Лекция 2. Вычислительные основы информационных технологий Содержание

Введение

Учебные вопросы:

1. Представление информации в ЭВМ.

2. Системы счисления как способ кодирования числовой информации.

3. Кодирование информации в ЭВМ.

4. Измерение информации.

Заключение

Форма № 1

Текст лекции

Введение

Отличительная черта современной информации и информации будущего — ее цифровая форма.

Уже сейчас во многих библиотеках печатные материалы сканируют и хранят как электронные данные на обычных или на компакт-дисках. Газеты и журналы теперь зачастую готовят в электронной форме, а печатают на бумаге только для распространения. Электронную информацию можно хранить вечно — или столько, сколько нужно — в компьютерных базах данных. Гигантские объемы репортерской информации легко доступны через оперативные службы.

Фотографии, фильмы и видеозаписи тоже преобразуются в цифровую информацию. С каждым годом совершенствуются методы сбора информации и превращения ее в квадрильоны крошечных пакетов данных. Как только цифровая информация помещается в то или иное «хранилище», любой, у кого есть персональный компьютер и средства доступа к базам данных, может «мгновенно» обратиться к ней и использовать ее по своему усмотрению. Характерная особенность нашего периода истории как раз в том и заключается, что информацию мы изменяем и обрабатываем совершенно новыми способами и гораздо быстрее. Появление компьютеров, «быстро и дешево» обрабатывающих и передающих цифровые данные, обязательно приведет к трансформации обычных средств связи в домах и офисах.

Цель настоящей лекции – изучить принципы представления информации в ЭВМ в цифровом виде, правила перевода чисел из одной системы счисления в другую, принципы кодирования информации в компьютере.

Ключевыми терминами и понятиями лекции являются: аналоговая и цифровая информация, системы счисления (двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная), код, кодировочные таблицы, единицы измерения информации.

1. Представление информации в эвм

1.1. Дискретный и аналоговый вид информации

Если множество состояний носителя информации конечно или счетное (состояниям можно сопоставить натуральные числа), соответствующая информация называется дискретной или цифровой. Если какое-то состояние определяется бесконечным непрерывным множеством значений, информация называется аналоговой.

Например, на выходе устройства возможны два состояния: подается или не подается напряжение, в таком случае состояниям можно сопоставить цифры 1 и 0, и информация дискретная. Если на выходе может быть любое напряжение в некотором диапазоне, информация аналоговая.

Одну и ту же информацию можно отразить в разных видах. Например, время может отражаться на часах в цифровом виде, а может в аналоговом – времени будет соответствовать угол поворота стрелок.

1.2. Аналоговые и цифровые компьютеры

Компьютер – устройство или система, способная выполнять определенную последовательность операций, которая описывается программой.

Частным случаем компьютера является электронная вычислительная машина, использующая электронные компоненты в качестве функциональ­ных узлов. Компьютер в общем случае может быть основан не только на электронных, но и на оптических, квантовых, механических, биологических и других явлениях.

Многие разные непрерывные явления с некоторой точностью подчиняются похожим закономерностям. Например, в равномерном механическом движении скорость определяется:

v = S / t

Такая же по виду связь существует для силы постоянного тока в проводнике:

I = U / R,

поэтому мы можем, используя это сходство (аналогию), механическое движение и другие физические явления заменять (моделировать) электрическими схемами.

Эта идея используется в аналоговых компьютерах, которые работают с непрерывными входными данными одной природы, моделируя их непрерывными процессами другой природы – электрическими, механическими, оптическими, биологическими и т.д.

В противоположность этой идее, цифровые компьютеры используют дискретное представление информации. Это представление отражает конечное или счетное число состояний объекта, которые могут отражаться в виде чисел.

Информация любого типа: символьная, графическая, звуковая, командная для представления на электронных носителях кодируется на основании алфавита, состоящего только из двух символов (0, 1). Информация представленная в аналоговом виде, для того, чтобы быть сохраненной в электронной памяти, оцифровывается и приводится к двоичному коду.

Каждая ячейка электронной памяти обладает информационной ёмкостью 1 бит. Физически, в зависимости от способа регистрации информации, это может быть конденсатор, находящийся в одном из двух состояний: разряжен (0), заряжен (1); элемент магнитного носителя: размагничен (0), намагничен (1); элемент поверхности оптического диска: нет лунки (0), есть лунка (1). Одним из первых носителей информации, представленной в двоичном коде, была бумажная перфокарта, пробитое отверстие на которой означало 1, а цельная поверхность 0.