информатика зачет. 1. Система счисления определение, виды, примеры Система счисления
 Скачать 2 Mb.
|
|
Тема 1 1. Система счисления – определение, виды, примеры Система счисления — символический метод записи чисел , представление чисел с помощью письменных знаков . Система счисления: даёт представления множества чисел ( целых и/или вещественных ); даёт каждому числу уникальное представление (или, по крайней мере, стандартное представление); отражает алгебраическую и арифметическую структуру чисел. В позиционных системах счисления один и тот же числовой знак ( цифра ) в записи числа имеет различные значения в зависимости от того места ( разряда ), где он расположен. Наиболее употребляемыми в настоящее время позиционными системами являются: 2 — двоичная (в дискретной математике, информатике, программировании); 3 — троичная; 8 — восьмеричная; 10 — десятичная (используется повсеместно); 12 — двенадцатеричная (счёт дюжинами); 16 — шестнадцатеричная (используется в программировании, информатике); 60 — шестидесятеричная (единицы измерения времени, измерение углов и, в частности, координат, долготы и широты). В позиционных системах чем больше основание системы, тем меньшее количество разрядов (то есть записываемых цифр) требуется при записи числа. Также есть смешанная система счисления, Факториальная система счисления, фибоначчиева система счисления, непозиционных системах счисления, биномиальной системе счисления и много других 2. Суть процесса аналого-цифрового преобразования Аналого-цифровое преобразование заключается в преобразовании информации, содержащейся в аналоговом сигнале, в цифровой код. Цифро-аналоговое преобразование призвано выполнять обратную задачу, т.е. преобразовывать число, представленное в виде цифрового кода, в эквивалентный аналоговый сигнал. АЦП, как правило, устанавливаются в цепях обратных связей цифровых систем управления для преобразования аналоговых сигналов обратных связей в коды, воспринимаемые цифровой частью системы. Т.о. АЦП выполняют несколько функций, таких как: временная дискретизация, квантование по уровню, кодирование. 3. Краткая характеристика кодирования звуковой информации Звуковой сигнал - это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче звук, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. дискретизации звука – это количество измерений звука за одну секунду. Чем больше количество измерений производится за 1 секунду, тем качественнее звук. Глубина кодирования звука (I)– это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретныхуровней громкостицифрового звука. Количество уровней громкости рассчитывается по формуле N =2 I =2 16 =65536 Информационный объем цифрового стерео звукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, 24 КГц) будет равен: 16 бит 24000 2 = 768 000 бит=96 000 байт=93,75 Кбайт Количество выборок в секунду может быть в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 Кгц. 4. Краткая характеристика растрового и векторного способа представления графической информации е кторная гра фика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике , основанной на использовании элементарных геометрических объектов, таких как: точки, линии, сплайны и многоугольники . Объекты векторной графики являются графическими изображениями математических функций. Термин используется в противоположность к растровой графике , которая представляет изображение как матрицу фиксированного размера, состоящую из точек (пикселей) со своими геометрическими параметрами. Способ хранения изображения Рассмотрим, к примеру, такой графический примитив, как окружность радиуса r. Для её построения необходимо и достаточно следующих исходных данных: 1. координаты центра окружности; 2. значение радиуса r; 3. цвет заполнения (если окружность не прозрачная); 4. цвет и толщина контура (в случае наличия контура). Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольных) на мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и домах Важными характеристиками изображения являются: 1. количество пикселей — может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте (1024×768, 640×480 и т. п.) или же общее количество пикселей; 2. количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость: , где — количество цветов, — глубина цвета); 3. цветовое пространство (цветовая модель) — RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.; 4. разрешение — справочная величина, говорящая о рекомендуемом размере изображения. 5. Принцип формирования цвета в цветовых моделях RGB и CMYK RGB Аббревиатура RGB означает названия трех цветов, использующихся для вывода на экран цветного изображения: Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Как формируется цвет RGB? Цвет на экране монитора формируется при объединении лучей трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Если интенсивность каждого из них достигает 100%, то получается белый цвет. Отсутствие всех трех цветов дает черный цвет. Таким образом, любой цвет, который мы видим на экране, можно описать тремя числами, обозначающими яркость красной, зеленой и синей цветовых составляющих в цифровом диапазоне от 0 до 255. Графические программы позволяют комбинировать требуемый RGB-цвет из 256 оттенков красного, 256 оттенков зеленого и 256 оттенков синего. Итого получается 256 х 256 х 256 = 16,7 миллионов цветов. Где используются изображения в режиме RGB? Изображения в RGB используются для показа на экране монитора. При создании цветов, предназначенных для просмотра в браузерах, как основа используется та же цветовая модель RGB. CMYK Что такое CMYK? Система CMYK создана и используется для типографической печати. Аббревиатура CMYK означает названия основных красок, использующихся для четырехцветной печати: голубой (Сyan), пурпурный (Мagenta) и желтый (Yellow). Буквой К обозначают черную краску (BlacK), позволяющую добиться насыщенного черного цвета при печати. Используется последняя, а не первая буква слова, чтобы не путать Black и Blue. Как формируется цвет CMYK? Каждое из чисел, определяющее цвет в CMYK, представляет собой процент краски данного цвета, составляющей цветовую комбинацию. Например, для получения тёмно-оранжевого цвета следует смешать 30 % голубой краски, 45 % пурпурной краски, 80 % жёлтой краски и 5 % чёрной. Это можно обозначить следующим образом: (30/45/80/5). Используется для печати на принтере ! 5. Алгоритм – определение, основные свойства. Алгоритм - точное предписание исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения поставленной цели за конечное число шагов. Алгоритм – система точных и понятных предписаний (команд, инструкций, директив) о содержании и последовательности выполнения конечного числа действий, необходимых для решения любой задачи данного типа. Как всякий объект, алгоритм имеет название (имя). Также алгоритм имеет начало и конец. Свойства: • Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего. • Определенность – каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче. • Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов. • Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма. 6. Способы записи алгоритмов (с примерами) На практике наиболее распространенными являются следующие формы записи алгоритмов: 1)графическая запись (блок-схемы); 2) словесная запись (псевдокоды); 3) язык программирования. 7. Краткая характеристика типовых конструкций алгоритмов Типовые конструкции алгоритмов: Линейная. Циклическая. Разветвляющаяся. Вспомогательная. Линейный (последовательный) алгоритм – описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке. Циклический – описание действий или группы действий, которые должны повторяться указанное число раз или пока не выполнено заданное условие. Совокупность повторяющихся действий – тело цикла. Разветвляющийся – алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий. Условие – выражение, находящееся между словом «если» и словом «то» и принимающее значение «истина» (ветвь «да») или «ложь» (ветвь «нет»). Возможна полная и неполная форма ветвления. Вспомогательный – алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя. Вспомогательному алгоритму должно быть присвоено имя. Тема 2 1. Краткая характеристика ручного этапа развития вычислительной техники Ручной этап развития ВТ начался на заре человеческой цивилизации - он охватывает период от 50 тысячелетия до н.э. и до XVII века. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, счетные палочки, узелки и т.д. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты. Логарифмическая линейка - последнее средство для счета, которое относят к ручному этапу. Способы счета ручного периода продолжают использоваться и в наше время. Нередко используется пальцевый счет. Счеты в недавнем прошлом в СССР использовали повсеместно. Да еще и сегодня кое - где их можно встретить, помогающими в расчетных операциях. А логарифмическая линейка, вплоть до 1970 - х гг., была основным инструментом любого инженера. 2. Краткая характеристика механического этапа развития вычислительной техники Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений, обеспечивающий перенос старшего разряда. Использование таких машин способствовало «автоматизации умственного труда». Увеличение во второй половине 19 века вычислительных работ в целом ряде областей человеческой деятельности выдвинуло настоятельную потребность в ВТ и повышение требований к ней. В этот период английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. Первая спроектированная Беббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Работающая модель была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы. Главным достижением этой эпохи можно считать изобретение арифмометра ученым, по имени Однер. Главная особенность детища Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов вместо ступенчатых валиков. Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры. Первоначально появление в этот период ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров, прежде всего из-за различия в назначении, а также в стоимости и распространенности. Однако, с 60 годов в массовое использование все активнее проникают электронные клавишные вычислительные машины, выпускаемые вначале на лампах, а с 1964 г. на транзисторах. Лидерство в этом направлении сразу же захватила Япония, которая отличалась миниатюризацией электронной техники, включая ВТ. 3.Краткая характеристика электромеханического этапа развития вычислительной техники Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887 г ) до первой ЭВМ ENIAC (1945 г.) Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле),позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Первый счетно-аналитический (счетно-перфорационный) комплекс был создан в США Г. Холлеритом в 1887 г. и состоял из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. На основе этой ВТ создаются машинно-счетные станции для механизированной обработки информации, послужившие прообразом современных вычислительных центров (ВЦ). В 20—30-е годы 20 века применение счетно- перфорационной техники становится ведущим фактором развития ВТ; только появление ЭВМ ограничило ее применение. Основным носителем информации (ввод/вывод) для ЭВМ остается перфокарта, а в качестве периферийных используются перфокарточные устройства (например перфораторы), предложенные Холлеритом. Даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использования перфокарточной технологии. Прежде всего, это относится к большим и су- пер-ЭВМ. Таким образом, перфокарточная технология обработки информации с использованием ВТ, впервые предложенная Бэбиджем и реализованная Холлеритом, до сих пор не сдана в музей истории вычислительной техники. Последним же крупным проектом следует считать построенную в 1957 г. в СССР релейную вычислительную машину (РВМ-1) и эксплуатирующуюся до конца 1964 г. в основном для решения экономических задач. Например, на ней производился перерасчет цен на товары в связи с денежной реформой 1961 г. Создание модели РВМ-1 хоть и было весьма запоздалым, но проект ее был чрезвычайно удачным и представляется нам венцом развития релейной ВТ; РВМ-1 на целом ряде задач была вполне конкурентоспособна с ЭВМ того времени, весьма надежна и ее быстродействие было на уровне первых малых ЭВМ 4.Основные принципы организации ЭВМ по фон Нейману По фон Нейману ЭВМ должна иметь следующие устройства: - арифметико-логическое устройство (АЛУ); - устройство управления (УУ); - внешнее устройство (ВУ); - оперативную память (ОЗУ). Все эти устройства работают во взаимосвязи. Всеми этими устройствами управляет устройство управления. В 1945 году Джон фон Нейман подготовил отчет, в котором определил следующие основные принципы работы и элементы архитектуры компьютера 1. Компьютер состоит из процессора (центрального обрабатывающего устройства), памяти и внешних устройств. 2. Единственным источником активности (не считая стартового или аварийного вмешательства человека) в компьютере является процессор, который, в свою очередь, управляется программой, находящейся в памяти. 3. Память компьютера состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес. Каждая ячейка хранит команду программы или единицу обрабатываемой информации. Причем и команда, и информация имеют одинаковое представление. 4. В любой момент процессор выполняет одну команду программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора – счетчике команд. 5. Обработка информации происходит только в регистрах процессора. Информация в процессор поступает из памяти или от внешнего устройства. 6. В каждой команде программы зашифрованы следующие предписания: из каких ячеек взять обрабатываемую информацию; какие операции совершить с этой информацией; в какие ячейки памяти направить результат; как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда взять следующую команду для выполнения. 7. Процессор исполняет программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд до тех пор, пока не получит команду остановиться. В 1951 году был создан первый компьютер, предназначенный для коммерческого использования, – ENIAC1 (универсальный автоматический компьютер), в котором были реализованы все принципы архитектуры фон Неймана. 5.Принцип выделения поколений ЭВМ В основе выделения поколений ЭВМ лежит элементная база процессора. Эта и другие характеристики ЭВМ разных поколений приведены в таблице Характеристик и Первое 1951- 1954 гг. Второе 1958- 1960 гг. Третье 1965-1966 гг. Четвертое Пятое 1976 - 1979 гг. 1985 г. 1. Элементная база ЦП Электрон ные лампы Транзист оры Интеграль ные схемы БИС СБИС СБИС + опто - и крио - электроник а 2. Элементная база ОЗУ Электрон но- лучевые трубки Ферритов ые сердечни ки Ферритов ые сердечник и БИС СБИС СБИС 3. Maксимальна я емкость ОП в байтах 10 2 10 3 10 4 10 5 10 7 10 8 4. Максимально е быстродейств ие ЦП в ОС 10 4 10 6 10 7 10 8 10 9 + многопроцессор ность 10 12 + многопроц 5. Языки программиро вания Машинн ый код + ассембле р + процедур ные языки высокого уровня (ЯВУ) + новые процедурн ые ЯВУ + непроцедурные ЯВУ + новые непроцедур ные ЯВУ 6. Средства связи пользователя с ЭВМ Пульт управлен ия, перфокар Перфока рты, перфоле нты Алфавитн о- цифровой терминал Монохром ный графическ ий Цветной графический дисплей, клавиатура, + устройства голосовой связи с ЭВМ ты дисплей, клавиатур а "мышь" и т.д. |