Na reprezentáciu informácií v pamäti počítača (číselné aj nenumerické) sa používa metóda binárneho kódovania. Elementárna bunka pamäte počítača má dĺžku 8 bitov (bajtov). Každý bajt má svoje číslo (nazýva sa to adresa). Najväčšia sekvencia bitov, ktorú môže počítač spracovať ako celok, sa nazýva strojové slovo. Dĺžka strojového slova závisí od kapacity slov procesora a môže sa rovnať 16, 32 bitom atď. Na kódovanie znakov stačí jeden bajt. V tomto prípade môže byť reprezentovaných 256 znakov (s desiatkové kódy od 0 do 255). Znaková sada IBM PC je najčastejšie rozšírením kódu ASCII (American Standard Code for Information Interchange - štandardný americký kód pre výmenu informácií). V niektorých prípadoch sa pri reprezentácii čísel v pamäti počítača používa zmiešaný binárno-desiatkový „číselný systém“, kde na uloženie každej desatinnej číslice je potrebný nibble (4 bity) a desatinné číslice od 0 do 9 sú reprezentované zodpovedajúcim binárne čísla od 0000 do 1001. Tento variant používa napríklad zabalený desiatkový formát určený na ukladanie celých čísel s 18 platnými číslicami a zaberajúcimi 10 bajtov v pamäti (najvyššia z nich je znamienková). Ďalším spôsobom, ako reprezentovať celé čísla, je dvojkový doplnok. Rozsah hodnôt závisí od počtu bitov pamäte pridelených na ich uloženie. Napríklad hodnoty typu Integer (všetky názvy dátových typov tu a nižšie sú prezentované vo forme, v akej sú akceptované v programovacom jazyku Turbo Pascal, iné jazyky majú tiež takéto dátové typy, ale môžu mať iné názvy ) rozsah od -32768 (-2 15) do 32767 (2 15 - 1) a na ich uloženie sú pridelené 2 bajty; typ LongInt - v rozsahu od -2 31 do 2 31 - 1 a sú umiestnené v 4 bajtoch; slovný druh - v rozsahu od 0 do 65535 (2 16 - 1) (používajú sa 2 bajty) atď. Ako môžete vidieť z príkladov, údaje možno interpretovať ako čísla so znamienkom aj bez znamienka. V prípade vyjadrenia množstva so znamienkom označuje ľavá (najvyššia) číslica kladné číslo, ak obsahuje nulu, a záporné číslo, ak obsahuje jednotku. Vo všeobecnosti sa bity číslujú sprava doľava, začínajúc od 0. Číslovanie bitov v dvojbajtovom strojovom slove je uvedené nižšie. 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Dvojkový doplnkový kód kladného čísla je rovnaký ako jeho priamy kód. Priamy kód celého čísla možno získať takto: číslo sa prevedie do binárnej číselnej sústavy a potom sa jeho binárny zápis doplní vľavo toľkými nevýznamnými nulami, koľko si vyžaduje dátový typ, do ktorého číslo patrí. Napríklad, ak je číslo 37 (10) = 100101 (2) deklarované ako celočíselná hodnota, potom jeho priamy kód bude 0000000000100101, a ak ide o hodnotu LongInt, potom jeho priamy kód bude. Pre kompaktnejší zápis sa častejšie používa hexadecimálny kód. Výsledné kódy je možné prepísať ako 0025 (16) a 00000025 (16). Dodatočný kód záporného celého čísla možno získať nasledujúcim algoritmom: 1) zapíšte si priamy kód modulu čísla; 2) prevrátiť (jednotky nahradiť nulami, nuly jednotkami); 3) pridajte jednu do inverzného kódu. Napríklad napíšme doplnkový kód čísla (-37) a interpretujme ho ako hodnotu typu LongInt: 1) existuje priamy kód čísla 37; 2) inverzný kód; 3) dodatočný kód alebo FFFFFFDB (16) . Pri získavaní čísla jeho doplnkovým kódom je v prvom rade potrebné určiť jeho znamienko. Ak sa číslo ukáže ako kladné, potom jednoducho preložte jeho kód do desiatkovej číselnej sústavy. V prípade záporného čísla je potrebné vykonať nasledujúci algoritmus: 1) odpočítať číslo 1 od kódu; 2) prevrátiť kód; 3) previesť na desiatkovú číselnú sústavu. Výsledné číslo zapíšte so znamienkom mínus. Príklady. Zapíšme si čísla zodpovedajúce doplnkovým kódom: a) 0000000000010111. Keďže nula sa píše vo vysokom poradí, výsledok bude kladný. Toto je kód pre číslo 23; b) 111111111000000. Sem sa zapisuje kód záporného čísla. Spustíme algoritmus: 1) 1111I11111000000 (2) - 1 (2) = 1111111110111111 (2) ; 2) 0000000001000000; 3) 1 000 000 (2) = 64 (10) . Odpoveď: -64. Trochu iná metóda sa používa na znázornenie reálnych čísel v pamäti osobného počítača. Zvážte reprezentáciu hodnôt s pohyblivou rádovou čiarkou. Akékoľvek reálne číslo možno zapísať v štandardnom tvare М10 р, kde 1
Osobné Počítač IBM PC vám umožňuje pracovať s nasledujúcimi reálnymi typmi (rozsah hodnôt je označený absolútnou hodnotou): Ukážme si transformáciu reálneho čísla na reprezentáciu v pamäti počítača na príklade hodnoty typu Double. Ako je zrejmé z tabuľky, hodnota tohto typu zaberá v pamäti 8 bajtov. Obrázok ukazuje, ako sú tu zobrazené polia mantisa a objednávky: mantisa zaberá spodných 52 bitov. Pruh tu označuje polohu binárneho bodu. Pred desatinnou čiarkou musí byť bit celej časti mantisy, ale keďže je vždy 1, tento bit tu nie je potrebný a zodpovedajúci bit nie je v pamäti (ale je implikovaný). Hodnota exponentu je uložená ako offsetové číslo pre zjednodušenie výpočtov a porovnanie reálnych čísel, t.j. k skutočnej hodnote objednávky sa pred zápisom do pamäte pripočíta offset. Posun je zvolený tak, že minimálna hodnota poradie zodpovedalo nule. Napríklad pre typ Double je exponent 11 bitov a je v rozsahu od 2~1023 do 21023, takže posun je 1023 (10) = 1111111111 (2) . Nakoniec bit číslo 63 označuje znamienko čísla. Z vyššie uvedeného teda vyplýva nasledujúci algoritmus na získanie reprezentácie reálneho čísla v pamäti počítača: 1) previesť modul daného čísla na binárnu číselnú sústavu; 2) normalizovať binárne číslo, t.j. píšte v tvare M-2 P, kde M je mantisa (jej celočíselná časť je 1 (2)) a p je poradie zapísané v desiatkovej číselnej sústave; 3) pridať offset k objednávke a previesť offsetovú objednávku do binárneho číselného systému; 4) berúc do úvahy znamienko daného čísla (0 - kladné; 1 - záporné) zapíšte jeho zobrazenie do pamäte počítača. Príklad. Napíšeme číselný kód -312,3125. 1) Binárne znázornenie modulu tohto čísla je 100111000,0101. 2) Máme 100111000,0101 = 1,001110000101 2 8 . 3) Dostaneme posunuté poradie 8 + 1023 = 1031. Potom máme 1031 (10) = 10000000111 (2) . . 4) Nakoniec
1) V prvom rade si všimneme, že ide o kód kladného čísla, keďže v bite číslo 63 je zapísaná nula. Zoberme si poradie tohto čísla: 01111111110 (2) = 1022 (10) ; 1022 - 1023 = -1. 2) Číslo vyzerá ako 1,1100011-2" 1 alebo 0,11100011. 3) Prevedením do desiatkovej číselnej sústavy dostaneme 0,88671875.
Všetky informácie v počítači sú uložené vo forme sád bitov, to znamená kombinácií 0 a 1. Čísla sú reprezentované binárnymi kombináciami v súlade s číselnými formátmi prijatými na prácu v tomto počítači a znakový kód určuje korešpondenciu. písmen a iných znakov na binárne kombinácie.
Existujú tri formáty čísel:
dvojbodka s pevným bodom;
binárna pohyblivá desatinná čiarka;
binárne kódované desiatkové číslo (BCD).
V binárnom systéme s pevným bodom môžu byť čísla reprezentované bez znamienka (kódy) alebo so znamienkom. Na znázornenie čísel so znakom v moderných počítačoch sa používa hlavne doplnkový kód. To vedie k tomu, že, ako bolo uvedené vyššie, záporné čísla pre danú dĺžku bitovej mriežky môžu byť reprezentované o jedno viac ako kladné. Hoci sa počítačové operácie vykonávajú s binárnymi číslami, často sú zapísané v programovacích jazykoch, v dokumentácii a zobrazené na obrazovke pomocou vhodnejších osmičkových, šestnástkových a desiatkových reprezentácií.
V binárnom kódovanom desiatkovom formáte je každá desatinná číslica reprezentovaná ako 4-bitový binárny ekvivalent. Existujú dve hlavné odrody tohto formátu: zabalené a rozbalené. V zbalenom formáte BCD je reťazec desatinných číslic uložený ako postupnosť 4-bitových skupín. Napríklad číslo 3904 je reprezentované ako binárne číslo 0011 1001 0000 0100. V rozbalenom formáte BCD je každá desatinná číslica v dolnej tetráde 8-bitovej skupiny (bajtu) a obsah vyššej tetrady je určený kódovacím systémom použitým v tomto počítači a v tomto prípade bezvýznamný. Rovnaké číslo 3904 v rozbalenom formáte zaberie 4 bajty a bude vyzerať takto:
xxxx0011 xxxx1001 xxxx0000 xxxx0100 .
Čísla s pohyblivou rádovou čiarkou sú spracovávané na špeciálnom koprocesore (FPU - floating point unit), ktorý je od MP I486 súčasťou mikroprocesora LSI. Dáta sú uložené v 80-bitových registroch. Ovládaním nastavení koprocesora môžete zmeniť rozsah a presnosť zobrazenia údajov tohto typu ( tabuľka 14.1).
|
Tabuľka 14.1. |
|||
|
Dátový typ |
Veľkosť (bit) |
Rozsah |
Blok spracovania |
|
Celé čísla bez znamienka |
|||
|
1 dvojité slovo | |||
|
celé čísla so znamienkom |
|||
|
1 dvojité slovo |
2147483648...+2147483647 |
||
|
1 štvorslovo | |||
|
Čísla s pohyblivou rádovou čiarkou |
|||
|
Reálne číslo | |||
|
dvojitá presnosť |
≈(0.18*10 309) |
||
|
so zvýšenou presnosťou |
≈(0.12*10 4933) |
||
|
Binárne desiatkové čísla |
|||
|
1 bajt rozbalený | |||
|
1 bajt zabalený | |||
|
10 bajtov zabalených |
0...(99...99) 18 číslic | ||
Organizácia pamäte RAM
OP je hlavná pamäť na ukladanie informácií. Je organizovaný ako jednorozmerné pole pamäťových buniek s veľkosťou 1 bajt. Každý z bajtov má jedinečných 20 bitov fyzická adresa v rozsahu od 00000 do FFFFFh (ďalej sa na zápis adries používa hexadecimálna číselná sústava, ktorej znakom je symbol h na konci kódu). Veľkosť adresného priestoru OP je teda 2 20 = 1 MB. Akékoľvek dva susediace bajty v pamäti možno považovať za 16-bitové slovo. Nízky bajt slova má nižšiu adresu a vysoký bajt má vyššiu adresu. Takže hexadecimálne číslo 1F8Ah, ktoré zaberá slovo, sa bude nachádzať v pamäti v sekvencii 8Ah, 1Fh. Adresa slova je adresa jeho najmenej významného bajtu. Preto 20-bitovú adresu pamäte možno považovať za bajtovú adresu aj za adresu slova.
Príkazy, bajty a dátové slová je možné umiestniť na ľubovoľnú adresu, čo šetrí pamäť vďaka jej plnšiemu zaplneniu. Aby sa však ušetril čas vykonávania programu, odporúča sa umiestniť dátové slová do pamäte od párnej adresy, pretože mikroprocesor takéto slová prenáša v jednom cykle zbernice. Hovorí sa, že slovo s párnou adresou je zarovnané podľa slov. Nezarovnané dátové slová s nepárnou adresou sú povolené, ale ich prenos si vyžaduje dva cykly zbernice, čo znižuje výkon počítača. Všimnite si, že požadovaný počet cyklov čítania dátového slova automaticky iniciuje mikroprocesor. Majte na pamäti, že pri vykonávaní operácií so zásobníkom musia byť dátové slová zarovnané a ukazovateľ zásobníka inicializovaný na párnu adresu, keďže v takýchto operáciách sú zahrnuté iba dátové slová.
Tok inštrukcií sa rozdelí na bajty, keď sa front inštrukcií vo vnútri mikroprocesora zaplní. Preto zarovnanie inštrukcií má malý alebo žiadny vplyv na výkon a nepoužíva sa.
Adresný priestor OP je rozdelený na segmenty. Segment pozostáva z priľahlých buniek RAM a je nezávislou a samostatne adresovateľnou pamäťovou jednotkou, ktorá má v základnej architektúre osobného počítača pevnú kapacitu 2 16 = 64 kB. Každému segmentu je priradená počiatočná (základná) adresa, čo je adresa prvého bajtu segmentu v poli adresy OP. Hodnota fyzickej adresy bunky je súčtom adresy segmentu a posunu pamäťovej bunky vzhľadom na začiatok segmentu (intra-segmentový posun). Na uloženie adresy segmentu a hodnôt posunu sa používajú 16-bitové slová.
Na získanie 20-bitovej fyzickej adresy mikroprocesor automaticky vykoná nasledujúce operácie. Hodnota základnej adresy segmentu sa vynásobí 16 (posunutá o 4 bity doľava) a pripočíta sa k hodnote posunu v segmente ( ryža. 14.3). Výsledkom je 20-bitová hodnota fyzickej adresy. Pri sčítaní môže dôjsť k prenosu z najvýznamnejšieho bitu, ktorý sa ignoruje. To vedie k tomu, že OP je organizované podľa kruhového princípu. Za bunkou s maximálnou adresou FFFFFh nasleduje bunka s adresou 00000h.
Ryža. 14.3. Schéma na získanie fyzickej adresy
Segmenty nie sú fyzicky viazané na konkrétnu adresu RAM a každá pamäťová bunka môže patriť do niekoľkých segmentov súčasne, pretože základná adresa segmentu môže byť určená akoukoľvek 16-bitovou hodnotou. Segmenty môžu byť susediace, neprekrývajúce sa, čiastočne alebo úplne sa prekrývajúce. Avšak podľa algoritmu výpočtu fyzickej adresy sú počiatočné adresy segmentov vždy násobkom 16.
|
Logické a aritmetické základy a princípy činnosti počítača |
|
Literatúra: verzia pre tlač |
|
Učebnice kurzov Gurov V.V., Čukanov V.O. Základy teórie a organizácie počítačov Varfolomeev V.A., Letsky E.K., Shamrov M.I., Yakovlev V.V. Architektúra a technológia IBM eServer zSeries Internetová univerzita informačných technológií - INTUIT.ru, 2005 Bogdanov A.V., Korkhov V.V., Mareev V.V., Stankova E.N. Architektúry a topológie viacprocesorových výpočtových systémov Internetová univerzita informačných technológií - INTUIT.ru, 2004 Novikov Yu.V., Skorobogatov P.K. Základy mikroprocesorovej techniky Internetová univerzita informačných technológií - INTUIT.ru, 2006 Bibliografia |
Avanesyan G.R., Levshin V.P. Integrované obvody TTL, TTLSH: Príručka M.: Mashinostroenie, 1993
Atovmyan I.O. Výpočtová architektúra M.: MEPhI, 2002
Borkovský A. Anglicko-ruský slovník programovania a informatiky (s výkladmi) M.: ruský jazyk, 1990
Brodin V.B., Shagurin I.I. Mikroprocesor i486. Architektúra, programovanie, rozhranie M.: DIALÓG-MEPHI, 1993
Gurov V.V. Syntéza kombinačných obvodov v príkladoch M.: MEPhI, 2001
Gurov V.V., Lensky O.D., Soloviev G.N., Chukanov V.O. Architektúra, štruktúra a organizácia výpočtového procesu v počítačoch ako IBM PC M.: MEPhI, 2002. Ed. G.N. Solovjov
Kagan B.M. Elektronické počítače a systémy Moskva: Energoatomizdat, 1991
Kazarinov Yu.M., Nomokonov V.N., Podkletnov G.S. atď. Mikroprocesorová súprava K1810: Štruktúra, programovanie, aplikácia M.: Vyššia škola, 1990. Ed. Yu.M. Kazarinova
Korneev V.V., Kiselev A.V. Moderné mikroprocesory M.: Vedomosti, 1998
Liu Yu-zheng, Gibson G. Mikroprocesory rodiny 8086/8088 M.: Rádio a komunikácia, 1987
Mayorov S.A., Novikov G.I. Štruktúra elektronických počítačov L .: Mashinostroenie, oddelenie Leningrad, 1979
Nikitin V.D., Solovyov G.N. Operačné systémy M.: Mir, 1989
Saveliev A.Ya. Aplikovaná teória digitálnych automatov Moskva: Vyššia škola, 1987
GOST 15133-77. Polovodičové zariadenia, pojmy a definície
GOST 17021-75 Mikroelektronika, pojmy a definície
|
Logické a aritmetické základy a princípy činnosti počítača |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Predmetový index: verzia pre tlač |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Formáty reprezentácie údajov v pamäti počítača. strojové kódy.
Plán.
1. Formáty prezentácie údajov v pamäti počítača.
a. Reprezentácia čísel vo forme s pevným bodom
b. Reprezentácia čísel vo forme s pohyblivou rádovou čiarkou
2. Strojové kódy: priame, spätné, doplnkové.
Formáty reprezentácie údajov v pamäti počítača.
Na reprezentáciu čísel (údajov) je v pamäti počítača pridelený určitý počet bitov. Na rozdiel od od číslovania číslic počtu bitov v byte sa číslujú zľava doprava, začínajúc od 0. Každý bajt v pamäti počítača má svoj vlastný sériové číslo, ktorá sa volá absolútne bajtové adresy. Bajt je základná jednotka ukladania dát, je to najmenšia adresovateľná jednotka výmeny informácií v RAM počítača, teda minimálna jednotka výmeny informácií, ktorá má adresu v pamäti počítača.
Vytvára sa sekvencia niekoľkých susediacich bajtov dátové pole. Počet bajtov poľa sa nazýva dĺžka poľa a adresa bajtu úplne vľavo v poli je adresa poľa. Spracovanie informácií sa môže uskutočňovať buď po byte, alebo po dátových poliach (alebo dátovom formáte). Formáty údajov ukazujú, ako sú informácie umiestnené Náhodný vstup do pamäťe a počítačové registre. Formáty údajov sa líšia dĺžkou, typom údajov a štruktúrou a každú hodnotu obsiahnutú v byte možno interpretovať rôznymi spôsobmi:
– zakódovaná reprezentácia externého znaku abecedy (počas vstupu a výstupu dát);
- celé číslo so znamienkom alebo bez znamienka (s internou reprezentáciou čísel v pamäti počítača);
– časť príkazu alebo zložitejšia jednotka údajov atď.
V počítačoch existujú nasledujúce formy reprezentácie celých čísel: polslova(bajt), slovo(dva po sebe idúce bajty, číslované zľava doprava od 0 do 15), dvojité slovo(4 bajty).
Ak sú čísla umiestnené v určených formátoch, potom sa váhy ich číslic zvyšujú sprava doľava.
Počítač používa na reprezentáciu čísel. prirodzené(predstavuje číslo s pevným bodom) a semilogaritmický(reprezentácia čísla s pohyblivou rádovou čiarkou) formulára.
Znázorňujúce čísla v pevnej bodovej forme.
V použitých reprezentáciách čísel je „čiarka“ alebo „desatinná čiarka“ konvenčný symbol určený na oddelenie celých a zlomkových častí čísla. Čiarka má teda presný matematický význam bez ohľadu na použitú číselnú sústavu a jej poloha ani v najmenšom nemení algoritmus výpočtu ani formu výsledku.
Ak sú spracovávané čísla rovnakého rádu, môžete fixovať polohu čiarky alebo bodky (takéto znázornenie sa nazýva reprezentácia s pevným bodom). Potom pri spracovaní čísel v stroji nie je potrebné brať do úvahy polohu (zástupca) desatinnej čiarky. A potom sa jeho pozícia na úrovni programu považuje za rovnakú a zohľadňuje sa len ako výsledok.
V zásade existujú 2 spôsoby, ako opraviť desatinnú čiarku:
1) bodka sa nachádza napravo od najnižšej číslice čísla a máme celé čísla;
2) bodka sa nachádza naľavo od najvyššej číslice čísla a máme zlomkové čísla s absolútnou hodnotou menšou ako jedna.
Kladné celé čísla môžu byť reprezentované priamo v binárnom zápise ( binárny kód). V tejto forme reprezentácie je binárna aritmetika ľahko implementovaná na počítači.
Ak sú potrebné aj záporné čísla, potom sa znamienko čísla môže zakódovať do samostatného bitu (zvyčajne je to najvýznamnejší bit). Najvýznamnejšia číslica je podpísaná, ak obsahuje 1 , potom číslo negatívne, ak 0 , potom číslo pozitívne.
So šestnásťbitovou mriežkou máme:
Vo všeobecnosti je rozsah reprezentácie celých čísel ( n je počet číslic vo formáte):
- pre nepodpísaných 0 ≤ x ≤ 2n-1(keď n=8 od 0 do 255)
- za ikonický -2 n -1 ≤ x ≤ +2 n -1 -1(s n = 8 od -128 do 127);
Významnou nevýhodou tejto metódy reprezentácie je obmedzený rozsah reprezentácie hodnôt, čo vedie k pretečeniu mriežky číslic pri prekročení povolených hraníc a skresleniu výsledku, napríklad ak vezmeme do úvahy päťmiestnu mriežku. , potom pri sčítaní dvoch čísel +22 a +13 dostaneme:
Reprezentácia čísel vo forme s pohyblivou rádovou čiarkou.
Reálne čísla sú v matematike reprezentované konečnými alebo nekonečnými zlomkami. V počítači sú však čísla uložené v registroch a pamäťových bunkách, ktoré sú sekvenciou bajtov s obmedzený počet výboje. Preto sú nekonečné alebo veľmi dlhé čísla skrátené na určitú dĺžku a v počítačovej reprezentácii sa javia ako aproximácie.
Na znázornenie reálnych čísel, veľmi malých aj veľmi veľkých, je vhodné použiť formu písania čísel ako súčin:
A = ± Mn ± p
kde n- základ číselnej sústavy;
M- mantisa;
R je celé číslo nazývané v poriadku(definuje umiestnenie desatinnej čiarky v čísle).
Tento spôsob zápisu čísel sa nazýva reprezentácia čísel. s pohyblivou rádovou čiarkou.
Príklad:-245,62 = -0,24565 10 3, 0,00123 = 0,123 10 -2 = 1,23 10 -3 =12,3 10 -4
Je zrejmé, že táto reprezentácia nie je jedinečná.
Ak je mantisa medzi n-1 a 1 (t.j. 1/n £ |M|<1), то представление числа становится однозначным, а такая форма называется normalizované.
Príklad: pre desiatková sústava počet - 0,1< |m| < 1 (мантисса - число меньше 1, и первая цифра после запятой отлична от нуля, т.е. значащая).
Reálne čísla sa na rôznych typoch počítačov píšu odlišne, existuje však niekoľko medzinárodných štandardných formátov, ktoré sa líšia presnosťou, no majú rovnakú štruktúru. Pre založené na štandarde IEEE-754 (definuje reprezentáciu čísel s jednoduchou presnosťou ( plavák) a dvojitá presnosť ( dvojitý)) reprezentácia reálneho čísla v počítači využíva m + p + 1 bitov, rozdelených takto: jeden bit (S) - slúži na znamienko mantisy, p - bitov určuje poradie, m bitov určuje absolútnu hodnotu z mantisy. Číslo s pohyblivou rádovou čiarkou s jednoduchou presnosťou vyžaduje tridsaťdvabitové slovo. Čísla s dvojnásobnou presnosťou vyžadujú 64-bitové slovo.
| 1 | p-10 | m-10 |
| S | objednať | zlomková časť M |
Keďže objednávka môže byť kladná alebo záporná, musíme vyriešiť problém jej znamenia. Hodnota exponentu je nadmerne zastúpená, t.j. namiesto skutočnej hodnoty exponentu je uložené číslo, tzv. charakteristický(alebo posunuté poradie).
Odsadenie je potrebné, aby sa predišlo pridaniu ďalšieho znaku k číslu. Offsetový príkaz je vždy kladné číslo. Pre jednoduchú presnosť sa posun rovná 127 a pre dvojitú presnosť - 1023 ( 2p-1-1). Desatinná mantisa môže mať za desatinnou čiarkou 1:9 číslic, ale v binárnej iba 1. Preto nie je pridelený samostatný bit v čísle s pohyblivou rádovou čiarkou na uloženie jednotky za dvojkovou čiarkou. Jednotka je implicitná, rovnako ako binárna čiarka. Okrem toho sa vo formáte s pohyblivou rádovou čiarkou predpokladá, že mantisa je vždy väčšia ako 1. To znamená, že rozsah hodnôt pre mantisu leží v rozsahu od 1 do 2.
Príklady:
1) Určite číslo s pohyblivou rádovou čiarkou obsiahnuté v štyroch susedných bajtoch:
11000001 01001000 00000000 00000000
Rozdeľte binárnu reprezentáciu na znamienko (1 bit), exponent (8 bitov) a mantisu (23 bitov):
1 10000010 10010000000000000000000
– Znamienko 1 znamená, že číslo je záporné.
– Exponent 10000010 v desiatkovom tvare zodpovedá číslu 130. Opravte poradie: od 130 odčítajte číslo 127, dostaneme číslo 3.
- K mantise pridajte naľavo skrytú jednotku 1 ,100 1000 0000 0000 0000 0000, posuňte objednávku zo skrytej jednotky doprava o výslednú hodnotu objednávky: 1 100, 1000 0000 0000 0000 0000.
- A nakoniec definujme desatinné číslo: 1100,1 2 = 12,5 10
– Konečne máme -12.5
2) Určite číslo s pohyblivou rádovou čiarkou obsiahnuté v štyroch susedných bajtoch:
01000011 00110100 00000000 00000000
– Znamienko 0 znamená, že číslo je kladné.
- Exponent 10000110 v desiatkovej sústave zodpovedá číslu 134. Odčítaním čísla 127 od 134 dostaneme číslo 7.
Teraz napíšme mantisu: 1 ,011 0100 0000 0000 0000 0000
– A nakoniec si definujme desatinné číslo: 10110100 2 =180 10
Keďže pre mantisu a objednávku je pridelený určitý počet číslic m a p, potom môžete odhadnúť rozsah čísel, ktoré môžu byť reprezentované v normalizovanej forme v číselnej sústave so základom n.
Ak m=23 a p=8 (4 bajty), potom rozsah reprezentovaných čísel je od 1,5·10 -45 do 3,4·10 +38 (zabezpečuje presnosť 7-8 platných číslic).
Ak m=52 a p=11 (8 bajtov), potom rozsah reprezentovaných čísel je od 5,0·10 -324 do 1,7·10 +308 (zabezpečuje presnosť 15-16 platných číslic).
Čím viac číslic je pridelených na zaznamenanie mantisy, tým vyššia je presnosť zobrazenia čísla. Čím viac číslic objednávka zaberá, tým širší je rozsah od najmenšieho nenulového čísla po najväčšie číslo, ktoré je možné v počítači s daným formátom znázorniť.
Pri operáciách s pohyblivou rádovou čiarkou je menej problémov s pretečením bitov ako pri operáciách s pevnou rádovou čiarkou. Operácie s pohyblivou rádovou čiarkou sú však zložitejšie, pretože vyžadujú normalizáciu a denormalizáciu mantisy.
Akákoľvek informácia je reprezentovaná v počítači ako bajtová sekvencia. Samotné bajty neobsahujú informácie o tom, ako by sa mali interpretovať (čísla / textové znaky / grafický obrázok). V každom prípade je informácia zakódovaná ako postupnosť 0s a 1s, t.j. kladné celé binárne čísla(číslo sa zapisuje pomocou dvoch číslic - 0/1). Ich interpretácia závisí od toho, ktorý program a akú akciu s nimi v danom momente vykoná. Ak program obsahuje postupnosť inštrukcií orientovaných na prácu s číslami, potom sa bajty považujú za čísla. Ak program predpokladá akciu s textovými údajmi, potom sa bajty interpretujú ako podmienené číselné kódy označujúce textové znaky.
I. Číselné sústavy
Akékoľvek číslo je násobkom súčtu (napríklad 168 = 100 + 60 + 8 = 1 10 2 + 6 10 1 + 8 10 0), t.j. číslo- postupnosť koeficientov pri mocninách 10 => ak máme číslo d = a 1 a 2 …a n(a 1 a 2 …a n sú číslice), potom d = a 1 10 n-1 + a 2 10 n-2 +…a n 10 0.
Stručne povedané, takéto sumy sú napísané takto: n
d = ∑ a i 10 n-i
Číslo 10 je základom desiatkovej číselnej sústavy, ak zoberieme za základ iné číslo, tak dostaneme iný systém zápisu čísel, t.j. iný číselný systém.
Číselná sústava je daná hodnotou základu a množinou číslic. čísla- špeciálne znaky používané na písanie číslic. Ich počet sa musí nevyhnutne rovnať hodnote základne.
Akékoľvek číslo môže byť reprezentované v rôznych číselných sústavách, tieto reprezentácie si budú presne (jedna k jednej) navzájom zodpovedať.
Napríklad definujme hexadecimálnu číselnú sústavu: základ = 16 => by malo byť 16 číslic (0-15) = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D ,E,F. Tu sú A-F čísla 10,11,12,13,14,15. Takéto označenia sa používajú kvôli skutočnosti, že čísla nemožno písať pomocou iných čísel, inak dôjde k zmätku pri čítaní čísel. Zapíšme si, ako bude v tomto číselnom systéme vyzerať desatinné číslo 168, pričom treba mať na pamäti všeobecný zákon o písaní čísla a tiež skutočnosť, že základom je tu 16, máme: 168 (10) \u003d A 16 1 + 8160 => A8 (16).
Aritmetické operácie v ľubovoľnej číselnej sústave sa vykonávajú rovnakým spôsobom ako v desiatkovej číselnej sústave. Nasleduje len veľkosť základne.
Napríklad v osmičkovej číselnej sústave + 15 = 1 8 1 + 5 8 0 => + 13
14 = 1 8 1 + 4 8 0 => = 12
V počítači sú všetky dáta reprezentované v binárnom systéme. Napríklad číslo 5 v binárnom tvare sa zapíše ako 101. Podobne binárnemu číslu 1111 zodpovedá desiatkové číslo 15: 1111 (2) = 1 2 3 + 1 2 2 + 1 2 1 + 1 2 0
Tie. štyri bity môžu predstavovať najviac 16 desiatkových čísel (0-15).
Systém hexadecimálnych čísel sa používa ako krátky záznam pri prezeraní alebo oprave binárnych údajov v pamäti počítača. Programy, ktoré poskytujú "priamu" prácu osoby s počítačovou pamäťou, pri interakcii s ňou automaticky konvertujú binárne znázornenie údajov na šestnástkové a naopak. Akékoľvek údaje zapísané v 1 byte sú reprezentované iba dvoma hexadecimálnymi číslicami, z ktorých prvá zodpovedá prvým štyrom bitom a druhá číslica zodpovedá druhým štyrom bitom.
Táto forma reprezentácie binárnych čísel (údajov), ktoré sa nachádzajú v pamäti počítača, je kompromisom medzi človekom a jeho konceptmi pohodlnosti a počítačom, kde sú všetky informácie prezentované iba v binárnej forme.
II.Dátové typy a ich reprezentácie
Jeden bajt (8 bitov) môže predstavovať 256 kladných celých čísel (0-255). Tento typ údajov sa nazýva jednobajtové celé číslo bez znamienka.
Čísla väčšie ako 255 vyžadujú na reprezentáciu viac ako jeden bajt. Na prácu s nimi sa používajú tieto typy:
- dvojbajtové celé čísla bez znamienka– poskytnúť reprezentáciu kladných celých čísel (0-65535)
- štvorbajtové celé čísla bez znamienka- poskytnúť reprezentáciu kladných celých čísel (0-≈4,2 miliardy)
Vyššie uvedené typy predpokladajú, že číslo musí byť iba kladné => sa nazývajú „nepodpísané“. Líšia sa veľkosťou pamäte, ktorá je pridelená na uloženie čísla. Takéto typy sa používajú na číselné kódovanie textových znakov, farieb, intenzity grafických bodov, číslovanie prvkov a pod.
Na prácu s celými číslami, ktoré môžu byť nielen pozitívne, ale aj negatívne, použite typy:
- jednobajtové celé čísla so znamienkom
- dvojbajtové celé čísla so znamienkom
- štvorbajtové celé čísla so znamienkom
Líšia sa množstvom pamäte, ktorá je pridelená na uloženie každého čísla.
Reprezentácia kladných aj záporných čísel je založená na nasledujúcom princípe: celkový počet číselných kódov možných pre daný počet bajtov (napríklad pre jeden bajt - 256) sa rozdelí na polovicu, jedna polovica sa použije na reprezentáciu kladné čísla a nula, ostatné - záporné čísla . Záporné čísla sú vyjadrené ako súčet k celkovému počtu číselných kódov. Napríklad pre jednobajtové číslo (-1) = 255, (-2) - 254 atď. až 128, čo znamená číslo (-128) => jednobajtové celé číslo so znamienkom umožňuje pracovať s celými číslami od (-128) do 127, dvojbajtové - od (-32768) do 32767, štvorbajtové - od (≈-2,1 miliardy. ) do 2,1 miliardy (2147483648).
Čísla so znamienkom sa používajú na vyjadrenie číselných údajov, s ktorými sa vykonáva aritmetika.
Pri interakcii s programami platí nasledovné dátové typy:
- celý krátky uy (SHORT)
- celý pravidelný(INTEGER)
- celý dlhý(DLHÉ CELÉ ČÍSLO)
- jediná presnosť skutočná(PLÁVAJÚCI/SKUTOČNÝ)
- skutočné s dvojnásobnou presnosťou(DVOJPLÁVAJÚCI/SKUTOČNÝ)
- znak (reťazec, text)(CHAR)
- logické(LOGIKÁLNE)
Celú krátku, celú pravidelnú a celú dlhú– typy resp. jednobajtové celé číslo so znamienkom, dvojbajtové celé číslo so znamienkom, štvorbajtové celé číslo so znamienkom.
V informatike sa pri písaní čísel nepoužíva čiarka ako znak oddeľujúci zlomkovú a celočíselnú časť, ale bodka (napríklad 68,314). Tento bod určuje polohu, po ktorej sa zlomková časť. Zmena umiestnenia bodu vedie k zmene čísla => tento typ zápisu (formát zápisu) reálnych čísel sa nazýva tzv. formát pevného bodu.
Skutočné číslo s pohyblivou rádovou čiarkou pozostáva z 2 častí:
- mantisa
- objednať
Sú oddelené špeciálnym znakom (E,D). Mantisa je reálne číslo s pevným bodom, poradie je dané celým číslom, ktoré udáva, na akú mocninu sa musí číslo 10 zvýšiť, aby sme dostali číslo, ktoré je myslené pri vynásobení mantisou. Napríklad 68.314 v tomto formáte možno zapísať ako 6.8314E+1 = 0.68314E+2 = 683.14E-1, čo znamená 6.8314 10 1 = 0.68314 10 2 = 68.314 10 -1 .
Pri tomto type zápisu nie je umiestnenie bodu pevné, jeho poloha v mantise je určená hodnotou objednávky. Mantisa a exponent môžu mať znamienko. Ak je mantisa modulo<1, причем первая цифра не равна 0, то такой вид записи вещественного числа с плавающей точкой называется normalizované(0,68314E+2).
V počítači je reálne číslo reprezentované vo formáte s pohyblivou rádovou čiarkou v normalizovanej forme. Mantisa a poriadok sú umiestnené v susedných bajtoch, chýba oddeľovač (E,D).
Zvyčajne sa rozlišuje číslo od jednoduchá a dvojitá presnosť. V prvom prípade pri zadávaní alebo výstupe čísla je oddeľovač mantisy a exponentu určený ako E. V pamäti počítača takéto číslo zvyčajne zaberá 4 bajty. V druhom prípade ako oddeľovač - D, v pamäti počítača zaberá číslo s dvojnásobnou presnosťou zvyčajne 8 bajtov. Tento typ poskytuje oveľa väčšiu presnosť výpočtu ako jednoduchá presnosť.
Údaje o postave zložené z jednotlivých textových znakov. Každý znak je v pamäti počítača reprezentovaný určitým číselným kódom. Na číselné kódovanie textových znakov sa používajú špeciálne kódovacie tabuľky (jednobajtové, dvojbajtové atď.). Toto sa týka typu celého čísla bez znamienka používaného na číselné kódovanie. Rôzne programy môžu byť založené na rôznych tabuľkách => testovací dokument vytvorený jedným programom sa nemusí nevyhnutne čítať s iným programom.
množstvá booleovský typ mať iba dve hodnoty:
- PRAVDA(pravda)
- FALSE(nepravda)
Možno na ne aplikovať logické operácie, z ktorých hlavné sú a(a), alebo(alebo), nie(negácia). A alebo – na dve logické hodnoty (a>c a a = b). Nie - na jednu logickú hodnotu (nie a = b). Výsledkom výrazu s logickými údajmi (logický výraz) je logická hodnota. Výsledok operácie a= TRUE iba v jednom prípade, ak obe hodnoty = TRUE. Výsledok operácie alebo = FALSE iba v jednom prípade, ak obe hodnoty = FALSE. Operácia not zmení hodnotu booleovskej hodnoty.
V zmiešaných výrazoch má y prednosť aritmetické operácie, potom - pri porovnaní, nakoniec - pri logické operácie. Medzi nimi operácia nemá najvyššiu prioritu, potom - a potom - alebo.
Súbory a ich ukladanie
Akýkoľvek informačný objekt (samostatný dokument, samostatný program) uložený na disku a s názvom je súbor. Informácie o súboroch (ich názov, veľkosť, dátum a čas vytvorenia, umiestnenie na disku a pod.) sú uložené v adresároch. Katalóg- tabuľka, ktorej každý riadok obsahuje informácie o súbore alebo inom adresári. Adresár = súbor (okrem root) špeciálneho druhu. Keď sú súbory zapísané na disk, informácie o nich sa automaticky zapíšu do adresárov určených používateľom. Bežne sa pre stručnosť hovorí: „skopírovať súbor z adresára do adresára“, „vytvoriť adresár v adresári“, „vymazať súbor v adresári“ atď. To sa však v skutočnosti nedeje, pretože v adresároch nie sú žiadne adresáre ani súbory, iba informácie o nich.
Pri vytváraní každého disku sa na ňom automaticky vytvorí adresár, ktorý sa nazýva koreň. Na disku zaberá určité miesto s pevnou veľkosťou. Jeho názov pozostáva z 2 znaky: názov jednotky, za ktorým nasleduje dvojbodka.
V koreňovom adresári môžete vytvárať ďalšie adresáre tzv podadresáre alebo adresáre prvej úrovne hierarchie. Adresáre prvej úrovne hierarchie zase môžu vytvárať adresáre druhej úrovne atď. Takto vytvorený hierarchický (stromový) súborovú štruktúru údajov na disku. Používateľom vytvorené adresáre sú súbory. Každý súbor alebo adresár má dvojdielny názov oddelený bodkou. Ľavá strana - názov, správny - rozšírenie. Predĺženie spolu s bodkou je možné vynechať. Názov môže mať až 8 znakov (krátky názov) alebo až 256 znakov (dlhý názov). V rozšírení - nie viac ako 3 znaky. Za štandardné sa považuje používanie latinských písmen, číslic a podčiarkovníkov v názve. Pre prácu so zoznamami sa odporúča pomenovať súbory s príponami a adresáre bez prípon.
Ak chcete použiť akýkoľvek súbor, musíte určiť, v ktorom adresári sa tento súbor nachádza. To sa vykonáva zadaním cesty (trasy) k súboru pozdĺž stromu adresárov.
Trasa(cesta) je zoznam adresárov tak, ako sú vnorené (od vonkajšieho k vnútornému), oddelené znakom spätnej lomky (\ - spätná lomka). Pri zadávaní súborov je trasa uvedená pred ich názvom a potom za \ - názvom súboru (napríklad C:\Windows\win.com - znamená, že súbor win.com sa nachádza v Windows adresár, ktorý sa nachádza v koreňovom adresári jednotky C). Takýto záznam sa nazýva úplný. špecifikácia súboru. Krátky obsahuje iba názov súboru. Používateľom vytvorené adresáre a súbory sa počas nahrávania umiestňujú na vlastné miesto v pamäti disku. Súbory je možné zapisovať po častiach rôzne miesta disk. Počas procesu nahrávania sa súbor automaticky rozdelí na takéto časti a každá z nich sa zapíše na voľné miesto tento moment. Tieto časti sú tzv klastre. Veľkosť klastra závisí od množstva miesta na disku, zvyčajne pokrýva niekoľko sektorov. V súvislosti s týmto princípom nahrávania je celá plocha disku akoby rozdelená na takéto zhluky a tie slúžia na nahrávanie súborov. Súbory sa tiež čítajú po častiach veľkosti jedného klastra: súbor sa skladá zo samostatných častí zaznamenaných na rôznych miestach na disku. Tento spôsob ukladania súborov sa uskutočňuje pomocou tzv alokačné tabuľky súborovTUK. Vytvára sa na každom disku automaticky pri jeho vytvorení a používa sa na zapamätanie, kde sú časti súboru uložené. FAT bunky sú číslované od „0“ a zodpovedajú častiam diskovej pamäte s veľkosťou 1 klastra. Každá bunka môže obsahovať 0 (označuje, že príslušný klaster je voľný), číslo nasledujúceho klastra daný súbor alebo špeciálny číselný kód označujúci koniec reťazca zhlukov pre daný súbor. Na reprezentáciu čísel vo FAT sa používajú celočíselné dátové typy bez znamienka. V závislosti od počtu bitov použitých na reprezentáciu každého čísla existujú 16-bitové FAT (16-bitové), 32-bitové FAT (32-bitové). Ako špeciálny kód, označujúce koniec reťazca klastra, sa použije maximálny počet, ktorý môže byť reprezentovaný v bunke FAT. Pre 16 bitov je toto číslo 65535 (v hexadecimálnom tvare - FFFFF). Programy, ktoré umožňujú prezeranie a opravu FAT, zobrazujú tento kód na obrazovke v textovej forme (E OF). Adresár obsahuje informácie o súbore a najmä sériové číslo klastra, z ktorého súbor začína. Tieto informácie spolu s informáciami obsiahnutými vo FAT (odkazy na nasledujúce klastre) sa používajú na vyhľadávanie a čítanie súborov.
Počítačové siete
I. Hlavné vlastnosti
Počítačová sieť - súbor počítačov prepojených kanálmi prenosu informácií, ktoré používateľom poskytujú prostriedky na výmenu informácií a zdieľanie zdrojov (hardvér, softvér, informácie).
Typy sietí:
- miestne- hlavným rozlišovacím znakom je, že spravidla sú všetky počítače, ktoré spája, prepojené jedným komunikačným kanálom. Vzdialenosť medzi počítačmi je až 10 km (pri použití káblové pripojenie), do 20 km (rádiokomunikačné kanály). Lokálne siete spájajú počítače jednej alebo viacerých blízkych budov tej istej inštitúcie.
- globálne- vyznačujú sa rôznymi komunikačnými kanálmi a využívaním satelitných kanálov, ktoré umožňujú prepojenie komunikačných centier a počítačov umiestnených vo vzdialenosti 10-15 tisíc km od seba. Zvyčajne majú uzlovú štruktúru, pozostávajú z podsietí, z ktorých každá obsahuje komunikačné uzly a komunikačné kanály. Komunikačné uzly zabezpečujú efektivitu siete, sú k nim pripojené počítače, lokálne siete, veľké počítače a pod.
- intranety– kombinovať používateľov pracujúcich v rovnakej organizácii. Niektoré využívajú možnosti existujúcich lokálnych a globálnych sietí. Takáto sieť môže spájať počítače umiestnené v tej istej budove aj na rôznych miestach po celom svete.
V sieti sú verejné počítače, ktoré používateľom poskytujú informácie alebo výpočtové služby. server môže to byť počítač používaný na tento účel alebo miesto (v globálnych sieťach), kde môžete odoslať požiadavku na vykonanie služby. Takýmto miestom môže byť serverový počítač, lokálna sieť, sálový počítač atď.
Používateľské počítače môžu pracovať v sieťach dva režimy:
Režim pracovná stanica- počítač sa používa nielen na odosielanie požiadavky na server a prijímanie informácií z neho, ale aj na spracovanie týchto informácií
Režim terminál - posledný sa nevykonáva: informácie sa spracúvajú na serveri a používateľovi sa odosielajú iba výsledky tohto spracovania.
Serverový počítač je vo svojich schopnostiach oveľa lepší ako pracovné stanice a je vybavený rôznymi sieťovými kartami ( adaptéry) na pripojenie k sieťam. Súbor programov, ktoré poskytujú vytváranie sietí - siete softvér. Definuje typ služieb, ktoré je možné vykonávať v danej sieti. V súčasnosti bežné 2 hlavné pojmy vytvorenie takéhoto softvéru:
- "koncept súborového servera"– na základe toho, čo by mal sieťový softvér poskytovať mnohým používateľom informačné zdroje vo forme súborov => v takejto sieti sa volá server súbor a sieťový softvér sieťový operačný systém. Jeho hlavná časť je umiestnená na súborovom serveri a jeho malá časť je nainštalovaná na pracovných staniciach, tzv škrupina. Shell funguje ako rozhranie medzi programami pristupujúcimi k zdroju a súborový server. Takýto server je úložiskom súborov, ktoré používajú všetci používatelia. V tomto prípade sa automaticky presunú programy aj dátové súbory umiestnené na súborovom serveri pracovná stanica kde sa tieto údaje spracúvajú.
- "architektúra klient-server"- v tomto prípade sieťový softvér pozostáva zo softvérových systémov 2 triedy:
- serverové programy- tzv softvérové systémy, ktoré zabezpečujú chod servera
- klientske programy– softvérové systémy, ktoré poskytujú užívateľom-klientom
Prevádzka systémov týchto tried je organizovaná nasledovne: klientske programy posielajú požiadavky do serverového programu, hlavné spracovanie údajov sa vykonáva na serverovom počítači a do počítača používateľa sa posielajú iba výsledky požiadavky.
Siete LAN zvyčajne používajú koncept prvého typu s jedným súborovým serverom. V globále je hlavná „architektúra klient-server“.
Prezentácia informácií a ich prenos cez sieť sa uskutočňuje v súlade so štandardnými dohodami. Súbor takýchto štandardných konvencií sa nazýva protokol.
II.Typológia lokálna sieť
Typológia siete– logická schéma prepojenia počítačov (počítačov) komunikačnými kanálmi.
Najčastejšie sa používa v lokálnych sieťach 3 hlavné typológie:
- monokanál
- prsteň
- hviezdicovitý
Použitie kanála na prenos informácií spájajúceho uzly siete na fyzickej úrovni je určené protokolom tzv prístupová metóda. Tieto prístupové metódy sú implementované zodpovedajúcimi sieťové karty(adaptéry). Takéto adaptéry sú nainštalované v každom sieťovom počítači a zabezpečujú prenos a príjem informácií prostredníctvom komunikačných kanálov.
Monokanálová typológia– používa sa otvorený komunikačný kanál, ku ktorému sú pripojené všetky počítače. To sa nazýva jednokanálová zbernica(spoločný autobus).
Terminátor
Terminál slúži na pripojenie k otvoreným sieťovým káblom, určeným na absorbovanie prenášaného signálu. V takejto typológii sa spravidla používa prístupová metóda s predbežným počúvaním kanála na určenie, či je voľný.
ethernet(rýchlosť - 10 Mbps) - názov prístupovej metódy. Je možné použiť metódu prístupu rýchly ethernet(rýchlosť - 100 Mbps)
Tolerancia k poruchám jednotlivých uzlov
Hlavné nevýhody typológie:
Prerušenie kábla vedie k nefunkčnosti celej siete
Výrazné zníženie šírku pásma siete s významnými objemami dopravy(- informácie prenášané cez sieť)
Typológia prsteňa
 |
Ako komunikačný kanál používa uzavretý kruh pozostávajúci zo segmentov. Segmenty sa spájajú špeciálne zariadenia – opakovače(opakovačky). Opakovač je určený na prepojenie segmentov siete.
Hlavnou prístupovou metódou je tu Token Ring, prístupová metóda na odovzdávanie tokenov.
Existuje centrálny komunikačný uzol, ktorý spája všetky počítače v sieti. Active Center plne spravuje počítače v sieti. Spôsob prístupu je zvyčajne založený aj na použití tokenu (napr. Arcnet pri 2 Mbps). Okrem toho je možné implementovať prístupové metódy Ethernet a Fast Ethernet.
Hlavné výhody typológie:
Pohodlie z hľadiska riadenia interakcie počítačov
Jednoduchá zmena a rozšírenie siete
Hlavné nevýhody siete:
Ak aktívne centrum zlyhá, celá sieť vypadne
III.Štruktúra globálnej siete
Medzi sieťami je možné vymieňať informácie, na zabezpečenie takejto komunikácie sa využívajú prepojovacie nástroje, tzv mosty, smerovačov a brány. Ide o špeciálny počítač, ktorý má nainštalované dva alebo viac sieťových adaptérov, z ktorých každý zabezpečuje komunikáciu s jednou sieťou. Most sa používa na prepojenie sietí s rovnakým typom vnútrosieťových komunikačných kanálov. Smerovač spája siete rovnakého typu, ale s rôznymi intranetovými komunikačnými kanálmi. Brány sa používajú na zabezpečenie komunikácie medzi sieťami rôznych typov, na prepojenie sietí s rôznymi počítačové systémy(napríklad lokálna sieť – sálový počítač, lokálna sieť – globálna sieť, špecifická Osobný počítač- globálna sieť).
Globálna sieť zahŕňa komunikačné podsiete, ku ktorým sú pripojené lokálne siete, pracovné stanice a užívateľské terminály, ako aj serverové počítače. Komunikačná podsieť pozostáva z kanálov na prenos informácií a komunikačných uzlov. Komunikačné uzly sú určené na rýchly prenos informácií po sieti, výber optimálnej trasy prenosu informácií a pod., t.j. zabezpečiť efektívnosť siete ako celku. Takýmto uzlom je buď špeciálne hardvérové zariadenie alebo špecializovaný počítač s príslušným softvérom.
Servery a používatelia sa pripájajú ku globálnym sieťam najčastejšie prostredníctvom poskytovateľov služieb sieťového prístupu − poskytovateľov.
IV.Hlavné vlastnosti globálneho internetu
Každý používateľ a server musia mať jedinečnú adresu. Správa prenášaná cez sieť je dodávaná s adresami príjemcu a odosielateľa a počas prenosu je sieťovým adaptérom automaticky rozdelená na časti s pevnou dĺžkou, tzv. balíkov. V tomto prípade je každý paket (aj automaticky) dodávaný s adresami odosielateľa a príjemcu. Na prijímajúcom počítači sú pakety zostavené do jednej správy.
Každý server alebo používateľský počítač v sieti má 3 úrovňové adresy:
- miestna adresa- adresa sieťový adaptér. Tieto adresy prideľujú výrobcovia hardvéru a sú jedinečné, pretože sú jedinečné. ich pridelenie je centralizované. Táto adresa sa používa iba v rámci lokálnej siete.
- IP adresa– je štvorbajtová sekvencia (4 jednobajtové celé čísla bez znamienka) a skladá sa z 2 častí:
Prvé 2 bajty charakterizujú sieť
Druhé 2 bajty - špecifický uzol
Túto adresu prideľuje správca siete bez ohľadu na lokálnu adresu. Ak by sieť mala fungovať ako komponent Internet, potom je číslo siete (prvé 2 bajty) pridelené na odporúčanie špeciálnej organizácie ICANN. V opačnom prípade si sieťové číslo vyberá ľubovoľne správca. Číslo hostiteľa (druhé 2 bajty) prideľuje správca siete (napríklad 192.100.2.15). Uzol môže patriť do viacerých sietí. V tomto prípade musí mať viacero IP adries => IP adresa necharakterizuje samostatný počítač, a jeden sieťové pripojenie. Správa odoslaná cez sieť sa dodáva s IP adresami príjemcu a odosielateľa.
- adresa domény (Doménové meno) – pre používateľa je nepohodlné používať IP adresy v aktuálnej práci => existuje internet tzv. systém názvov domén (DNS). V tomto systéme sa zadávajú užívateľsky prívetivé textové názvy (identifikátory), nazývané doménové mená, a za nimi sú skryté zodpovedajúce IP adresy. Používateľ pracuje s doménovými názvami a príslušný softvér ich pomocou špeciálnych DNS serverov automaticky konvertuje na adresy, ktoré dodávajú prenášané pakety. Plne kvalifikovaný názov domény (adresa DNS) je séria názvov oddelených bodkou. Prvý vľavo je názov konkrétneho počítača, ďalej názov domény organizácie, regiónu a pod., posledný vpravo je názov tzv. koreňová doména. Označujú názvy koreňových domén na štát(napríklad ru - Rusko, us - USA, kz - Kazachstan a pod.) príp patriť do určitého typu organizácie(com - commercial, edu - education, gov - Government, mil - military, net - network, org - Organization). Neskôr boli definované ďalšie podobné koreňové domény (umenie - umenie, kultúra, firma - obchod, info - informácie, nom - jednotlivec).
Názvy počítačov, ktoré majú prístup na internet cez hostiteľa (napríklad server lokálnej siete), sú oddelené od ďalšej časti v celom názve nie bodkou, ale znakom @ ("et"). Napríklad, [e-mail chránený]
V. Druhy služieb na internete
Poskytovanie služieb na internete je postavené na základe modelu „klient-server“. Na pripojenie počítača k internetu stačí mať telefónnu linku, poskytovateľa, ktorý má bránu na internet a modem (mo dulyator- dem odulator) - špeciálny adaptér na pripojenie k globálnej sieti cez telefónne spojenie. Počítač ISP, ktorý užívatelia používajú na surfovanie po internete, sa nazýva hostiteľ. Medzi najznámejšie služby poskytované internetovými servermi patria:
- Email (e-mail) – predstavuje proces odosielania správ medzi počítačmi
- prenos súboru(FTP systém) - určený na odosielanie súborov zo špeciálnych FTP serverov akémukoľvek používateľovi, na prijatie súboru musíte zadať úplný názov servera a úplnú špecifikáciu súboru
- zobraziť zdroje(systém GOPHER) – vyhľadáva súbory na serveroch GOPHER podľa obsahu (predmet, kľúčové slovo, fráza atď.)
- telekonferencie- určené na diskusie a výmenu správ, umožňujú čítanie a posielanie správ informačným skupinám otvoreným na rôzne témy. Najväčším je telekonferenčný systém usenet(používateľ sa môže „prihlásiť“ na odber ktorejkoľvek z dostupných tém, prezerať novinky, posielať správy). Ďalším významným telekonferenčným systémom je IRC(Internet Relay Chat) (umožňuje členom skupiny chatovať skutočný režimčas (interaktívny režim), v tomto prípade používateľ vidí na obrazovke neustále prichádzajúce informácie a zároveň môže umiestňovať svoje správy, ktoré sa okamžite objavia na obrazovkách všetkých ostatných členov skupiny)
- Celosvetový web www(world wide web) – ide o pokus spojiť možnosti vyššie uvedených nástrojov v jednom informačnom nástroji a pridať k nim prenos grafické obrázky, zvuky, video. Princíp je založený hypertext(- systém informačné objekty s krížovými odkazmi dokumenty obsahujú odkazy na iné dokumenty, ktoré spolu súvisia). Predtým používaný len na textové dokumenty, v súčasnosti sa nazýva hypertextový dokument hypermediálny dokument. Prepojené objekty môžu byť umiestnené na vzdialené počítače. Hypermediálne dokumenty sa vytvárajú pomocou špeciálneho jazyka HTML (Hypertext Markup Language) a ukladajú sa špeciálne servery(www-server, web-server). Tieto dokumenty sa často označujú ako webové stránky alebo webové lokality. Zavolajú sa zodpovedajúce klientske programy prehliadačov(z anglického prehliadača) - vyhľadávací systém. Väčšina moderné prehliadače poskytujú prístup nielen k stránkam webových serverov, ale aj k iným typom služieb. Zároveň, odvolávajúc sa na rôzne zdroje, tzv. adresy URL ( jednotný vyhľadávač zdrojov). Má nasledujúci formát: kód zdroja:/špecifikácia požiadavky. Zdrojový kód definuje typ služby, s ktorou musíte pracovať: http - práca s webovými servermi, pre prehliadanie webových stránok, ftp - ftp systém, gopher - gopher systém, novinky - komunikácia s use-net, mailto - e-mail atď. .
Jednotky na meranie množstva a objemu informácií.
N- Hartleyho vzorec.
V počítači je najmenšia jednotka informácie trocha. Zastúpenie každého bitu závisí od typu pamäťového média. Na papieri je bit reprezentovaný jednotkou alebo nulou. vnútorná pamäť to zodpovedá jednému z dvoch stavov elementu bunky. Na magnetickom povrchu je to bod (magnetizovaný alebo nemagnetizovaný) a na povrchu optický disk to zodpovedá prítomnosti alebo neprítomnosti vybrania. Akákoľvek informácia je zakódovaná určitou kombináciou, t.j. binárne znaky.
Množstvo informácií.
Keďže každý bit môže nadobudnúť jednu z dvoch hodnôt (0 alebo 1), sekvencia i-bitov môže nadobudnúť N=2 ͥ rôzne hodnoty => pre akúkoľvek N-cifernú abecedu (t. j. pozostávajúcu z N znakov) , počet bitov kat. potrebný na vyjadrenie ktoréhokoľvek z týchto znakov sa vypočíta podľa vzorca: i = log2 N. Táto hodnota sa berie ako množstvo informácií obsiahnutých v správe pozostávajúcej z jedného znaku N-miestnej abecedy. Moc je počet znakov v abecede. Z Hartleyho vzorca vyplýva, že množstvo informácií obsiahnutých v správe pozostávajúcej z M-znakov (m-bitová správa), keď je každý znak rovnako pravdepodobne prevzatý z abecedy s mocninou N, sa rovná i = m*log2 N.
Napríklad:
V slove INFORMATIKA je 11 znakov, t.j. m=11. Ak sa použije 32-znaková abeceda, dostaneme: i=11* log2 32 = 11*5 = 55.
Množstvo informácií.
Na rozdiel od kvantity sa množstvo informácií zaznamenaných v binárnych znakoch v pamäti počítača alebo na externom médiu vypočíta podľa počtu binárnych znakov potrebných na takýto záznam. Typicky je najmenšou jednotkou informácie bajt pozostávajúci z 8 bitov => každý bajt môže mať 256 (2^8) rôznych hodnôt, pričom najmenšia je 00000000 a najväčšia je 11111111. Bajty sa kombinujú do väčších množín v závislosti od účel použitia (vstup, výstup atď.). Na meranie množstva pamäte sa používajú aj väčšie jednotky merania (KB, MB a GB). Prechod z menšej jednotky merania na väčšiu sa vykonáva pomocou koeficientu 2^10 = 1024.
1 KB = 1024 bajtov
1 MB = 1024 kB
1 GB = 1 024 MB
Na meranie väčšej pamäte použite Terabajt (Tb) = 1024 GB; a petabajt (Pb) = 1024 Tb.
Akékoľvek informácie sú prezentované v počítači ako postupnosť bajtov, pričom v samotných bajtoch nie je nič, čo by umožňovalo s nimi zaobchádzať ako s číslami, textom alebo inými údajmi. Každopádne informácie sú zakódované vo forme postupností núl a jednotiek, t.j. kladné celé binárne čísla. ich výklad (pochopenie) závisí od toho, ktorý program a akú činnosť v danom a konkrétnom okamihu vykonáva. Ak má program pracovať s číslami, potom sú bajty reprezentované ako čísla, na ktoré sa aplikujú aritmetické operácie.
Číselné sústavy.
číslo je znak, ktorý označuje určité množstvo niečoho.
Takéto znaky sú napísané na základe pravidiel, ktoré tvoria číselný systém. Čísla sa píšu pomocou špeciálnych znakov, ktoré sa navzájom líšia, ktoré sa nazývajú čísla. Existujú rôzne systémy (nepolohové a polohové). V nepolohových sústavách Význam každej číslice nezávisí od jej umiestnenia v čísle.
Napríklad:
V rímskom systéme je V päť, L päťdesiat, X desať. Nevýhodou takýchto systémov je náročnosť písania čísel a chýbajúce štandardné pravidlá.
V pozičných číselných sústavách význam číslice závisí od jej umiestnenia v čísle a zápis čísel a pravidlá na vykonávanie aritmetických operácií s nimi sú štandardizované a formalizované. V tomto číselnom systéme je číslo je skratka pre sumu.
Napríklad:
Číslo je postupnosť koeficientov s mocninou 10. Číslo 10 sa nazýva základ desiatkovej číselnej sústavy. Ak nastavíme ako základ iné číslo, dostaneme inú číselnú sústavu.
Pozičná číselná sústava je daná hodnotou základu a množiny čísel. Základy sa rovnajú počtu číslic. Najmenej nula, každá ďalšia viac ako predchádzajúca. Akákoľvek veličina môže byť reprezentovaná ako číslo v rôznych číselných sústavách a tieto reprezentácie budú vzájomne korešpondujúce jedna ku jednej, označujúce rovnakú veličinu.
(10.10.2012)
Uvažujme napríklad o reprezentácii čísel v hexadecimálnej číselnej sústave. Potom je základ 16. Čísla: prvých desať číslic (od 0 do 9) si môžeme požičať z desiatkovej číselnej sústavy, zvyšných šesť číslic zodpovedajúcich číselným hodnotám od 10 do 15 označíme A, B, C , D, E, F. V tomto prípade A = číslo 10, B = číslo 11 atď. F = číslo 15. Takéto označenie sme nútení urobiť z toho dôvodu, že nie je možné označiť čísla s použitím pomocou iných čísel.
Aritmetické operácie v ľubovoľnej číselnej sústave sa vykonávajú rovnakým spôsobom ako v desiatkovej sústave, musíte brať do úvahy iba veľkosť základne. Napríklad: 15+14=31 (osmičkový systém zúčtovanie). V počítači sú všetky dáta reprezentované v binárnom systéme. Napríklad: 
Štyri bity môžu predstavovať 16 desiatkových čísel (od 0 do 15). Systém hexadecimálnych čísel sa používa ako skratka na prezeranie alebo úpravu binárnych údajov. programy , poskytujúce „priamu“ prácu osoby s údajmi uloženými v pamäti počítača, pri interakcii s osobou automaticky konvertujú binárne zobrazenieúdaje do šestnástkovej sústavy a naopak.
Akékoľvek údaje zapísané v jednom byte sú reprezentované dvoma hexadecimálnymi číslicami, z ktorých prvá zodpovedá prvým štyrom bitom a druhá druhým štyrom bitom. To je dôvod pre použitie hexadecimálnej sústavy.