prosdo.ru   1 2 3 ... 7 8

Механический этап

Классическим инструментом механического типа является арифмометр (устройство для выполнения четырёх арифметических действий), изобретённый Готфридом Лейбницем (Gottfried Leibniz, 1646–1716) в 1673 году. Полученная в результате напряженного поиска 8-разрядная модель могла складывать, вычитать, умножать, делить, возводить в степень. Результат умножения и деления имел 16 знаков. Лейбниц применил в своем арифмометре такие конструктивные элементы, которые использовались при проектировании новых моделей вплоть до ХХ века. В XVII-XVIII вв. сколько-нибудь значительной практической потребности в механизации вычислительных работ не существовало. Интерес к механизации вычислений был вызван, в частности, общефилософскими и общенаучными установками того времени, когда законы и принципы механики рассматривались как общие законы бытия. В XIX в. в связи с развитием промышленной революции, возникает потребность в механизации конторских работ.

Пионером серийного изготовления счетных машин стал эльзасец Шарль-Ксавье Тома де Кольмар (Charles-Xavier Thomas de Colmar, 1785–1870). Введя в модель Лейбница ряд эксплуатационных усовершенствований, он в 1821 году начинает выпускать в своей парижской мастерской 16-разрядные арифмометры, которые получают известность как «томас-машины». На первых порах они стоили недешево — 400 франков. И выпускались в не столь уж и больших количествах — до 100 экземпляров в год. Но к концу века появляются новые производители, возникает конкуренция, цены понижаются, а количество покупателей возрастает.

Электромеханический этап

Электромеханический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет — от первого табулятора Германа Холлерита (1887 г.) до первой ЭВМ ЕNIАС (1945 г.). Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Если вернуться к предыдущим этапам развития ВТ, то можно заметить, что каждый этап характеризуется созданием технических средств нового типа, обладающих более высокой производительностью и более широкой сферой применения, чем предыдущие этапы. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.


Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и состоял из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Значение работ Г. Холлерита для развития ВТ определяется двумя основными факторами. Во-первых, он стал основоположником нового направления в ВТ — счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов и со-путствующего им оборудования для выполнения широкого круга экономических и научно-технических расчетов. На основе этой ВТ создаются машинно-счетные станции для механизированной обработки информации, послужившие прообразом современных вычислительных центров (ВЦ). В 20—30-е годы 20 века применение счетно-перфорационной техники становится ведущим фактором развития ВТ; только появление ЭВМ ограничило ее применение.

ЭВМ

Электро́нная вычисли́тельная маши́на, ЭВМ — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.


После создания в 1949 г. в Англии модели EDSAC был дан мощный импульс развитию универсальных ЭВМ, стимулировавший появление в ряде стран моделей ЭВМ, составивших первое поколение. На протяжении более 40 лет развития вычислительной техники(ВТ) появилось, сменяя друг друга, несколько поколений ЭВМ.

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле; оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках; быстродействие было, как правило, в пределах 5—30 тыс. арифметических оп/с; они отличались невысокой надежностью, требовали систем охлаждения и имели значительные габариты. Процесс программирования требовал значительного искусства, хорошего знания архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. На первых порах данного этапа использовалось программирование в кодах ЭВМ (машинный код), затем появились автокоды и ассемблеры. Как правило, ЭВМ первого поколения использовались для научно-технических расчетов, а сам процесс программирования больше напоминал искусство, которым занимался весьма узкий круг математиков, инженеров-электриков и физиков

http://wiki.mvtom.ru/index.php/%D0%AD%D1%82%D0%B0%D0%BF%D1%8B_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%8F_%D0%B2%D1%8B%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8

5.Представление информации в памяти ЭВМ. Представление текста, изображений и звука.

Представление информации в ЭВМ

Понятие информации является центральным в информатике. Информация вместе с веществом и энергией есть важнейшие сущности нашего мира. Информация – это не только сведения из книг, радио- или телепередач, это сведения, которые хранятся в структуре сложнейшей биологической молекулы, сведения, который мы "считываем" с картины в музее или "вдыхаем" в лесу с ароматом цветов и т.д. Очень важно установить способ представления той или иной информации. Только представив информацию в специальном виде, её можно передавать и обрабатывать с помощью компьютера. Для этого надо принять некоторые соглашения о соответствии значения информации её представлению.


В компьютерах используются физические устройства, которые способны находиться только в двух состояниях: "включено" и "выключено". Первое из состояний принято обозначать цифрой 1, а второе – цифрой 0. Таким образом, персональный компьютер устроен так, что он может "понимать" только две цифры: 0 и 1.

С помощью различных комбинаций 0 и 1 можно представить и числа, и тексты, и любую другую информацию. Представление чисел в виде комбинаций 0 и 1 называется двоичным представлением, а цифры 0 и 1 –двоичными цифрами. Система представления чисел двоичными цифрами называется двоичной системой счисления.

В общем случае позиционной системой счисления называется позиционное представление чисел, в котором последовательные цифровые разряды являются целыми степенями целого числа, называемогооснованием системы. Например, в десятичной системе счисления, основанием которой является число 10, каждый следующий старший разряд в 10 раз больше предыдущего.

Целое число М в позиционной системе счисления с основанием 
записывается в виде M=aak-1…aaгде aak-1…aa– цифры из интервала от 0 до n-1. Развёрнутая форма записи целого числа имеет вид:

http://fmf.gasu.ru/litra/lang/pascal/pascal/chap2form1.gif

Например, в десятичном числе 19: a1=1 и a0=9. Десятичное число 19 будет иметь представление: 1*10+9=19.


Рассмотрим двоичные представления нескольких первых натуральных чисел:


Двоичное число

Десятичное число

0

1

10

11

100

101

110

111

1000

1001



0

1

2 ( 21)

3

4 (22)

5

6

7

8 (23)

9



Как видно, роль "круглых" чисел в двоичной системе счисления играют степени 2 (так же как в десятичной системе "круглыми" являются степени 10).

С двоичными числами, так же, как и с десятичными можно производить обычные арифметические действия: сложение, умножение и т.д. Это совершенно естественно, так как термины "двоичные числа", "десятичные числа" содержат в себе маленький обман – числа-то, на самом деле, одни и те же, а меняется только способ их записи. Ведь безразлично, как считать общее количество пальцев на руках и ногах, пользуясь десятичными цифрами или двоичными. Главное, что результат будет одним и тем же, хотя запишется он по-разному:

10+10=20 – в десятичной записи; 1010+1010=10100 – в двоичной;

Итак, любые числа можно записать в виде комбинаций двух цифр: 0 и 1, способ этот ничем не хуже десятичного, разве что запись чисел выглядит длиннее. 

В памяти компьютера числа, символы и любая другая информация представляется цепочками битов. Цепочку из восьми битов будем называть байтом. Всего можно представить 256 различных таких цепочек – это позволяет закодировать 256 различных символов, например большие и малые буквы латинского и русского алфавитов, цифры, знаки препинания и т.д. Более того, давно существуют специальные таблицы кодов, где каждому символу однозначно сопоставляется его код (см. Приложение А).


Количество или объём информации, хранящейся в ЭВМ, измеряется в битах или более крупных единицах:

1 байт = 8 битам

1 Кбайт (килобайт) = 1024 байтам

1 Мбайт (мегабайт) = 1024 Кбайтам

1 Гбайт (гигабайт) = 1024 Мбайтам.

Число 1024 имеет своим происхождением двоичную систему счисления: это десятая степень двойки.

http://www.fekon.h1.ru/index01.htm

http://fmf.gasu.ru/litra/lang/pascal/pascal/Chap2.htm

6.Представление информации в памяти ЭВМ. Представление чисел. Системы счисления.

Представление чисел в формате с фиксированной запятой. Целые числа в компьютере хранятся в памяти в формате с фиксированной запятой. В этом случае каждому разряду ячейки памяти соответствует всегда один и тот же разряд числа, а "запятая" "находится" справа после младшего разряда, то есть вне разрядной сетки.

Для хранения целых неотрицательных чисел отводится одна ячейка памяти (8 битов). Например, число А2 = = 111100002 будет храниться в ячейке памяти следующим образом:


1

1

1

1

0

0

0

0

Максимальное значение целого неотрицательного числа достигается в случае, когда во всех ячейках хранятся единицы. Для n-разрядного представления оно будет равно


2n - 1.

Определим диапазон чисел, которые могут храниться в оперативной памяти в формате целых неотрицательных чисел. Минимальное число соответствует восьми нулям, хранящимся в восьми битах ячейки памяти, и равно нулю. Максимальное число соответствует восьми единицам и равно

А = 1  27 + 1  26 + 1  25 + 1  24 + 1  23 + 1  22 + 1  21 + 1  20 = 1  28 - 1 = 25510.

Диапазон изменения целых неотрицательных чисел чисел: от 0 до 255.

Для хранения целых чисел со знаком отводится две ячейки памяти (16 битов), причем старший (левый) разряд отводится под знак числа (если число положительное, то в знаковый разряд записывается 0, если число отрицательное - 1).

Представление в компьютере положительных чисел с использованием формата "знак-величина" называется прямым кодом числа. Например, число 200210 = 111110100102 будет представлено в 16-разрядном представлении следующим образом:


0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

1


0

0

1

0

Максимальное положительное число (с учетом выделения одного разряда на знак) для целых чисел со знаком в n-разрядном представлении равно:

А = 2n-1 - 1.

Для представления отрицательных чисел используется дополнительный код. Дополнительный код позволяет заменить арифметическую операцию вычитания операцией сложения, что существенно упрощает работу процессора и увеличивает его быстродействие.

Дополнительный код отрицательного числа А, хранящегося в n ячейках, равен 2n - |A|.

Дополнительный код представляет собой дополнение модуля отрицательного числа А до 0, так как в n-разрядной компьютерной арифметике:

2n - |А| + |А| = 0,

поскольку в компьютерной n-разрядной арифметике 2n = 0. Действительно, двоичная запись такого числа состоит из одной единицы и n нулей, а в n-разрядную ячейку может уместиться только n младших разрядов, то есть n нулей.

Для получения дополнительного кода отрицательного числа можно использовать довольно простой алгоритм:

1. Модуль числа записать в прямом коде в n двоичных разрядах.

2. Получить обратный код числа, для этого значения всех битов инвертировать (все единицы заменить на нули и все нули заменить на единицы).

3. К полученному обратному коду прибавить единицу.

Запишем дополнительный код отрицательного числа -2002 для 16-разрядного компьютерного представления:

http://www.5byte.ru/11/images/inf14.gif



При n-разрядном представлении отрицательного числа А в дополнительным коде старший разряд выделяется для хранения знака числа (единицы). В остальных разрядах записывается положительное число

2n-1 - |А|.

Чтобы число было положительным, должно выполняться условие

|А|  2n-1 .

Следовательно, максимальное значение модуля числа А в га-разрядном представлении равно:

|А| = 2n-1 .

Тогда минимальное отрицательное число равно:

А = - 2n-1.

Определим диапазон чисел, которые могут храниться в оперативной памяти в формате длинных целых чисел со знаком (для хранения таких чисел отводится четыре ячейки памяти - 32 бита).

Максимальное положительное целое число (с учетом выделения одного разряда на знак) равно:

А = 231 - 1 = 2 147 483 64710.

Минимальное отрицательное целое число равно:

А = -231 = - 2 147 483 64810.

Достоинствами представления чисел в формате с фиксированной запятой являются простота и наглядность представления чисел, а также простота алгоритмов реализации арифметических операций.

Недостатком представления чисел в формате с фиксированной запятой является небольшой диапазон представления величин, недостаточный для решения математических, физических, экономических и других задач, в которых используются как очень малые, так и очень большие числа.



<< предыдущая страница   следующая страница >>