Шпаргалка по "Информатике"

К компьютеру могут быть подключены периферийные устройства (конструктивно отделенные от системного блока устройства), которые  подразделяются на устройства ввода-ввывода и внешнюю память.

В основу архитектуры  современных персональных компьютеров  положен магистрально-модульный  принцип. Модульный принцип позволяет  потребителю самому комплектовать  нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости  ее модернизацию. Модульная организация  компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией  между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной  памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек  памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2^I , где I - разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась  и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким  образом, максимально возможное  количество адресуемых ячеек памяти равно:

N = 2³⁶ = 68 719 476 736.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

 

 

Билёт  13

Двоичный код из восьми разрядов – байт. 16-битный код - полуслово. 32-битный - машинное слово. 64-битный - двойное слово. Если количество разрядов не указано то под запись идёт  1 байт.

В ЭВМ в целях упрощения  арифметических действий применяют  специальные коды для сведения всех вычислений к сложению кодов чисел (прямой, обратный, дополнительный, модифицированный коды).

1. Разряды числа в коде жестко связаны разрядной сеткой
2. Для записи знака числа отводится крайний левый разряд

Прямой код совпадает  с кодом числа в двоичной системе  счисления. +1011₂=0,001011   -1011₂=1,001011

Особенности сложения чисел  в обратном и дополнительном коде:

1. При сложении чисел в обратных кодах, возникающая единица в знаковом разряде переносится в младший разряд.
2. При сложении чисел в дополнительных кодах, возникающая единица отбрасывается.
3. Если результат арифметических действий – код отрицательного числа, то необходимо преобразовать в прямой(обратный преобразуется в прямой заменой всех цифр кроме знака на противоположные, дополнительный преобразуется так же как и обратный но с последующим прибавлением единицы к младшему разряду)

При переполнении разрядной сетки происходит перенос  единицы в знаковый разряд, что  приводит к неправильному результату (например  0,1010110+0,1101000=1, 0111110).

Для обнаружения  переполнения вводятся модифицированные коды 00,101011+00,110100=01,011111

 

Билет 14

Числа в ЭВМ  представляются в двоичном коде фиксированной  длины, они бывают в формате с  фиксированной точкой и плавающей  точкой.

Числа с фиксированной  точкой характеризуются длиной слова  в битах и положением точки. Бывают знаковыми и беззнаковыми. Позиция  точки определяет число разрядов в целой и дробной части  числа.  Отрицательные числа обычно представлены в дополнительном коде.

Знак числа

ЦЕЛАЯ

Ч

А

С

Т

Ь,

ДРОБНА

Я

А

Я

Ч

А

С

Т

Ь

  Схема полуслова с фиксированной  точкой

Достоинства: простота выполнения операций, высокая  точность числа.

Недостаток: ограниченный диапазон чисел.

Числа с плавающей  точкой основаны на том что любое  число можно представить в  виде 967000=967*10³=0.9*10⁵ т.е. точка динамически смещается в удобное место, её положение определяется степенью числа 10.

знак

Смещенный порядок

мантисса

Схема числа  с фиксированной точкой

Смещенный порядок: для преставления действительного двоичного кода порядка необходимо из арифметического порядка получить машинный порядок путём вычитания из арифметического порядка величины, определяемой фиксированным значением.

Нормализованная форма записи числа: первая цифра после точки  должна быть значащая 0,0839    0.839*10^-1 0,12231*2¹⁰¹

Старший разряд всегда хранит 1, поэтому в явном виде она  не сохраняется, т.е. в 23 битах – код 24 битовой мантиссы.

Алгоритм представления  числа в формате с плавающей  точкой:

1. Представить число в двоичном виде 10.625₁₀=1010.101₂
2. Записать число в научной нотации 1010.101₂=0.1010101*2⁴ (0.1010101*10¹⁰⁰)₂
3. Записать машинный порядок 4 +127=100 + 01111111=10000011
4. Окончательно записать число 0 10000011 01010100000000000000000

Стандарт  носит название IEEE754

 

Билет 15

Создавать и хранить графические  объекты в компьютере можно двумя  способами - как растровое изображение  или как векторное изображение. Для каждого типа изображения  используется свой способ кодирования. 
Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг. Положение этих элементарных объектов определяется координатами точек и длиной радиуса. Для каждой линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная, штрих - пунктирная), толщина и цвет. Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.

Растровые изображения кодируются таким образом: картинка разбивается  на точки(пиксели) и каждый цвет пикселя кодируется трехбайтовым кодом(для цветовой схемы RGB) или же трехбайтовым(CMYK) и т.д.

Например белый кодируется в системе RGB 255 255 255, в ЭВМ этот код будет выглядеть 11111111 11111111 11111111

Зеленый кодируется в RGB 0 255 0, в ЭВМ будет выглядеть так 00000000 11111111 000000000

Так же бывают и другие системы  кодировки и цветовые модели.

RGB (RED GREEN BLUE) используется для вывода изображения на монитор

CMYK (Cyan Magenta Yellow Black-key) используется в полиграфии

HSB (характеризуется тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness))

LAB(Цвет в ней определяется светлотой (яркостью) и двумя хроматическими компонентами: параметром a, изменяющимся в диапазоне от зелёного до красного и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до жёлтого)

Формат файла GIF (Graphics Interchange Format) первоначально был предложен корпорацией Compuserve Incorporated для передачи графических данных по сети. Из-за популярности сети Compuserve формат GIF получил широкое распространение и в настоящее время поддерживается множеством программ работы с графикой. 

Формат файлов графических  изображений JPG (JPEG) был разработан Объединенной группой экспертов в области фотографии как средство для хранения изображений, имеющих большую глубину цвета (24 бита на пиксель, что обеспечивает 16,7Мб возможных цветов).

PNG (англ. portable network graphics, сокращение произносится по-английски /pɪŋ) — растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь. PNG был создан как для улучшения, так и для замены формата GIF графическим форматом, не требующим лицензии для использования. Возможно сохранение прозрачности.

 

Билет 16

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).

Звук  оцифровывается с помощью микрофона, в котором находится мембранка с прикрепленной к ней электрической катушкой. При колебании мембраны от звуковых волн, катушка так же отклоняется в зависимости от колебаний звука. Чем чаще происходит замер отклонений катушки тем качественнее будет звук в ЭВМ. В настоящее время при записи звука в мультимедийных технологиях применяются частоты 8, 11, 22 и 44 кГц. Так, частота дискретизации 44 килогерца означает, что одна секунда непрерывного звучания заменяется набором из сорока четырех тысяч отдельных отсчетов сигнала. Качество преобразования звука в цифровую форму определяется не только частотой дискретизации, но и количеством битов памяти, отводимых на запись кода одного отсчета. Этот параметр принято называть разрядностью преобразования. В настоящее время обычно используется разрядность 8,16 и 24 бит.

Существуют 3 основных типа звуковых файлов:

1. Группа файлов основанных на технологии пульсовового кодирования (PCM Pulse Code Modulation) - см. предыдущий раздел. Каждая цифра в таких файлах описывает один отсчет при оцифровке. этой группе относятся форматы файлов: WAV AIFF и внутренние форматы звуковых редакторов таких, как Audacity. Эти форматы точно передают звук, но занимают много места на диске. По причине своего большого объема они не удобны для передачи через Интернет.
2. Сжатые форматы. Ранние форматы для сокращения размеров использовали логарифмическую шкалу записи отсчетов. Как известно из математики, логарифмическая шкала позволяет более компактно записывать большие числа (т.е. использовать меньше бит) при этом хорошо отражать динамику описываемой кривой звуковой волны. Самым известным представителем таких форматов является группа форматов Sun AU ( u-law, a-law), используемый и по сей день. Современные форматы используют изысканные алгоритмы сжатия, основанные на опытных психологических исследованиях. При разработке таких форматов учитывалась специфика восприятия звука человеком. Не все частоты воспринимаются человеком даже в слышимом диапазоне. По этому их можно исключить из записи. К таким форматам относятся MP3 (MPEG I, layer 3), Ogg Vorbis, и WMA (Windows Media Audio). Звуковой редактор Audacity поддерживает MP3 и Ogg форматы, но не поддерживает WMA, так как он является внутри корпоративным и не слишком распространенным.
3. MIDI  Аббревиатура MIDI означает Musical Instruments Digital Interface, то есть цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Этот формат больше напоминает программу, а не звуковой файл, он используется для управления синтезаторами звуковой карты. В каждой звуковой карте имеется свой набор звуков. Исходный аналоговый сигнал при оцифровке заменяется наборами этих звуков, схожих по тону.

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое  качество оцифрованного звука, соответствующее  качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Необходимо  помнить, что чем выше качество цифрового  звука, тем больше информационный объем  звукового файла. Можно оценить  информационный объем цифрового  стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, 24 000 измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду й умножить на 2 (стереозвук):

16 бит × 24 000 × 2 = 768 000 бит = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.

 

 

 

Билет 17

Воспользуемся аналогией между компьютером и человеком. Новорожденный человек ничего не знает и не умеет. Знания и умения он приобретает в процессе развития, обучения, накапливая информацию в своей памяти. Компьютер, который собрали на заводе из микросхем, проводов, плат и прочего, подобен новорожденному человеку. Можно сказать, что загрузка в память компьютера программного обеспечения аналогична процессу обучения ребенка. Создается программное обеспечение программистами.

Вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах  долговременной памяти компьютера, составляет его программное обеспечение (ПО).

Программное обеспечение компьютера постоянно  пополняется, развивается, совершенствуется. Стоимость установленных программ на современном ПК зачастую превышает  стоимость его технических устройств. Разработка современного ПО требует очень высокой квалификации от программистов.

Типы программного обеспечения

В программном  обеспечении компьютера есть необходимая  часть, без которой на нем просто ничего не сделать. Она называется системным ПО. Покупатель приобретает компьютер, оснащенный системным программным обеспечением, которое не менее важно для работы компьютера, чем память или процессор. Кроме системного ПО в состав программного обеспечения компьютера входят еще прикладные программы и системы программирования.

Программное обеспечение компьютера делится  на:

- Системное ПО: операционная система, язык программирования, транслятор. 
- Прикладное ПО; 

Программы, с помощью которых пользователь может решать свои информационные задачи, не прибегая к программированию, называются прикладными программами.

Как правило, все пользователи предпочитают иметь набор прикладных программ, который нужен практически каждому. Их называют программами общего назначения. К их числу относятся: