Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

сетевые компьютеры Java, способные выполнять простейшие Javaпрограммы;

достаточно мощные СК – настольные ПК с резидентной ОС,

способные работать с большинством приложений.

Предполагается, что СК найдут широкое распространение среди различных фирм, учебных заведений и частных потребителей [6, 23].

Фирмы, имеющие собственные локальные вычислительные сети, заинтересованы в построении терминалов на СК. Все обычные офисные ПК, рабочие места секретарей, менеджеров, бухгалтеров, экономистов, журналистов можно перевести на СК. Это примерно на порядок сократит расходы по их техническому и программному оснащению и обслуживанию.

Низкая стоимость СК и удобство их применения позволяют по -новому решать вопросы компьютеризации образования. С развитием индустрии СК появляется возможность доступа к вычислительным ресурсам всех категорий обучаемых в любых регионах страны.

СК должны найти широкое распространение и у частных пользователей. Объединение СК с телефонами и телевизорами позволяет иначе решать многие информационные задачи: самообучение, электр онная почта, доступ к общественно значимым базам данных, презентации, организация культурного обмена и др.

Специализированным языком программирования, обеспечивающим доступ к ресурсам сетей, является язык Java – интерпретационный язык высокого уровня.

Сетевые компьютеры, являясь продолжением аппаратуры сети, не требуют оснащения дорогими и сложными микропроцессорами. Для обеспечения их функций можно использовать более простые схемы.

Для подключения СК в сеть нужны каналы связи. Принципиально возможно использование любых каналов. Наиболее дешевыми, но мало скоростными являются телефонные линии связи. Каждый СК при работе с сетью должен пользоваться сетевыми ресурсами, что может вызывать перегруженность линий, обслуживающих большое число СК. Поэтому требуется повышать скорости передачи данных в сетях и качество используемых каналов.

Литература

Список основной литературы

1.Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.

2.Истомин Е.П., Неклюдов С.В., Чертков А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – СПб.: Андреевский издательский дом, 2007.

20

3.Поветкин С.Н. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (краткий курс): учеб. пособие. – СПб.: Андреевский издательский дом,

2005.

4.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2008.

Список дополнительной литературы

1.Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия / М. Гук. – СПб.: Питер, 2003.

2.Аппаратные средства и организация персонального компьютера: учеб. пособие / Г.А. Дудкин, Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов; под ред. С.Ю. Неклюдова – СПб.: СПбГУВК, 2004.

3.Архитектура IBM-совместимых персональных компьютеров: учеб. пособие / Г.А. Дудкин, Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов; под ред. С.Ю. Неклюдова. – СПб.: СПбГУВК, 2001.

4.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.

5.Информатика: учебник / под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2004.

6.Основы современных компьютерных технологий: учебник / под ред. проф. А.Д. Хомоненко. – СПб.: КОРОНА принт, 2005.

7.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика,

2005.

8.Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002.

Лекция № 2. ИНФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРОВ

2.1. Системы счисления

Системой счисления (СС) называется способ изображения чисел с помощью ограниченного набора символов, имеющих определенные количественные значения.

В позиционных системах каждая цифра числа имеет определенный вес, зависящий от позиции цифры в последовательности, изображающей число. Позиция цифры называется разрядом. В позиционной системе счисления любое число можно представить в виде [6, 9, 20, 23]:

к – количество цифр в дробной части числа; т – количество цифр в целой части числа; Р – основание системы счисления.

Целая часть числа отделяется от дробной части точкой (запятой).

В соответствии с формулой (2.1) это число A(10)=37.25 формируется из цифр с весами разрядов:

A(10) 3 101 7 100 2 10 1 5 10 2 .

Теоретически наиболее экономичной системой счисления является система с основанием е =2,71828..., находящимся между числами 2 и 3.

Во всех современных компьютерах для представления числовой информации используется двоичная система счисления.

При Р=2 число различных цифр (алфавит) составит (0 и 1). Рассмотрим производные системы и их алфавиты:

двоичная – {0, 1};

восьмеричная – {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};

десятичная и двоично-десятичная – {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

шестнадцатеричная – {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, E, F}. Здесь

шестнадцатеричная цифра А=10, В=11, C=12, D=13, E=14, F=15. Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются

производными от двоичной, так как 8 = 23 и 16 = 24. Они используются для более компактного изображения двоичной информации.

Пример. Число А(10) = 100.625 в двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления имеет следующее представление:

А(2) 1100100.101 1 26 1 25 0 24 0 23 1 22 0 21 0 201 2 1 0 2 2 1 2 3;

22

А(8) 144.5 1 82 4 81 4 80 5 8 1; А(16) 64. А 6 161 4 160 10 16 1.

Перевод целых и дробных чисел из одной системы в другую осуществляется по разным правилам.

Перевод целых чисел. Для перевода целой части необходимо 10-ое число многократно делить на основание Р, получая остатки от каждого деления. Результат в Р-ой системе формируется из остатков, записанных в обратном направлении их получения. Процедура деления проводится до тех

пор, пока в результате частного не появится «ч», удовлетворяющее условию

1 ч (Р-1).

Примеры: Перевести число 54(10) в 2-ую систему счисления.Перевести число 348(10) в 8-ую систему счисления.Перевести число 875(10) в 16-ую систему счисления.

Запишем результаты в обратном порядке получения цифр:

54(10) = 110110(2); 348(10) = 534(8); 875(10) = 36В(16).

Проверки обратным переводом по формуле (2.1).

110110(2) = 1 25 + 1 24 + 0 23 + 1 22 + 1 21 + 0 20 = 32 + 16 + 4 + 2 =

= 54(10).

534(8) = 5 82 + 3 81 + 4 80 = 320 + 24 + 4 = 348(10). 36В(16) = 3 162 + 6 161 + В160 = 768 + 96 + 11 = 875(10).

Перевод дробных чисел. Для перевода дробной части 10-го числа в Р- ую СС необходимо дробную часть этого числа многократно умножить на основание Р, получая целые чисти произведений, записанные в прямом направлении их получения.

Процедура умножения проводится до тех пор, пока в дробной части произведения не появятся все нули. Если этого добиться не удаѐтся, задаются определѐнной точностью перевода.

В рассмотренных ниже примерах зададимся точностью перевода, определяемой числом знаков после запятой, равной 4.

Примеры: Перевести число 0,725 (10) в 2-ую систему счисления.Перевести число 0,873(10) в в8-ую систему счисления.Перевести число 0,27(10) в 16-ую систему счисления.

23

Запишем результаты в прямом порядке получения цифр:

погрешность (абсолютную ошибку) поручается сделать студентам самостоятельно.

Перевод из 2-ой СС в 8-ую и обратно. В этом случае 2-ое число от занятой влево и вправо надо разбить на триады (3 разряда) и записать каждую триаду 8-ой цифрой. В неполные триады можно дописать влево и

Обратный перевод состоит в записи каждой 8-ой цифры двоичным числом.

Перевод из 2-ой СС в 16-ую и обратно. Этот перевод осуществляется аналогично предыдущему, но вместо триад используются тетрады (4 разряда). В неполные тетрады также можно дописать 0 (нули).

Пример: 2-ое число 0010 1101 0110,0110 0111 16-ое число 2 D 6 , 6 7

Перевод из 8-ой СС в 16-ую и обратно легко осуществить через 2-ую систему, переходя от триад к тетрадам и наоборот.

Перевод чисел из 10-ой системы счисления в (2-10)-ую и обратно.

При этом каждая 10-я цифра (разряд) записывается 2-ичным кодом по

обратно). При переводе чисел из (2-10)-ой системы счисления в 2-ую необходимо (2-10)-ые тетрады записать 10-ми цифрами.

2.2. Представление информации в компьютерах

Представление числовой информации. В компьютерах применяются

2 формы представления 2-ичных чисел [6, 9, 20, 23]:

естественная форма – с (ФЗ) фиксированной запятой (точкой);

нормальная форма – с (ПЗ) плавающей запятой (точкой).

Числа с Ф3 имеют постоянное место для запятой, отделяющей целую часть от дробной.

24

мантиссы и порядка. В общем виде число в форме в П3 может быть

P m P (PS 1) N (1 P m )P(PS 1) , без учѐта знака мантиссы (т.е. по модулю),

где Р – основание СС;

m – число разрядов мантиссы; s – число разрядов порядка.

Например, при тех же значениях P=2, m=10, s=6 (т.е. тех же

аппаратных затратах, что и для чисел с ФЗ), получим примерный диапазон для чисел с ПЗ в 10-ой СС: 10-19≤N≤10+19. Сравните его с диапазоном

представления чисел с ФЗ: 0,016≤N≤1024, разница очень большая.

Представление других видов информации. С развитием микроэлектроники и компьютерных технологий все большее распространение получают цифровые системы передачи данных.

По скорости изменения обрабатываемых цифровых данных информация может быть условно разделена на два вида: статический и динамический. Числовая, логическая и символическая информация является статической. Вся аудиоинформация имеет динамический характер.

Видеоинформация может быть как статической, так и динамической. Статическая видеоинформация включает текст, рисунки, графики, чертежи, таблицы и др.

Динамическая видеоинформация – это видео-, мульт- и слайд-фильмы. В их основе лежит последовательное экспонирование на экране в реальном масштабе времени отдельных кадров в соответствии со сценарием.

Динамическая видеоинформация используется либо для передачи движущихся изображений (анимация), либо для последовательной демонстрации отдельных кадров вывода (слайд-фильмы). Анимационные

25

фильмы демонстрируются так, чтобы кадры сменялись до 70 раз/с. При демонстрации слайд-фильмов каждый кадр экспонируется на экране от 30 с до 1 мин.

По способу формирования видеоизображения бывают растровые, матричные и векторные. Растровые видеоизображения используются в телевидении, а в компьютерах применяются реже. Матричные изображения получили в компьютерах наиболее широкое распространение. Изображение на экране рисуется электронным лучом точками.

Информация представляется в виде характеристик значений каждой точки – пиксела, рассматриваемой в качестве наименьшей структурной единицы изображения. Количество высвечиваемых одновременно пикселов на экране дисплея определяется его разрешающей способностью.

Изображение может быть представлено и в векторной форме. Тогда оно составляется из отрезков линий (в простейшем случае – прямых). Векторный способ имеет ряд преимуществ: изображение легко масштабируется с сохранением формы, является «прозрачным» и может быть наложено на любой фон и т.д.

Для кодирования символьной и текстовой информации последовательно используется несколько систем кодировок. При вводе информации с клавиатуры нажатие определенной клавиши вырабатывает так называемый scan-код, представляющий собой двоичное число, равное порядковому номеру клавиши.

Опознание символа и присвоение ему внутреннего кода компьютера производится специальной программой по специальным таблицам ASCII (Американский стандартный код передачи информации) и т.п.

Всего с помощью таблицы кодирования ASCII (рисунок 2.1) можно закодировать 28=256 различных символов (1 символ – 1 байт). Эта таблица разделена на две части: основную и дополнительную.

Вторая половина таблицы содержит национальные шрифты, символы псевдографики, из которых могут быть построены таблицы, специальные математические знаки. Нижнюю часть таблицы кодировок можно заменять, используя соответствующие драйверы – управляющие вспомогательные программы. Этот прием позволяет применять несколько шрифтов и их гарнитур.

Программы, работающие в ОС Windows, применяют совершенно другую кодовую таблицу, поддерживающую векторные шрифты TrueType. В ней используется настоящая графика (без псевдографики).

Аудиоинформация является аналоговой. Для преобразования ее в цифровую форму используют аппаратные средства: аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в результате работы которых аналоговый сигнал представляется в виде числовой последовательности. Для вывода оцифрованного звука на аудиоустройства необходимо проводить обратное преобразование, которое осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

26

Рисунок 2.1 – Таблица кодирования текстовой информации ASCII

2.3.Арифметические основы компьютеров

Карифметическим операциям в компьютерах относят следующие группы операций [6, 23]:

операции 2-ой арифметики для чисел с фиксированной запятой (ФЗ);

операции 2-ой арифметики для чисел с плавающей запятой (ПЗ);

операции 10-ой арифметики;

операции индексной арифметики (для модификации адресов команд);

операции специальной арифметики (нормализация, сдвиг кода). Рассмотрим самый простой случай – операции 2-ой арифметики для

чисел с ФЗ. Эти операции выполняются либо в обратном модифицированном коде (ОМК), либо в дополнительном модифицированном коде (ДМК). Причѐм, ДМК обеспечивает компьютеру более высокое быстродействие.

И в ОМК, и в ДМК кодируются знак числа и само число. Знаки в обоих кодах кодируются одинаково: «+» кодируется 00, а «–» кодируется 11.

Коды отрицательных чисел без знака в ОМК образуются в любой p- ичной системе счисления путѐм поразрядного вычитания из (p–1), т.е.

27

старшей цифры алфавита системы счисления, цифр числа, для которого образуется ОМК. Для положительных чисел код соответствует числу.

образования ОМК отрицательного числа необходимо в соответствии с мнемоническим правилом поразрядно заменить 1 на 0, а 0 на 1 и дописать левее кода числа код знака 11.

ДМК отрицательных чисел в соответствии с мнемоническим правилом определеляется через ОМК путѐм подсуммирования единицы в младший разряд ОМК. Отметим, что для положительных чисел ОМК и ДМК

Рассмотрим в ДМК выполнение операции вычитания A B=A+( B) c

числами A и B, равными: A=280,3(10) и B=73,15(10).

Сначала переведем A и B из 10-ой системы счисления в 2-ую по частям: отдельно целые части и отдельно дробные, в которых получим столько знаков после запятой, сколько в целых частях числа (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Перевод исходных чисел в 2-ую систему счисления

Проверка показала, что в обоих случаях перевод (10 2) обеспечил погрешность (ошибку) A=280,3(10) 280,2988281(10)= 0,0011719(10) иB=73,15(10) – 73,1484375(10)= 0,0015625(10). Это хорошая точность для ручного перевода. В компьютере точность операций значительно выше.

В числе B левую и правую части дополним нулями до количества знаков в числе A и образуем ДМК числа A и числа –B, т.к. операция A+( B).

ДМК числа A: 00.100011000,010011001

ДМК числа –B: 11.110110110,110110100

Произведѐм сложение полученных кодов:

+00.100011000,010011001

11.110110110,110110100

100.011001111,001001101

Старший разряд кода знака «100» в ДМК отбрасывается (в ОМК он подсуммируется к самому младшему разряду кода, что, например, при многократном сложении, выполняемом при умножении чисел, снижает быстродействие алгоритма, а значит и компьютера). Окончательно получим ДМК операции A+( B)=00.011001111,001001101, где код знака 00 говорит, что результат положительный.

Переведѐм полученный результат в 10-ую систему счисления:

011001111,001001101(2)= 1 27 + 1 26 + 1 23 + 1 22 + 1 21 + 1 20 + + 1 2-3 + 1 2-6 + 1 2-7 + 1 2-9=128+64+8+4+2+1+ 18 641 1281 5121 =