностью свечения базовых цветов, то количество различных вариантов, их сочетаний увеличивается. Цветовая модель СМУК соответствует рисованию красками на бумажном листе и используется при работе с отраженным светом.

Cyan – голубой

Magenta – лиловый

Yellow – желтый

Black – черный

Цвета получаются в результате вычитания основных цветов AHB из белого цвета. Черный цвет задается отдельно. Увеличение количества краски приводит к уменьшению яркости.

H - тон

S - насыщенность

Особенности растровой графики.

Растровая графика близка к реальному изображению. Растровое изображение можно получить программах растровой и векторной графики с помощью цифровой графики, прием сканирования фото и др. существует множество форматов растровой графики.

HEG, GIF, BMP, TIFF – все форматы предусматривают собственный формат кодирования.

Векторная графика.

Векторное изображение многослойно. Элементами векторного изображения является линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста, который располагается в своем собственном слое, пиксели устанавливаются независимо от других слоев. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального с помощью специального языка(математических уравнений). В качестве объекта принимаются простые геометрическое фигуры, примитивы, составные фигуры. В Векторной графике форма, цвет и пространственное положение составляющих и объектов описывается с помощью математических формул.

17) Физически звук представляет собой волновые колебания давления в той или иной среде. Каковы бы ни были физические характеристики колебаний, в данном случае важно то, что звук представляет собой нечто неделимое на части (непрерывное), пробегающее в пространстве и времени. Чтобы записать звук на какой-нибудь носитель можно соотнести его уровень (силу) с какой-нибудь измеряемой характеристикой этого носителя. Так, например, степень намагниченности магнитной ленты в различных ее местах зависит от особенностей звука, который на нее записывался. Намагниченность может непрерывно изменяться на протяжении ленты, подобно тому, как параметры звука могут меняться в воздухе. Т.е. магнитная лента прекрасно справляется с задачей хранения звука. И хранит его в так называемой аналоговой форме, когда значения изменяются непрерывно (плавно), что близко к естественному звуку.

Но как хранить звук на компьютере. Здесь любая информация представлена в цифровой форме. Данные должны быть представлены числами, а, следовательно, информация в компьютере дискретна (разделена). Для того, чтобы записать звук на цифровой носитель информации (например, жесткий диск), его подвергают так называемой оцифровке, механизм которой заключается в измерении параметров звука через определенные промежутки времени (очень малые).

При преобразовании звуковой информации в цифровую форму ее подвергают дискретизации и квантованию. Дискретизация заключается в замерах величины аналогового сигнала огромное множество раз в секунду. Полученной величине аналогового сигнала сопоставляется определенное значение из заранее выделенного диапазона: 256 (8 бит) или 65536 (16 бит). Привидение в соответствие уровня сигнала определенной величине диапазона и есть квантование.

Понятно, что как бы часто мы не проводили измерения, все равно часть информации будет теряться. Однако и понятно, что чем чаще мы проводим замеры, тем точнее будет соответствовать цифровой звук своему аналоговому оригиналу.

Также, чем больше бит отведено под кодирование уровня сигнала (квантование), тем точнее соответствие.

С другой стороны, звук хорошего качества будет содержать больше данных и, следовательно, больше занимать места на цифровом носителе информации.

РСМ

РСМ расшифровывается как pulse code modulation, что и является в переводе как импульсно-кодовая. Файлы именно с таким расширением встречаются довольно редко (я встречал только в программе 3D Audio). Но РСМ является основополагающей для всех звуковых файлов. Я бы не сказал, что это очень экономный метод для хранения данных на диске, но думаю, что от этого уже никогда точно не уйдешь, причем объемы современных винчестеров уже позволяют не обращать внимания на пару десятков мегабайт.

DPCM

Изыскания по поводу экономного хранения звуковых данных на диске. Если Вы встречаете данную аббревиатуру, то знайте, что имеете дело с разностным РСМ. В основе данного метода лежит та вполне оправданная идея, что вычисления гораздо более громоздки по сравнению с тем, что можно просто указать значения разности.

АDPCM

Адаптивный DPCM. Согласитесь, что при указании просто значений разности может возникнуть проблема с тем, что есть очень маленькие и очень большие значения. В результате, какие бы супер-точные измерения не были все равно имеет место искажение действительности. Поэтому в адаптивном методе добавлен коэффициэнт масштабируемости.

WAV

Самое простое хранилище дискретных даннных. Я бы сказал прямое. Один из типов файлов семейства RIFF. Помимо обычных дискретных значений, битности, количества каналов и значений уровней громкости в wav может быть указано еще множество параметров, о которых Вы, скорее всего, и не подозревали ? это: метки позиций для синхронизации, общее количество дискретных значений, порядок воспроизведения различных частей звукового файла, а также есть место для того, чтобы Вы смогли разместить там текстовую информацию.

RIFF

Resource Interchange File Format. Уникальная система хранения любых структурированных данных.

IFF

Эта технология хранения данных проистекает от Amiga-систем. Interchange File Format. Почти то же, что и RIFF, только имеются некоторые нюансы. Начнем с того, что система Amiga ? одна из первых, в которой стали задумываться о программно-сэмплерной эмуляции музыкальных инструментов. В результате, в данном файле звук делится на две части: то, что должно звучать вначале и элемент того, что идет за началом. В результате, звучит начало один раз, за тем повторяется второй кусок столько раз, сколько Вам нужно и нота может звучать бесконечно долго.

MOD

Файл хранит в себе короткий образец звука, который потом можно использовать в качестве шаблона для инструмента. Проще говоря прошитый в синтезатор сэмпл.

AIF или AIFF

Audio Interchange File Format. Данный формат распространен в системах Apple Macintosh и Silicon Graphics. Заключает в себе сочетание MOD и WAV.

AIFС или AIFF-С

Тот же AIFF, только с заданными параметрами сжатия (компрессии).

AU

Опять же та же гонка за экономией места. Структура файла намного проще, чем в wav, но там указан метод кодирования данных. Файлы очень мало ?весят?, за счет чего получили довольно широкое распространение в Интернете. Чаще всего Вы можете встретить параметры m-Law 8 кГц ? моно. Но есть и 16-битные стерео-файлы с частотами 22050 и 44100 Гц. Это звуковой формат предназначен для работы со звуком в рабочих системах SUN, Linux и FreeBCD.

MID

Файл, хранящий в себе сообщения MIDI-системе, установленной на Вашем компьютере или в устройстве.

МР3

Самый скандальный формат за последнее время. Многие для объяснения параметров сжатия, которые в нем применяют, сравнивают его с jpeg для изображений. Там очень много наворотов в вычислениях, чего и не перечислишь, но коэффициэнт сжатия в 10-12 раз сказали о себе сами. Если говорят, что там есть качество, то могу сказать, что там его немного. Специалисты говорят о контурности звука как о самом большом недостатке данного формата. Действительно, если сравнивать музыку с изображением, то смысл остался, а мелкие нюансы ушли. Качество МР3 до сих пор вызывает много споров, но для ?обычных немузыкальных? людей потери не ощутимы явно.

VQF

Хорошая альтернатива МР3, разве что менее распространенная. Есть и свои недостатки. Закодировать файл в VQF ? процесс гораздо более долгий. К тому же, очень мало бесплатных программ, позволяющих работать с данным форматом файлов, что, собственно, и сказалось на его распространении.

VOC

Восьмибитный моно-формат от семейства SoundBlaster. Можно встретить в большом количестве старых программ, использующих звук (не музыкальных).

НСОМ