Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

cl-Ast-informatikaУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
2.81 Mб
Скачать

ТЕСТЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Логически связанная информация, хранящаяся на диске под некоторым именем называется

2.Список имен файлов и их атрибуты хранятся в

3.Размещением на диске и доступом к файлам и каталогам управляет

4.Если ОС способна выполнять несколько программ одновременно, то она является

5.Если работающие программы могут разделяться на несколько самостоятельно выполняющихся частей, то ОС называется

6.Средства и правила, обеспечивающие взаимодействие устройств, программ и человека, называются

7.Файл на жестком диске, используемый для организации виртуальной памяти, называется

8.Комплекс взаимосвязанных программ для создания, изменения, управления объектами называется

9.Если приложение работает и потребляет ресурсы компьютера, то оно называется

10. Часть виртуальной памяти выполняет роль

 

при обмене данными

За каждый правильный ответ поставьте себе 1 балл. Просуммируйте набранные баллы и разделите полученную сумму на 2. Округлите результат. Это ваша оценка за тест.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Острейковский. Информатика: Учеб. для техн. направлений и спец. вузов.- М.: Высш.

шк., 1999.- 512 с. :рис.

2.Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя:Краткий курс.- М.: ИНФРА-М, 1999.- 479 с.

3.Таненбаум Э. Современные операционные системы.- СПб.: Питер, 2002.- 1040 с. :ил.

4.Гордеев А. В. Операционные системы: учеб. для вузов.- 2-е изд.- СПб: Питер, 2003.- 416 с.

5.Олифер В. Г., Олифер Н. А. Сетевые Операционные системы.- СПб.:Питер, 2003.- 539 с.

6.Информатика: Учебник/Под ред. Н. В. Макаровой.-М.: Финансы и статистика, 2003.- 768 с., ил.

7.Стинсон К., Зихерт К. Эффективная работа с Windows 2000 Professional.- СПб.: Питер, 2003, 864 с.

8.Левин А. Самоучитель работы на компьютере. Начинаем с Windows.- СПб.: Питер, 2003.-697 с.

9.Холмогоров В. Windows XP. Самоучитель. 2-е изд..- СПб.: Питер, 2004.- 384 с.

10.Периодические издания: журналы "Компьютер-пресс", "Мир ПК", "Монитор", "Компьютерра".

100

101

5

МОДУЛЬ

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ. КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ

1.ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ

2.СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ

ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ

3. КОДИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Цель: ознакомление с формами представления информации в ЭВМ; получение представления о способах кодирования, передачи и контроля информации.

Задачи:

¾Ознакомиться с формами представления информации в ЭВМ.

¾Изучить приемы работы с числами в различных системах счисления.

¾Изучить действия над отрицательными числами в обратном и дополнительном кодах.

¾Ознакомиться со способами и методами передачи информации по каналам связи.

¾Получить представление о приемах кодирования и контроля передачи данных.

После изучения модуля вы должны Знать:

¾Форматы записи двоично-кодированных десятичных чисел и чисел СПТ, СФТ.

¾Правила двоичной арифметики.

¾Сущность последовательного и параллельного кодов, потенциального и импульсного способов физического представления информации.

¾Сущность синхронной и асинхронной передачи.

¾Типы помех в каналах связи.

¾Как осуществляется кодирование и контроль передачи информации.

¾Способы обнаружения ошибки в сообщении с помощью синдрома кода Хэмминга.

Результат:

¾Получение представления о методах кодирования данных и контроля их передачи.

¾Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими дисциплинами как «Организация ЭВМ и систем», «Программная и аппаратная поддержка вычислительных систем».

¾Пополнение профессионального словарного запаса.

Kритерии:

¾ Сложность изучаемого материала (1 — простой, 2 — средний, 3 — сложный)

3

 

 

 

¾

Минимально необходимое время изучения материала (в аудиторных часах)

4

 

— 30% знаний

 

¾

Время, необходимое для полного усвоения материала (в аудиторных часах)

12

 

— 80-100% знаний

 

Лабораторное сопровождение:

¾Лабораторная работа №4. Системы счисления

¾Лабораторная работа №5 Прямой, обратный, дополнительный коды. Модифицированные коды.

¾Лабораторная работа №6. Представление чисел в ЭВМ

101

1 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ

1.1 СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ

Система счисления — это способ изображения чисел с помощью конечного множества символов. В зависимости от способа изображения чисел системы счисления (c/c) делятся на позиционные и непозиционные.

Впозиционной системе счисления количественное значение каждой цифры зависит от ее места (позиции) в числе.

Внепозиционной системе счисления цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения в числе.

Количество (Р) различных цифр, используемых для изображения числа в позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления.

Число, равное основанию системы счисления, записывается только в двух позициях данной системы.

Однородность позиционной системы означает, что множества символов, используемых в данной системе достаточно для представления любого числа.

Разряд (позиция) — место для цифры в числе. Разрядность — количество цифр в числе.

Разряды нумеруются справа налево. Каждому разряду соответствует степень основания. Значения цифр лежат в пределах от 0 до Р-1.

Разделение числа на целую и дробную части имеет смысл только позиционных системах. В общем случае запись любого смешанного числа в системе счисления с основанием Р будет представлять собой ряд вида:

m

=anPn , P = an +1 основание ,n=k 1

0 an P, A ={a1,a2 ,K,an}алфавит

Нижние индексы определяют местоположение цифры в числе (разряд):

положительные значения индексов — для целой части числа (к разрядов);

отрицательные значения индексов — для дробной части числа (m разрядов).

Пример. – 851,12 = – (8*102 + 5*101 + 1*100 + 1*10-1 + 2*10-2) = = – (800 + 50 + 1 + 0,1 + 0,02)

Позиционная система счисления — арабская десятичная система. Непозиционная система счисления — римская.

Максимальное целое число, которое может быть представлено в k разрядах:

Nmax = Pk 1

Минимальное значащее (не равное 0) число, которое можно записать в m разрядах дробной части: Nmin = Pm .

Имея в целой части числа k, а в дробной m разрядов, можно записать всего Pm+k разных чисел.

Анализ экономичности систем счисления показал, что наиболее эффективными являются системы с основанием, кратным 2, т.е. 2, 4, 8, 16. В силу специфики построения схем ЭВМ в современных машинах применяется шестнадцатеричная система счисления.

В одной из первых ЭВМ (ENIAC) использовалась десятичная система счисления.

102

1.2 ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧИСЕЛ

В вычислительных машинах применяются две формы представления чисел:

естественная форма или форма с фиксированной точкой (СФТ)

нормальная форма или форма с плавающей точкой (СПТ)

Числа СФТ изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной.

Числа, записанные в разрядную сетку, К = 5, M = 5 + 00521,37700; + 00000,00238; – 10201,30360.

Эта форма наиболее проста, естественна, но имеет небольшой диапазон представления чисел и поэтому не всегда приемлема при вычислениях.

Диапазон значащих чисел (N) в системе счисления с основанием Р при наличии k разрядов в целой части и m разрядов в дробной части числа (без учета знака числа) будет:

Pm N Pk Pm , (при P=2, k=10 и m=6 получим 0,015 N 1024)

Если в результате операции получится число, выходящее за допустимый диапазон, происходит переполнение разрядной сетки, и дальнейшие вычисления теряют смысл. В современных ЭВМ естественная форма представления используется как вспомогательная и только для целых чисел.

Числа СПТ изображаются в виде двух групп цифр. Первая группа цифр называется мантиссой, вторая — порядком, причем абсолютная величина мантиссы должна быть меньше 1, а порядок — целым числом. В общем виде число в форме с плавающей запятой может быть представлено так:

 

 

N = ±MP±r ,

где М — мантисса числа (|М| < 1); r — порядок числа (r — целое число); P

основание системы счисления.

 

Числа в нормальной форме запишутся так:

+ 0,521377*103

+ 0,238*10-3

– 0,102013036*105

Нормальная форма представления имеет огромный диапазон отображения чисел и является основной в современных ЭВМ.

Диапазон значащих чисел в системе счисления с основанием Р при наличии k разрядов у мантиссы и m разрядов у порядка (без учета знаковых разрядов порядка и мантиссы) будет:

Pk P(Pm 1) N (1Pk )P(Pm 1)

При Р=2, k =10 и m=6 диапазон чисел простирается примерно от 10-19 до 1019. Знак числа обычно кодируется двоичной цифрой; код 0 означает знак «+», код 1

— знак «–».

При кодированных способах изображения чисел количество разных знаков меньше, чем количество используемых в системе цифр. Каждая цифра кодируется определенной комбинацией из нескольких знаков. Так цифры десятичной системы счисления можно кодировать цифрами двоичной системы. В двоично-десятичной системе каждая цифра кодируется четырьмя двоичными цифрами.

Двоично-десятичная система счисления получила большое распространение в современных ЭВМ ввиду легкости перевода в десятичную систему и обратно. Она используется там, где основное внимание уделяется не простоте технического построения машины, а удобству работы пользователя. В этой системе счисления все десятичные цифры отдельно кодируются четырьмя двоичными цифрами и в таком виде записываются последовательно друг за другом.

103

Двоичные коды десятичных и шестнадцатеричных цифр

Цифра

0

1

2

 

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Код

 

 

 

0000

0001

0010

0011

 

 

01000101011001111000100110101011

 

 

1100

1101

11101111

 

 

 

 

Десятичное число 9703 в двоично-десятичной системе выглядит так: 1001 0111 0000

 

 

 

 

 

0011.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шестнадцатеричное число F17B в двоичной системе выглядит так:

 

 

 

1111

0001

0111 1011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

{ { {

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

1

 

7

B

1.3 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ПК

Единицы измерения объемов информации, хранимой или обрабатываемой в ЭВМ

Количество двоичных

 

 

 

8*10242

8*10243

8*10244

разрядов в группе

1

8

8*1024

Наименование единицы

Бит

Байт

Кбайт

Мбайт

Гбайт

Тбайт

измерения

 

 

 

 

 

 

Биты в числе нумеруются справа налево, начиная с 0-го разряда. Двоично-кодированные десятичные числа могут быть представлены в ПК полями

переменной длины в упакованном и распакованном форматах.

Упакованный формат. Десятичной цифре отводится по 4 двоичных разряда (полбайта); знак числа кодируется в крайнем правом полубайте числа (1100 – знак «+» и 1101 – знак «-»).

Структура поля упакованного формата:

Цифра

Цифра

Цифра

Знак

Байт Упакованный формат используется обычно в ПК при выполнении операций

сложения и вычитания двоично-десятичных чисел.

Распакованный формат. Для каждой десятичной цифры отводится по целому

байту.

Старшие полубайты (зона) каждого байта (кроме самого младшего) заполняются кодом 0011 (в соответствии с ASCII-кодом). В младших полубайтах кодируются десятичные цифры. Старший полубайт самого младшего байта используется для кодирования знака числа.

Структура поля распакованного формата

Зона

Цф

Зона

Цф

Зона

Цф

Знак

Цф

Распакованный формат используется при вводе-выводе информации, при выполнении операций умножения и деления двоично-десятичных чисел.

Пример. Число – 19310 = – 0001 1001 00112-10

а) в упакованном формате

0001 1001 0011 1101

б) в распакованном формате

0011 0001 0011 1001 1101 0011

104

Распакованный формат представления двоично-десятичных чисел является следствием использования в ПК ASCII-кода для представления символьной информации.

Код ASCII (American Standard Code for Information Interchange — Американский стандартный код для обмена информацией) имеет основной стандарт и его расширение. Основной стандарт для кодирования символов использует шестнадцатеричные коды 00–7F, расширение стандарта — 80–FF. Основной стандарт является международным и используется для кодирования управляющих символов, цифр и букв латинского алфавита; в расширении стандарта кодируются символы псевдографики и буквы национального алфавита.

1.4 ДВОИЧНАЯ АРИФМЕТИКА

Для записи одного и того же числа в различных системах счисления необходимо различное число разрядов. Чем меньше основание системы, тем больше длина числа.

При выборе системы счисления для ЭВМ учитывают, что:

основание системы счисления определяет количество устойчивых состояний, которые должен иметь элемент ЭВМ (устройство, используемое для изображения разрядов числа);

длина числа существенно зависит от основания системы; система счисления должна обеспечивать простые алгоритмы выполнения

арифметических и логических операций.

Правила выполнения арифметических действий

1 + 0 = 1

1 – 1 = 0

1 * 0 = 0

0 + 1 = 1

1 – 0 = 1

0 * 1 = 0

0 + 0 = 0

0 – 0 = 0

0 * 0 = 0

1 + 1 = 10

0 – 1 = 11

1 * 1 = 1

Умножение многоразрядных чисел осуществляется путем образования частных произведений и их последующего суммирования. В двоичной системе умножение сводится к операциям сдвига и сложения, деление — к операциям вычитания и сдвига.

Пример 1. Умножение в двоичной

Пример 2. Деление в двоичной

системе счисления

системе счисления

11100101, 01

1100 1010 1 | 10011

× 101, 1

10101 — частное

 

10011

1110010101

 

+ 1110010101

 

11001

1110010101

10011

 

 

10011101100, 111

11001

 

10011

 

 

 

 

110 — остаток

Правило перевода целого числа из системы с основанием p в систему с основанием d. Делить число и получаемые частные на основание системы d до тех пор, пока очередное частное не станет меньше d.

Правило перевода правильной дроби. Умножать исходную дробь и дробные части получающихся произведений на основание системы d. Целые части получающихся произведений дают последовательность цифр в новой системе (перевод выполняется приближенно).

105

Правило перевода смешанного числа. Отдельно переводят целую и дробную часть, каждую по своим правилам.

Пример 3. Перевод целого числа из десятичной системы счисления в двоичную

1110 = ?2

Воспользуемся степенным рядом 8 4 2 1 и представим число 11 как 8 + 2 + 1, что соответствует наличию в разложении разрядов 10112.

Пример 4. Перевод десятичной правильной дроби в двоичную

0, 149610 = 0, 0010012

*2

0, 2992

*2

0, 5984

*2

1, 1968

*2

0, 3936

*2

0, 7872

*2

1, 5744

*2 1, 1488

Пример 5. Перевод двоичной правильной дроби в десятичную

0, 0010012 = 0, 140610 * 1010

1001 + 1001

 

1, 011010

1

*

1010

11010 + 11010

 

100, 000100

4

*

1010

100 + 100

 

0, 101000

0

*

1010

101000 + 101000

110, 010000 6

Пример 6. Умножение в

Пример

7. Деление в

восьмеричной системе счисления

восьмеричной системе счисления

 

345, 28

 

6258 238

*

5, 48

258

 

 

468

 

162508

 

 

+ 217228

 

1458

 

– 1378

2354, 78

 

 

 

 

 

68

106

 

Пример

8.

Умножение в

 

Пример

9.

Деление

в

шестнадцатеричной системе счисления

шестнадцатеричной

 

системе

 

 

 

E 5, 416

 

счисления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

5, 816

 

 

 

 

19516 1316

 

 

 

 

—————

 

 

 

13

1516

 

 

 

 

 

72 A0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 47 A4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65

 

 

 

 

 

4 EC, E016

 

 

 

– 5F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

Последовательность вычислений при умножении Е54 на 8

 

 

 

 

1) 4*8=32

 

2) 32/16=20

 

 

20

 

 

 

 

 

3) 5*8=40

 

4) 40/16=28

 

+ 28

 

 

 

 

 

5) E=14*8=112

6) 112/16=70

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

————-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

Пример 10. Перевод из десятичной системы счисления в восьмеричную

1996, 5510 = 3714, 4 (3146)8

 

 

 

 

 

 

 

Перевод целой части

Перевод дробной части

 

 

 

 

199610 8

 

 

0, 55

0, 40

0, 20

0, 60

0, 80

– 16

 

249 8

 

*

8

* 8

* 8

*

8

*

8

——

– 24

31 8

 

 

 

 

 

39

—— – 24

3

4, 40

3, 20

1, 60

4, 80

 

6, 40

– 32

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_72__

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Любая позиционная система счисления дает более компактную запись числа по сравнению с двоичной. Правила во всех позиционных системах счисления одинаковы. В восьмеричной системе счисления каждая цифра соответствует трем двоичным разрядам (триаде). В шестнадцатеричной системе счисления каждая цифра соответствует четырем двоичным разрядам (тетраде). Если имеется 2-й формат, то 8-й и 16-й получатся дроблением справа налево на триады (для 8 = 23) и тетрады (для 16 = 24).

1.5 КОДЫ: ПРЯМОЙ, ОБРАТНЫЙ, ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ

Положительные числа во всех кодах одинаковы. Старший разряд регистра — знаковый (0 — «+», 1 — «-»).

Для кодирования отрицательных чисел и выполнения действий над ними вводят

обратный и дополнительный коды.

Обратный код отрицательного двоичного числа получается, если:

в знаковый разряд поставить единицу;

во всех разрядах мантиссы сменить цифры. Обратный код — инверсия прямого.

107

Дополнительный код отрицательного двоичного числа получается, если:

в знаковый разряд поставить единицу;

во всех разрядах мантиссы сменить цифры;

к младшему разряду мантиссы прибавить единицу и выполнить переносы, в том числе в знаковый разряд.

Дополнительный код = обратный код + 1 в младшем разряде.

При сложении чисел в обратном коде, складываются все n разрядов, включая знаковый. В случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 добавляется к младшему разряду, т.е. выполняется циклический перенос.

При сложении чисел в дополнительном коде складываются все n разрядов, включая знаковый. В случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 не добавляется к младшему разряду, а отбрасывается.

Переполнение разрядной сетки в результате переноса из знакового разряда удобно обнаруживать в модифицированных кодах.

В модифицированных обратном и дополнительном кодах для кода знака отводится 2 разряда и знак «-» обозначается 11, а знак «+» — сочетанием 00. Единица левее знаковых разрядов теряется. Сочетание 01 и 10 служит признаком переполнения.

При сложении в прямом коде не делается перенос из старшего цифрового разряда в знаковый.

Если числа разных знаков, то в прямом коде приходится выполнять операцию вычитания после предварительного сравнения кодов чисел. Результату приписывается знак большего числа. Эти дополнительные операции приводят к дополнительному усложнению сумматора.

Пример 1. Сложение обратных кодов чисел.

Сумма обратных кодов равна обратному коду результата.

а)

0, 00100 = [Α]обр = А

+

0, 01100 = [В]обр = В

0, 10000 = [С]обр = С

б)

1, 10110 = [Α]обр

А = – 0, 01001

 

+

В = 0, 01110 0, 01110 = [В]обр Выполняется циклический перенос, что равноценно суммированию с 0, 00001.

 

 

 

1 0, 001 00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, 00101 = [С]обр = С После циклического переноса.

в)

[Α]обр = 1, 10011

А = – 0, 01100

 

 

 

+

 

 

 

В = 0, 01001

[В]

обр

= 0, 01001

 

С = - 0, 00011

 

 

 

 

1,11100 = [С]обр

108

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]