Видеотерминалы.

Модель RGB.

закон трехмерности — любой цвет может быть представлен комбинацией трех основных цветов;

закон непрерывности — к любому цвету можно подобрать бесконечно близкий;

закон аддитивности — цвет смеси зависит только от цвета составляющих.

За основные три цвета приняты красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). В модели RGB любой цвет получается в результате сложения основных цветов.

Каждый составляющий цвет при этом характеризуется своей яркостью, поэтому модель называется аддитивной. Эта схема применяется для создания графических образов в устройствах, излучающих свет, — мониторах, телевизорах.

Модель CMYK.

В полиграфических системах напечатанный на бумаге графический объект сам не излучает световых волн. Изображение формируется на основе отраженной волны от окрашенных

поверхностей. Окрашенные поверхности, на которые падает белый свет (т.е. сумма всех цветов), должны поглотить (т.е. вычесть) все составляющие цвета, кроме того, цвет которой мы видим. Цвет поверхности можно получить красителями, которые поглощают, а не излучают.

Модель CMYK названа по первым буквам слов Cyan, Magenta, Yellow и последней букве слова black. Так как цвета вычитаются, модель называется субстрактивной.

При оцифровке изображение с помощью объектива проецируется на светочувствительную матрицу т строк и п столбцов, называемую растром. Каждый элемент матрицы - мельчайшая точка, при цветном изображении состоящая из трех светочувствительных (т.е. регистрирующих яркость) датчиков красного, зеленого, желтого цвета. Далее оцифровывается яркость каждой точки по каждому цвету последовательно по всем строкам растра.

Если для кодирования яркости каждой точки использовать по одному байту (8 бит) на каждый из трех цветов (всего 3 • 8 = 24 бита), то система обеспечит представление 224« 16,7 млн распознаваемых цветов, что близко цветовосприятию человеческого зрения. В случае, когда не требуется высокое качество отображения цвета, применяют режим High Color который кодирует одну точку растра двумя байтами (16 разрядов дают 216 ~ 65,5 тысячи цветов).

1. Понятие сжатия информации. Структуры данных. Хранение данныхВВВ

Два типа алгоритмов сжатия: сжатие с изменением структуры данных (оно происходит без потери данных) и сжатие с частичной потерей данных. Алгоритмы первого типа редусматривают две операции: сжатие информации для хранения, передачи и восстановление данных точно в исходном виде, когда их требуется использовать. Такой тип сжатия применяется, например, для хранения текстов. Алгоритмы второго типа не позволяют полностью восстановить оригинал и применяются для хранения графики или звука;

Линейная структура данных (или список) - это упорядоченная структура, в которой адрес данного однозначно определяется его номером (индексом).

Табличная структура данных — это упорядоченная структура, РІ которой адрес данного однозначноВ

определяется двумя числами — номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка с искомым элементом.

Иерархической структура - адрес каждого элемента определяется путем (маршрутом доступа), идущим от вершины структуры к данному элементу.

Под файлом понимается именованная область носителя, содержащая данные произвольной длины и воспринимаемая компьютерной системой как единое целое. Имя файла имеет особое значение,

оно сопоставлено адресу размещения файла на носителе. Имя файла может быть дополнено расширением, которое определяет тип информации, хранящейся в файле. Задачу централизованного управления данными решает файловая система. Она выполняет функции распределения внешней памяти, отображения имен файлов в соответствующие адреса и обеспечения доступа к данным.

Файл снабжен дополнительной информацией: датой и временем создания (или модификации), размером сохраненных данных, правами доступа к информации, хранящейся в нем. Эта информация называется атри­бутами файла. Формат файла определяет внутреннюю организацию информации, хранимой в файле.

1. Математические РѕСЃРЅРѕРІС‹ информатики. Алгебра высказываний (булева алгебра)ВВВВВ

Информатика — прикладная наука, находящаяся на стыке многих наук. Наи­более важное прикладное значение для информатики имеют булева алгебра, используемая в разработке алгоритмов программ и в синте­зе цифровых устройств, теория множеств и теория графов, исполь­зуемые в описании различных структур.

Под простым высказыванием понимается повествовательное предложение, о котором можно сказать, истинно оно или ложно. Логические операции: отрицание (высказывание,которое истинно тогда, когда А ложно, и ложно тогда, когда А истинно), дизъюнкция(логическим сложением двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое истинно, если истинно хотя бы одно высказывание. Записывается С — A v В), конъюнкция (логическим умножением двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое истинно только тогда, ког­да истинны оба высказывания, записывается С — А л В), импликация(А (А называется посылкой) и В (В называется заключением) является новое высказывание С, кото­рое ложно только тогда, когда посылка истинна, а заключение лож­но, записывается С = А —> В), эквиваленция(двух высказываний А и В является новое высказывание С, которое истинно только тогда, когда оба высказывания имеют одинаковые значения истинности, записывается С = А <-> В). Таблицы истинности, формулы равносильности. Порядок действий: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация, эквиваленция.

1. Представление информации в технических устройствах. Базовая система элементов компьютерных систем

Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ). Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ). Основными достоинствами АВМ являлись простота аппаратной реализации и высокая скорость получения решения. Основным же недостатком являлась низкая точность результата, так как радиоэлектронные компоненты, подвергаясь воздействиям внешней среды, изменяли свои параметры, что и влияло на точность решения.

Основными достоинствами ЦВМ

• гарантированная точность результата, зависящая только от границ представления данных;

• универсальность — способность обрабатывать данные любыми методами, представляемыми последовательностью простых арифметических и логических операций;

• возможность реализации большого числа известных численных математических методов решения задач.

Для построения цифровых устройств была выбрана двоичная система счисления. Преимущество - мощный аппарат алгебры логики — булевых функций. Одним из базовых наборов является набор из трех функций: дизъюнкции (логическое ИЛИ), конъюнкции (логическое И) и отрицание (логическое НЕ).

Или – 1, И - &, Не – точка на выходе.

1. Функциональные узлы компьютерных систем. Элемент памяти

ВВВВВВВВВВВ

Основой любой ячейки памяти является функциональное устройство, которое может по команде

принять или выдать один двоичный бит, а, главное, сохранять его сколь угодно долго. Такое устройство называется триггер, или защелка.

1. Регистры. Устройства обработки информацииВВ

Триггер служит основой для построения функциональных узлов, способных хранить двоичные числа, осуществлять их синхронную параллельную передачу и запись, а также выполнять с ними

некоторые специальные операции. Такие функциональные узлы называются регистрами.

Регистр представляет СЃРѕР±РѕР№ набор триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Разрядность регистра кратна РІРѕСЃСЊРјРё битам: 8-, 16-, 32-, 64-разрядные регистры. Обычно регистры содержат дополнительные схемы, позволяющие организовать такие операции, как СЃРґРІРёРі информацииВ

(регистры сдвига) и подсчет поступающих единичных сигналов (регистры счетчики).

Устройства выполняющее основные арифметические и логические операции над числовыми данными. называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит

устройство, реализующее арифметическую операцию сложения двух целых чисел. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в специальном дополнительном коде.

1. Принцип автоматической обработки информации вычислительным устройством. Поколения цифровых устройств обработки информации

Первое поколение - электронные лампы (1945-1955 гг.)

Дост: Электронные лампы обеспечивали высокую скорость переключения логических элементов,

Недост: Электронные лампы работали с напряжениями в десятки вольт и расходовали много энергии,

размер несколько десятков кубических сантиметров.

Скорость обработки информации в ламповых машинах колебалась от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду.

Второе поколение - транзисторы (1955-1965 гг.)

Дост: Они отличались от электронных ламп малыми размерами, низким напряжением питания и малой потребляемой мощностью.

Быстродействие компьютеров возросла до сотен тысяч и даже миллионов операций в секунду.

Третье поколение - интегральные схемы (1965-1980 гг.)

Мощность, потребляемая компьютером на ИС, уменьшилась до сотен ватт. Быстродействие компьютеров возросло до десятков миллионов операций в секунду. Значительное снижение стоимость.

Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (с 1980 гг.)

Появление персональных компьютеров доступных каждому. Высокое быстродействие. Низкая стоимость.

1. Архитектуры вычислительных систем сосредоточенной обработки информации. Архитектуры с фиксированным набором устройств

Цифровой логический уровень — уровень логических схем базовой системы элементов.

Микроархитектурный уровень — уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регистры различного назначения, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразования данных, устройство управления.

Командный уровень — набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.

Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня.

Компьютерами с сосредоточенной обработкой называются такие вычислительные системы, у которых одно или несколько обрабатывающих устройств (процессоров) расположены компактно и используют для обмена информацией внутренние шины передачи данных.

Компьютеры с архитектурой закрытого типа эффективны при решении чисто вычислительных задач. Они плохо приспособлены для реализации компьютерных технологий, требующих подключения дополнительных внешних устройств и высокой скорости обмена с ними информацией.

1. Вычислительные системы СЃ открытой архитектуройВВВВВВВВ

Главным нововведением вычислительных систем с открытой архитектурой являлось подключение

всех устройств, независимо от их назначения, к общей шине передачи информации. Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информацией. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигналов самой шины. Внешние устройства, уровни сигналов которых отличаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через специальное устройство — контроллер.

Основной недостаток: К общей шине подключены устройства с разными объемами и скоростью обмена, в связи с чем «медленные» устройства задерживали работу «быстрых». Дальнейшее повышение производительности компьютера было найдено во введении дополнительной локальной шины,

Современный компьютер имеет вид:

Центральный контроллер играет роль коммутатора, распределяющего потоки информации между процессором, памятью, устройством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в

состав микросхемы центрального контроллера включены устройства, которые поддерживают работу компьютера.

Функциональный контроллер — это СБИС, которая содержит контроллеры для подключения стандартных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер, модем и т.д.

1. Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем. Классификация компьютеров РїРѕ сферам примененияВВВВВВВВВВ

Существует три основных подхода к построению архитектур таких компьютеров: многопроцессорные, магистральные и матричные архитектуры.

Архитектура простых многопроцессорных систем выполняется по схеме с общей шиной. Два или более процессоров и один или несколько модулей памяти размещены на общей шине. Каждый процессор, для обмена с памятью, проверяет, свободна ли шина, и, если она свободна, он занимает ее. Если шина занята, процессор ждет, пока она освободится. Один из процессоров выделяется для управления всей системой. Он распределяет задания на исполнение программ между процессорами и управляет работой общей шины. Периферийный процессор осуществляет обслуживание внешних

устройств при вводе и выводе информации из общей памяти.

Процессор магистральной системы имеет несколько функциональных обрабатывающих устройств, выполняющих арифметические Рё логические операции, Рё быструю регистровую память для хранения обрабатываемых данных. Данные, считанные РёР· памяти, размещаются РІ регистрах Рё РёР· РЅРёС… загружаются РІ обрабатывающие устройства. Результаты вычислений помещаются РІ регистры Рё используются как исходные данные для дальнейших вычислений.

В матричной вычислительной системе процессоры объединяются в матрицу процессорных элементов. Каждый процессорный элемент снабжен локальной памятью, хранящей обрабатываемые процессором данные, но при необходимости процессорный элемент может производить обмен со своими соседями или с общим запоминающим устройством. Обмен данными с периферийными устройствами выполняется через периферийный процессор, подключенный к общему запоминающему устройству.

По производительности компьютеры можно условно разбить на три класса: суперкомпьютеры; мэйнфреймы; микрокомпьютеры.

Суперкомпьютеры — компьютеры с производительностью свыше 100 млн операций в секунду. Применяются для решения таких задач, как моделирование физических процессов, гидрометеорология, космические исследования и других задач, которые требуют огромных объемов вычислений. Выполняются обычно по многопроцессорной архитектуре.

Мэйнфреймы — компьютеры с производительностью от 10 до 100 млн операций в секунду Они используются для решения таких задач, как хранение, поиск и обработка больших массивов данных,

построение трехмерной анимационной графики, создание рекламных роликов, выполняют роль узлов глобальной сети. Выполняются по многопроцессорной архитектуре с общей шиной и небольшим числом мощных процессоров.

Микрокомпьютеры— компактные компьютеры универсального назначения, в том числе и для бытовых целей, имеющие производительность до 10 млн. операций в секунду.

Делятся на стационарные (настольные) и переносные. Переносные компьютеры можно разделить на портативные (laptop), блокноты (notebook) и карманные (Palmtop).

1. Центральный процессорВ

Центральный процессор (ЦП) — функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС.

В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных

архитектур:

• полная система команд переменной длины — Complex Instruction Set Computer (CISC);

• сокращенный набор команд фиксированной длины — Reduced Instruction Set Computer (RISC).

Так CISC-процессоры имеют обширный набор команд (РґРѕ 400), РёР· которых программист может выбратьВ

команду, наиболее подходящую ему РІ данном случае. Недостатком этой архитектуры является то, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управления процессором, увеличивает времяВ

исполнения команды на микропрограммном уровне. Команды имеют различную длину и время исполнения.

RISC-архитектура имеет ограниченный набор команд и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. К недостаткам RISC-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Регистры общего назначения (РРћРќ) используются для временного хранения операндов исполняемой команды Рё результатов вычислений, Р° также хранят адреса ячеек памяти или портов РІРІРѕРґР°-вывода для команд, обращающихся Рє памяти Рё внешним устройствам.

1. Оперативное запоминающее устройство. Внутренние шины передачи информацииВВ

Память, РІ которой хранятся исполняемые программы Рё данные, называется оперативнымВ

запоминающим устройством (ОЗУ), или RAM (Random Access Memory) - памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. В настоящее время стандартный размер ячейки ОЗУ равняется одному байту.

Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т.е. она является энергозависимой.

Существует РґРІР° РІРёРґР° РћР—РЈ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое РћР—РЈ, или DRAM (Dynamic RAM), Рё статическое РћР—РЈ, или SRAM (Static RAM). Разряд динамического РћР—РЈ

построен РЅР° РѕРґРЅРѕРј транзисторе Рё конденсаторе, наличие или отсутствие заряда РЅР° котором определяет значение, записанное РІ данном бите. Разряд статического РћР—РЈ представляет СЃРѕР±РѕР№ триггер РЅР°

четырех или шести транзисторах. Обычно, в качестве оперативной или видеопамяти используется динамическое ОЗУ. Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти.

Память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Она является энергонезависимой. Делятся на

*ПЗУ, программируемые однократно.

* Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно.

Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления.

Тактовая частота шины — это частота, РЅР° которой работает контроллер шины РїСЂРё формированииВ

циклов передачи информации.

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода.

Шина данных предназначена для передачи команд и данных.

Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины.

1. Внешние запоминающие устройстваВВВ

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обладают большим объемом сохраняемой информации и являются энергонезависимыми.

Накопители на магнитных дисках:

Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси. Головка считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком. Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задается при форматировании диска. Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера. Дисководы магнитных дисков делятся на дисководы для сменных носителей (дискет) и дисководы жестких дисков (винчестеры), которые устанавливаются в системном блоке компьютера.

Накопители на оптических дисках

Оптический компакт-диск (Compact Disk (CD)) идеально подходит для записи цифровой информации больших объемов на сменном носителе. Объем информации, записанной на компакт-диске, составляет 600—700 Мбайт. Запись начинается от центра диска и занимает приблизительно 32 мм дис­ка. Спираль проходит 22 188 оборотов вокруг диска, ее общая длина составляет 5600 М. На всем протяжении спирали скорость записи остается постоянной, поэтому специальное устройство при воспро­изведении следит за постоянством линейной скорости, изменяя зна­чение угловой скорости вращения диска. Так, на внутренней сторо­не скорость равна 530 оборотов в минуту, а на внешней стороне скорость падает до 200 оборотов в минуту, при этом линейная ско­рость остается постоянной, равной 1,2 М/С.

CD-Recodable (CD-R)- позволяет производить однократ­ную запись информации на компакт-диск.

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи — CD-ReWritabte (CD-RW)

К достоинствам компакт-диска можно отнести и его относительную дешевизну в массовом производстве, высокую надежность и долговечность, нечувствительность к загрязнению и воздействию магнитных полей. К недостаткам дисковой памяти можно отнести наличие механических движущихся компонентов, имеющих малую надежность, и большую потребляемую мощность при записи и считывании. Цифро­вой универсальный диск Digital Versatile Disk {DVD)- компакт-диск с высокой плотностью записи. Впадины на них имеют меньший диаметр (0,4 микрона), а спираль размещается с плотностью 0,74 микрона между дорожками (вместо 1,6 микрон у CD). Это позволило увеличить объем информации на диске до 4,7 Гбайт.

Флэш-память

Флэш-память представляет собой микросхему перепрограм­мируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с нео­граниченным числом циклов перезаписи.

Отличаются малой энергоемкостью, небольшими размерами, значительной емкостью.

1. Внешние устройства

Видеотерминалы.

Предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователем. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера.

Для персональных компьютеров используются мониторы следующих типов:

• на основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ);

• на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD - Liquid Crystal Display);

• плазменные мониторы (PDP — Plasma Display Panels);

• электролюминесцентные мониторы (FED — Field Emission Display);

• самоизлучающие мониторы (LEP — Light Emission Plastics).