Представление данных в памяти компьютера. - раздел Философия, Введение. Информационные технологии в современной экономике Прежде, Чем Рассматривать Конкретные Особенности Устройства Компьютера, Мы Хо...
Прежде, чем рассматривать конкретные особенности устройства компьютера, мы хотим предупредить, что в основном все сказанное будет относиться к персональным компьютерам, серверам, рабочим станциям – компьютерам, которые принято называть миникомпьютерами. Устройство мейнфреймов и суперкомпьютеров существенно сложнее. Однако многие принципиальные вещи будут относиться и к ним.
Вся информация в компьютере представляется в двоичном коде. Для чисел это естественно. Для нечисловой информации (например, текста) используется стандартный прием: всевозможные элементарные значения нумеруются, и вместо самих значений хранятся их номера (которые играют роль кодов). Так, при представлении текстовой информации все символы сводятся в таблицу, а текст записывается номерами символов. Для представления видеоинформации существуют различные способы кодирования цветовых точек, составляющих картинку. Для аудиоинформации звук раскладывается на гармоники, которые также кодируются. В любом случае коды нечисловых данных, хранящиеся в компьютере, не имеют содержания вне таблиц кодирования и алгоритмов кодирования и декодирования.
Количество двоичных разрядов, необходимых для записи символа или точки картинки зависит от числа вариантов для объекта кодирования. Наибольшее число, которое в двоичной системе счисления можно записать с помощью N цифр, состоит из N единиц. Это число равно 1+2+4+…+2N-1 = 2N-1 . Например, с помощью восьми двоичных цифр можно различать 28 = 256 символов текста. Восемь двоичных разрядов (битов) составляют один байт.
Это рассуждение настолько важно для всей идеологии хранения информации в двоичном коде, что в информатике принято измерять объем не в десятичной системе счисления, а в специальных единицах измерения, использующих степени двойки. Используя то обстоятельство, что 210 = 1024 не очень отличается от 103 = 1000, принято 1024 байт называть килобайтом (1Кб). Аналогично мегабайт – это 1024 килобайта (1Мб), а гигабайт – 1024 мегабайта (1Гб). Количество информации в современном мире столь велико, что приходится вводить еще одну единицу – терабайт, равную 1024 гигабайта (1Тб). Если не нужна особая точность, то можно считать, что 1 тб = 103 гб = 106 мб = 109 кб = 1012 байт.
То устройство компьютера, в котором хранится информация, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) или оперативной памятью. С логической точки зрения ОЗУ представляет собой линейную последовательность байтов. Длина этой последовательности составляет в современных персональных компьютерах несколько гигабайт (на 2011г.). Еще больше (десятки и сотни гигабайт) оперативная память суперкомпьютеров. В этой памяти хранятся данные, а также программы, разбитые на машинные команды. Конкретное выделение памяти под числа и команды производится операционной системой компьютера в процессе его работы.
Порядковый номер байта в оперативной памяти называется адресом. Нумерация байтов начинается с нуля. Адрес (в руководствах или в сообщениях об ошибках) принято записывать в шестнадцатиричной системе счисления. Для задания участка оперативной памяти в машинной команде указываются адрес его начального байта и длина.
Количество байтов, выделяемых для хранения одного числа, варьируется от одного до 10 байтов и зависит от типа числа. Различают два основных формата представления числа в памяти компьютера: с фиксированной и плавающей запятой. Числа с фиксированной запятой записываются в их двоичном представлении: 1 бит = 1 двоичный разряд. Один бит выделяется для представления знака числа (0 – плюс, 1 – минус). Число с плавающей запятой должно быть представлено в так называемой нормализованной (или экспоненциальной) форме: X=M∙10n, где число М (называемое мантиссой) заключено от 1 до 10, число n (называемое порядком) - целое. В памяти записывается отдельно мантисса и отдельно порядок. Следует отметить, что поддерживаются также смешанные форматы, когда десятичные цифры числа записываются в двоичной системе.
Форматы одного класса могут различаться количественными параметрами, от которых зависит диапазон чисел, которые могут быть представлены в данном формате. Например, если переменная – число месяца, то для ее хранения достаточно одного байта. Для хранения целых величин, изменяющихся в диапазоне от -215 = –32768 до 215-1 = 32767, в формате с фиксированной запятой достаточно двух байтов. Если целое число не вмещается в этот диапазон, то для его хранения выделяется четыре байта (диапазон от –231 до 231-1). Представление с плавающей запятой используется, как правило, в научно-технических задачах, когда переменные могут изменяться в большом диапазоне значений или нужна очень большая точность.
Для кодирования текстовой информации используются таблицы кодирования символов. В настоящее время существует стандарт ASCII (American Standard Code for Informational Interchange), содержащий набор и номера 128 основных символов (коды от 0 до 127) и набор и номера 128 расширенных символов (коды от 128 до 255). Код символа ASCII занимает один байт. Поскольку в стандарт ASCII не входят символы национальных алфавитов (которых значительно больше, чем 128), в каждой стране 128 кодов расширенных символов (от 128 до 255) заменяются символами национального алфавита. Для того, чтобы корректно кодировать и изображать символы при печати и выводе на экран, для каждого языка нужна специальная программа – языковый драйвер.
В стандарте Unicode каждый символ занимает два байта. Благодаря этому в стандарте Unicode можно закодировать 216 = 65536 различных символов, что позволяет унифицировать символы разных языков, включая иероглифы, и большое количество специальных символов и знаков.
Логическая величина – это величина, которая может принимать всего два значения – true и false («истина» и «ложь»). Для хранения значения логической переменной достаточно одного бита. Обычно значение «ноль» бита памяти ассоциируется с истиной, значение «единица» – с ложью.
Для хранения в памяти компьютера более сложных объектов, таких как видеоизображения или звуки, описания этих объектов преобразуются в числовую форму. Способов кодирования такого вида информации существует достаточно много, но следует помнить, что в конечном итоге изображение или звук всегда представлены в памяти компьютера в виде последовательности нулей и единиц, которые размещаются в битах памяти компьютера. Изображение картинки на экране или прослушивание музыки в динамиках есть результат действия программ, которые декодируют и интерпретируют информацию. Такие программы зачастую также называются драйверами.
Глава Принципы алгоритмизации вычислений... Алгоритм... Принципы Фон Неймана Двоичная система счисления...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Представление данных в памяти компьютера.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Алгоритм
Алгоритмом называется свод правил и действий, которые в совокупности позволяют решить поставленную задачу. Алгоритм характеризуется разной степенью формализации. Строго формальный алгоритм задает о
Принципы Фон-Неймана.
Первый компьютер MARK-1 был построен в США в 1943г. Однако оказалось, что не всякий алгоритм можно реализовать на этом компьютере. Группа ученых, приглашенная для помощи, после тщательного анализа
Двоичная система счисления
Мы привыкли для записи чисел использовать десятичную систему счисления. На самом деле эта система счисления не единственная. В общем случае позиционной системой счисления называется способ представ
История компьютерной индустрии
Первый компьютер Mark I был построен в 1943г. в Гарвардском Университете. Машина была длиною 15 метров, весила 5 тонн и состояла из 750 тысяч частей. В 1945г. была создана машина ENIAC весом 30 тон
История Интернета
Еще одна революция в информационных технологиях связана с возможностью соединения компьютеров в сети. Первый модем был разработан фирмой АТ в 1960г. А в 1969г. впервые были связаны два компьютера в
Центральный процессор.
Центральный процессор - основное устройство компьютера, которое управляет всеми другими устройствами компьютера. Функционально процессор состоит из двух компонент: операционной части и интерфейсной
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения той информации, которая может потребоваться процессору для выполнения программы. Иногда ее называют памятью прямого доступа (анг
Системная шина
Системная шина представляет собой совокупность линий передачи сигналов, объединённых по их назначению. Основной функцией системной шины является обмен информацией между процессором и остальными эле
Монитор и управление изображением.
Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. С программной точки зрения экран монитора представляет собой прямоугольную таблицу из светящихся то
Устройства ввода информации.
Устройства ввода информации в компьютер очень разнообразны. К ним относятся клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, диджитайзер, устройство распознавания речи и т.д. Кроме того, существуют спе
Внешние запоминающие устройства.
Данные, хранящиеся в оперативной памяти компьютера, не сохраняются при выключении электропитания. Уже в самых первых компьютерах возникла необходимость постоянного хранения данных. Для этого исполь
Устройства вывода информации.
Устройства вывода информации предназначены для представления результатов работы компьютера в «человеческом» виде. Кроме видеомонитора, о котором шла речь выше, это принтер, предназначенный для бума
Некоторые другие устройства.
Наряду с устройствами, которые выполняют понятные и видимые функции, существует ряд вспомогательных микросхем, которые играют незаметную, но существенную роль в работе компьютера. Перечислим наибол
Функции операционной системы
Операционной системой (ОС) называется комплекс программных средств, обеспечивающих функционирование отдельных устройств компьютера и их взаимодействие, а также взаимодействие устройств компьютера и
Загрузка операционной системы.
В постоянной памяти компьютера (ПЗУ) содержится программа начальной загрузки компьютера. Эта программа независима от операционной системы. Она автоматически запускается при включении питания компью
Программы и подпрограммы
Ни одна программа сейчас не состоит из цельного куска, как это было в самых первых компьютерах. На самом деле, все современные программы составляют сложную структуру, элементами которой являются бо
Управление выполнением программ и управление памятью
Функции управления выполнением программ и управления памятью в операционной системе тесно переплетены. Современные операционные системы ориентированы на мультизадачный режим выполнения программ. В
Управление файловой системой
Для организации доступа программ к данным, размещенным на внешних носителях, ОС организует данные в структуру, называемую файловой системой. Файловая система представляет собой иерархическую структ
Управление вводом-выводом
Утилиты ввода-вывода содержат стандартные программы, предназначенные для чтения и записи информации для различных внешних устройств. К ним относятся и программы BIOS, хранящиеся в ПЗУ, и драйверы р
Интерфейс операционной системы
Интерфейсом операционной системы называется комплекс средств, предназначенных для передачи операционной системе управляющих команд. Интерфейс включает две подсистемы: интерактивный интерфейс пользо
Мультизадачный и многопользовательский режим
Мультизадачный режим работы операционной системы предполагает параллельное выполнение на одном компьютере нескольких задач (на самом деле псевдопараллельное, так как процессор в компьютере обычно о
Операционная система Windows.
Система MS Windows является наиболее распространенной ОС для персональных компьютеров. Она позволяет переходить от программы к программе путем выбора окна на экране монитора, запускать подпрограммы
Языки программирования
Работой компьютера в любой момент времени руководит программа. Программировать работу компьютера - значит создать эту программу. Для этого надо точно описать то, что программа должна делать. Выходо
Среда программирования
Изложим схему профессионального программирования на языке высокого уровня. Оно состоит из нескольких этапов. Сначала нужно хорошо сформулировать задачу и придумать алгоритм решения задачи. Затем ну
Назначение и преимущества сетей.
На основе локальных (реже расширенных) компьютерных сетей строятся информационные системы, предназначенные для управления предприятием. Преимущество использования сетей заключается в следующем.
Топология локальной сети
Топологией локальной сети называется способ соединения ее узлов. Базовыми топологиями считаются топология в форме звезды, кольцевая топология и шинная топология. В реальной структуре сети эти конфи
Модель OSI взаимодействия открытых систем.
Проблема стандартизации, характерная для современного развития общества в целом, в сфере распространения информации особенно важна. Представьте себе, что вы заходите на какой-то сайт и хотите налад
Методы доступа в ЛВС.
Методом доступа в локальной сети называется алгоритм, согласно которому узлы сети получают разрешение на передачу данных, а также регламентируют поведение при различных конфликтных ситуациях, возни
Управление локальной сетью
Основное назначение сетевой части операционной системы – обеспечение служебных функций обеспечения передачи данных канального и сетевого уровня в локальных сетях. Сетевые операционные системы объед
Основные принципы Интернет.
Интернет – всемирная компьютерная сеть, составленная из разнообразных локальных и глобальных (типа NSFNET) компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и
Типы сервисов Интернет
Принято делить сервисы Интернета на сервисы интерактивные, прямые и отложенного чтения. В сервисах отложенного чтения запрос и получение информации разделены по времени. Сюда относится, например, э
Адресация в Интернет
Во всемирной сети Интернет каждый компьютер (на самом деле, каждый сетевой адаптер компьютера) получает уникальный идентификатор, однозначно его определяющий. Этот идентификатор, называемый IP-адре
Поиск информации в Интернете
Пожалуй, самой полезной чертой Интернета является наличие в нем поисковых серверов. Это выделенные узлы, которые автоматически просматривают все доступные ресурсы Интернета и индексируют их содержа
Интранет - информационное обслуживание на основе Интернет
В последнее время все чаще стали говорить об Интранете. При этом обычно понимают использование информационных технологий Интернета для создания информационных систем внутри организации. Ядром такой
Проблемы Интернета
У Интернета есть, конечно же, свои трудности. Одна из них – анонимность пользователей. Это приводит к возникновению проблем с доступом к информации, например, для детей.
Другой ряд проблем
Теория баз данных.
Базой данных называют конкретный экземпляр организованной системы данных в совокупности со специфическими методами ее хранения и обработки. В современном представлении задачей базы данных является
Модели данных.
В основе конкретной базы данных лежит определенная модель данных. Разные модели данных задают ограничения разного вида на объекты и связи предметной области. Существующие модели данных можно отнест
Реляционная модель данных
Реляционная модель данных представляет собой логическую модель данных, описывающую:
¨ структуры данных в виде наборов таблиц;
¨ теоретико-множественные операции над таблиц
Составляющие реляционной модели.
Модель реляционных баз данных использует следующие основные понятия:
¨ тип данных;
¨ показатель;
¨ таблица;
¨ поле;
¨ запись;
Манипулирование данными
Для изменения содержимого таблиц разрешены следующие операции:
¨ создать новую таблицу;
¨ добавить в существующую таблицу новую запись или несколько записей;
¨
Оптимизация схемы данных
Одну и ту же предметную область в рамках решения одной и той же задачи можно отобразить с помощью нескольких баз данных с разными схемами данных. Они будут обладать разной эффективностью. Улучшение
Языковые средства СУБД
Функциональные возможности поддерживаемой средствами СУБД модели данных становятся доступными пользователю благодаря ее языковым средствам. Языковые средства СУБД используются для выполнения двух о
Технология клиент-сервер
Наиболее распространенным вариантом архитектуры СУБД еще с начала 90-х годов стала архитектура «клиент-сервер». При этом предусматривается выделение одного из функциональных компон
Администрирование базы данных
Администрирование системой базы данных предусматривает выполнение функций, направленных на обеспечение надежного и эффективного функционирования системы, адекватности содержания базы данных информа
Перспективы развития технологий баз данных
Укажем наиболее успешно развивающиеся новые направления технологий баз данных.
Широко практикуется создание систем баз данных с телекоммуникационным доступом в среде Web. Число таких систе
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов