double arrow

Информационные процессы и технологии

3

 

Под процессом следует понимать определённую совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.

Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда игра­ли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества про­сматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутрен­нее содержание, по существу, остаётся неизменным.

Сбор информации— это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведе­ния об интересующем его объекте. Сбор информации может производиться или чело­веком, или с помощью технических средств и систем — аппаратно.

Обмен информацией— это процесс, в ходе которого источник информации ее пере­дает, а получатель — принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошиб­ки, то организуется повторная передача этой информации

Накопление информации — процесс формирования исходного несистематизированного массива информации.Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой це­лью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.).

Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установлен­ные сроки.

Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соот­ветствии с алгоритмом решения задачи.

Выдача информации — передача конеч­ного результата пользователю в требуемом виде после решения задачи обработки информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью вне­шних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества, наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию.

Древние греки считали, что технология (techne — мастерство + logos — учение) — это мастерство (искусство) делать вещи. Более емкое определение это понятие приоб­рело в процессе индустриализации общества.

Технология — это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, при которых происхо­дит качественное изменение обрабатываемых объектов.

Под технологией материального производства понимают процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения со­стояния, свойств, формы сырья или материала. Технология изменяет качество или первона­чальное состояние материи в целях получения материального продукта.

Информационная технология — это процесс, использующий совокупность методов, производственных про­цессов и программно-технических средств, объединённых в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение первичной информации (данных) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта). На рис 1.1 представлена схема информационной технологии.

 
 

 


Рис 1.1. Схема технологии переработки

информационных ресурсов

 

Применение информационной технологии снижает трудоемкость процессов использования информационного ре­сурса, повышает их надежность и оперативность.

Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа чело­веком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия. Применяя разные технологии переработки информации к одним и тем же данным, можно получить разные информационные продукты.

Информационные технологии характеризуются следующими основными свой­ствами:

· предметом (объектом) обработки, которым являются данные;

· целью процесса, которой является получение информации;

· средствами осуществления процесса, которыми служат программные, аппаратные и про­граммно-аппаратные вычислительные комплексы;

· процессами обработки данных, разделяющимися на операции в соответствии с данной предметной областью;

· выбором управляющих воздействий на процессы, который должен осуществляться лицами, принимающими решение;

· критериями оптимизации процесса, которыми являются своевременность доставки информации пользователю, ее надежность, достоверность, полнота.

Технологический процесс переработки информации можно представить в виде иерархической структуры, состоящей из этапов, действий, операций по уровням:

1-й уровень — этапы, где реализуются сравнительно длительные технологи­ческие процессы, состоящие из операций и действий последующих уровней;

2-й уровень — операции, в результате выполнения которых будет создан кон­кретный объект в выбранной на 1-м уровне программной среде;

3-й уровень — действия — совокупность стандартных для каждой про­граммной среды приемов работы, приводящих к выполнению поставленной в соответ­ствующей операции цели. Каждое действие изменяет содержание экрана;

4-й уровень — элементарные операции по управлению мышью и кла­виатурой.

Освоение информационной технологии и ее дальнейшее использование сводится к тому, что нужно сначала хорошо овладеть набором элементарных операций, число которых ограничено. Из этого ограниченного числа элемен­тарных операций в разных комбинациях составляется действие, а из действий (также в раз­ных комбинациях) - операции, которые определяют тот или иной технологический этап. Совокупность технологических этапов образует технологический процесс (технологию).

Технологический процесс необязательно должен состоять из всех уровней. Он может начинаться с любого уровня и не включать, например, этапы или операции, а состоять только из действий. Для реализации этапов технологического процесса могут использоваться раз­ные программные среды.

Информационная технология, как и любая другая, должна отвечать следующим требованиям:

· обеспечивать высокую степень расчленения всего процесса обработки информации на этапы (фазы), операции, действия;

· включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;

· иметь регулярный характер.

Этапы, действия, операции технологического процесса могут быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.

Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использо­вания информационных ресурсов общества. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки ин­формации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концеп­цию построения и использования технологических процессов, так и на качество результатной информации.

Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап разви­тия информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоеди­нения одного из слов: "новая" или "компьютерная".

Новая информационная технология — это технология с "дружественным" интерфейсом работы пользователя, использующая различные средства передачи информации: персо­нальные компьютеры, телефон, телеграф, факс и телекоммуникационные средства.

Три основных принципа новой (компьютерной) ин­формационной технологии:

• интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;

• интегрированность (стыковка, взаимосвязь) с другими про­граммными продуктами;

• гибкость процесса изменения (данных, постановок задач).

Реализация информационного процесса осуществляется с по­мощью различных средств производства информации, которые будут являться аппаратным, программ­ным и математическим обеспечением этого процесса. Они производят переработ­ку первичной информации в информацию нового качества. Выделим отдельно из этих средств программные продукты и назовем их инструментарием, а для большей четкости можно его конкретизировать, назвав программным инструментарием информационной тех­нологии. Определим это понятие.

Инструментарий информационной технологии — один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа ком­пьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.

В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами дан­ных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), эксперт­ные системы и т.д.

Информационная техника представляет собой материальную основу информацион­ной технологии, осуществляющей сбор, хранение, передачу и обра­ботку информации.

Во второй половине XX века основу информационной техники, составляют электронные вычислительные машины, положившие начало "компьютерной технологии".

 

1.4. Технические средства реализации

информационных процессов

 

Вычислительной системой называется конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенных для обслуживания одного рабочего участка. Её центральным устройством является компьютер.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Часто, говоря о компьютере, имеют в виду вычислительную систему.

Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято классифицировать по определенным признакам, например, по габаритам и функциональным возможностям (производительности):

· сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ);

· большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);

· средние ЭВМ;

· малые или мини-ЭВМ;

· сверхмалые микро-ЭВМ;

· персональные компьютеры;

· микропроцессоры.

При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играет понятие архитектуры ЭВМ (рис. 1.2).

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектура ЭВМ учитывает множество факторов, среди которых важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства.

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от структуры, которая средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы и т.д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства (рис. 1.2).

 

 
 

 


 

 

Рис. 1.2. Основные компоненты архитектуры ЭВМ

 

Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанного Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· устройство управления (УУ);

· запоминающее устройство (ЗУ);

· устройства ввода-вывода (УВВ);

· пульт управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором (рис. 1.3.).

 

 
 

 


Рис. 1.3. Обобщенная логическая структура ЭВМ

 

Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он пред­назначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор исполь­зует собственную память небольшого объема, именуемую местной, или сверхоператив­ной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.

Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы — последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выпол­нения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшиф­ровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоми­нающем устройстве - памяти вычислительной машины, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминаю­щие устройства различных типов. Функционально она делится на две части: внутрен­нюю и внешнюю.

Внутренняя, илиосновная память, - это запоминающее устройство, напрямую свя­занное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и дан­ных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную(ОЗУ) и постоянную (ПЗУ).Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутрен­ней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении пи­тания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.Посто­янная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранят­ся часто используемые (универсальные) программы и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информа­ции и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являют­ся переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обра­щения к ней требуется больше времени, чем к внутренней.

Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных уст­ройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и вы­полняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а также накопители на маг­нитных лентах.

По принципам функционирования ВЗУ разделяются наустройства прямого дос­тупа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последователь­ного доступа (накопители на магнитных лентах). Первые обла­дают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запо­минающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Вторые используются в основном для резерви­рования информации.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Иногда их называют периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устрой­ствами, так называемые адаптеры или контроллёры.

Системный интерфейс — это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаи­модействия ее устройств и обмена информацией между ними.

В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые ка­налами, обеспечивающими высокую скорость обмена данными между ком­понентами ЭВМ.

Отличительная особенность малых ЭВМ состоит в использовании в качестве сис­темного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общейшиной. В первом случае для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором - все устройства ЭВМ объединяются с помо­щью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов.

Пульт управления служит для выполнения оператором ЭВМ или системным про­граммистом системных операций в ходе управления вычислительным процессом, который конструктивно часто выполняется вме­сте с центральным процессором. Кро­ме того, при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инже­нерно-технический персонал.

В связи с внедрением персонального компьютера во все сферы жизнедеятельности человека остановимся на его устройстве (рис. 1.4.) более подробно. Компьютер предназначен для выполнения двух основных функций: вычислительной и обработки информации.

Все основные устройства компьютера расположены в системном блоке, что видно из схемы.

Микропроцессор – "сердце компьютера". Выполняет все вычисления и обработку данных, управляет работой всех остальных устройств. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. Микропроцессор характеризуется типом (моделью) и тактовой частотой. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) он выполняет в одну секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая опе­рация типа сложения, пересылки, сравнения и т. д. Она измеряется в мегагерцах (МГц). Например, 66, 90, 100, 166, 266, 466 и т. д. МГц. Типы Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Pentium, Pentium I, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.

 

 

Рис. 1.4. Устройства персонального компьютера

 

Память компьютера подразделяется на:

- внутреннюю оперативную (ОЗУ) (характеризуется объёмом, например, 1, 2, 4, 8, 16, …, 126, 256, 512 Мбайт);

- сверхоперативную (КЕШ-память);

- память на жёстком диске (винчестер);

- внешнюю память (на гибких магнитных и CD дисках ).

КЕШ-память – "сверхоперативная" память относительно небольшого объёма, в которой хранятся наиболее часто используемые при работе микропроцессора участки оперативной памяти. Располагается "между" микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кеш-памяти. Характеризуется объёмом: 128, 256,512 Кбайт.

Память на жёстком магнитном диске (винчестере) предназначена для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером. Это программы операционной системы (Windows), часто используемые пакеты программ, прикладные программы (Word, Excell и др.), а также пользовательские программы и документы. При выключении компьютера вся информация сохраняется. Винчестеры характеризуются своей ёмкостью – объёмом хранимой на них информации. Например: 4 Гбайта, 20 Гбайт, 40 Гбайт и т.д.

Внешняя память на гибких "флоппи" дисках и CD-дисках используется для хранения информации, не используемой постоянно, для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, для хранения резервных архивных копий информации, содержащейся на жёстком диске. Различают диски CD-R, CD-RW и DVD, дискеты 5,25" и 3,5" дюйма. Диски более надёжны и могут хранить значительно больше информации, чем дискеты. В настоящий момент дискеты на 5,25" практически перестали использоваться. Современные компьютеры не оснащены дисководами для них.

Контроллёры и адаптеры внешних устройств представляют собой электронные схемы, которые управляют внешними устройствами: клавиатурой, принтером, монитором, модемом и т.д. Они взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль (шину) передачи данных.

К устройствам, входящим в состав системного блока, можно отнести и CD-ROM - устройство для считывания информации с лазерных компакт-дисков.

Все перечисленные устройства крепятся внутри системного блока, часть из них на специальной плате, называемой материнской, и соединены системной шиной – устройством, осуществляющим обмен данными между всеми устройствами компьютера.

Дисплей (монитор) – устройство для вывода текстовой и графической информации на экран. Дисплеи бывают монохромными и цветными. Различаются дисплеи и размерами по диагонали 14", 15", 17" , 19", типом EGA, VGA, Super VGA, жидкокристаллические и разрешающей способностью – количеством точек по горизонтали и по вертикали.

Клавиатурапредназначена для ввода в компьютер буквенно-цифровой информации, а также ряда специальных символов.

Манипулятор "мышь" облегчает ввод информации в компьютер. Наиболее полно удобство этого устройства ввода пользователь ощутил, когда основной операционной системой, используемой повсеместно, стала Windows различных версий. Ввод информации с помощью "мыши" осуществляется нажатием одной из её клавиш.

Принтер предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую, а многие и графическую информацию. Различают черно-белые и цветные принтеры. Они подразделяются на три основных класса: матричные, струйные и лазерные. Матричные принтеры оснащены печатающей головкой с набором металлических иголок, которые ударяют по бумаге через красящую ленту при движении головки вдоль печатаемой строки. В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Лазерные принтеры переносят изображение на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Наиболее качественную печать дают лазерные принтеры.

При обработке информации мы пользуемся всеми устройствами, включёнными в компьютер.

 

1.5. Системы счисления и представление данных

 

В вопросах организации обработки информации с помощью ЭВМ важное место занимают системы счисления, формы представления данных и специальное кодирование чисел.

Совокупность приемов наименования и записи чисел называетсясчислением.

Под системой счисления понимается способ представления любого числа с помощью ограниченного алфавита символов, называемых цифрами. Счисление представляет собой частный случай кодирования, где слово, записанное с использованием определенного алфавита и по определенным правилам, называетсякодом. Применительно к счислению этокод числа.

В общем случае в такой позиционной системе счисления с основанием q любое число Х может быть представлено в виде полинома разложения:

Х(q) = xn-1qn-1+xn-2qn-2+…+ x1q1+x0q0+x-1q-1+…+x-mq-m = , (1.1)

где Х(q) - запись числа в системе счисления с основанием q;

q - основание системы счисления;

xi - целые числа, меньше q;

n - число разрядов (позиции) в целой части числа;

m - число разрядов в дробной части числа.

Например:

 

4295, 6731(10) = 4· 103+2·102+ 9·101+5·100+6·10-1+7·10-2+1·10-4.

 

Для обозначения используемой системы счисления, её основание указывается в виде индекса в круглых скобках. Изображение числа Х(q) в виде последовательности коэффициентов х(i) полинома является его условной сокращенной записью (кодом):

 

X(q) = xn-1, xn-2,…, x1, x0, x-1, …, x-m. (1.2)

 

Запятая отделяет целую часть числа от дробной и служит началом отсчета значений веса каждой позиции (разряда).

В информатике применяют позиционные системы счисления с недесятичным основанием: двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную, т. е. системы счисления с основанием q = 2k, где k =1, 3, 4.

Наибольшее распространение получила двоичная система счисления. В этой системе для представления любого числа используются два символа - цифры 0 и 1. Основание системы счисления q = 2.

Произвольное число с помощью формулы (1.1) можно представить в виде разложения по степеням двойки:

 

X(2) = xn-12n-1+xn-22n-2+…+x121+…+x-m2-m.

 

Тогда условная сокращенная запись в соответствии с (1.2) означает изображение числа в двоичной системе счисления (двоичный код числа), где х = 0 или 1. Например:

 

13,625(10) = 1·23 + 1·22 +0·21 + 1·2-1 + 0·2-2 + 1·2-3 = 1101,101(2).

 

Двоичное представление числа требует примерно в 3,3 раза большего числа разрядов, чем его десятичное представление. Тем не менее, применение двоичной системы счисления создает большие удобства для работы ЭВМ, т. к. для представления в машине разряда двоичного числа может быть использован любой запоминающий элемент, имеющий два устойчивых состояния. В связи с этим возникает необходимость перевода числа из одной системы счисления в другую.

Преобразование числа Х из системы счисления с основанием р в систему счисления с основанием q (преобразование X(р) → Х(q)) осуществляется по правилу замещения или по правилу деления-умножения на основание системы счисления.

Правило замещения реализуется по формуле (1.1) и предусматривает выполнение арифметических операций с кодами чисел в новой системе счисления. Поэтому оно чаще всего используется для преобразования чисел из недесятичной системы счисления в десятичную.

Пример. Выполнить преобразование Х(2) → Х(10), если Х(2) = 10101, 011:

 

X(10) =1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=21,375.

 

В ЭВМ применяются следующие формы представления данных:

• числа с фиксированной точкой (запятой);

• числа с плавающей точкой (запятой);

• десятичные числа;

• символьные данные.

При представлении числа Х в форме с фиксированной точкой указываются знак числа (signX) и модуль числа (modX) в q-ичном коде. Иногда такую форму представления чисел называют естественной формой. Место точки (запятой) постоянно для всех чисел и в процессе решения задач не меняется. Знак положительного числа кодируется цифрой "0", а знак отрицательного числа - цифрой "1".

Форма представления чисел с фиксированной точкой упрощает аппаратную реализацию ЭВМ, уменьшает время выполнения, машинных операций, однако при решении задач на машине необходимо постоянно следить за тем, чтобы все исходные данные, промежуточные и окончательные результаты находились в допустимом диапазоне представления. Если этого не соблюдать, то возможно переполнение разрядной сетки, и результат вычислений будет неверным.

От этих недостатков в значительной степени свободны ЭВМ, использующие форму представления чисел с плавающей точкой, или нормальную форму, в которой число представляется в виде произведения

 

Х = m×qp,

 

где m - мантисса числа;

q -основание системы счисления (характеристика числа);

р - порядок.

Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто: достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.

 

Пример:

19:2 = 9+1;

9:2 = 4+1;

4:2 = 2+0;

2:2 = 1+0.

Таким образом, 19: 10011.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 бита – уже более 16,6 миллионов разных значений.

Чтобы кодировать действительные числа используют 80- рязрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

3,1415926= 0,31415926×101;

300 000= 0,3×106;

123 456 789 = 0,123456789×1010.

Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов - отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).

При кодировании текстовых данных возникают некоторые трудности. Рассмотрим их.

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию, взяв восемь двоичных разрядов для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.

Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Институт стандартизации США (ANSI- American National Standard Institute) ввел систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange - стандартный код информационного обмена США) для английского языка. В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования – базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная - относится к символам с номерами от 128 до 255. Для представления каждого символа также отводится один байт. Следует подчеркнуть, что все виды представления символьной информации отличаются только кодировкой символов.

Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.

Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Большое распространение в России для представления символьной информации в ЭВМ общего назначения получил двоичный код обработки информации ДКОИ. В первой строке и в первом столбце таблицы указаны значения старшей и младшей тетрады байта.

В мини- и микро-ЭВМ для представления символьной информации часто применяется специальный код обмена информацией:КОИ-7. В том и другом случае для представления алфавитно-цифровой информации используется один байт. В КОИ-7 используется только 7 раз­рядов байта, что позволяет кодировать 27=128 символов. Левый разряд каждого байта в этом случае всегда равен 0.

Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов. В то же время, очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-ти разрядном кодировании символов, получила название универсальной – UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов. Этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Несмотря на очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое информация, сигнал, сообщение, данные?

2. Назовите основные операции обработки данных.

3. Перечислите основные формы представления информации.

4. Что такое количество информации, в каких единицах она измеряется?

5. Что такое система двоичного кодирования?

6. Дайте общую характеристику процессов сбора, обработки и передачи информации.

7. Как соотносятся понятия "информационная техника" и "информационная технология"?

8. В чём состоит цель информационной технологии?

9. Охарактеризуйте уровни переработки информации.

10. Какие виды информационных технологий вы знаете?

11. Что включает в себя инструментарий информационной технологии?

12. Что такое архитектура ЭВМ?

13. На какие классы подразделяются современные ЭВМ?

14. Назовите основные принципы фон Неймана.

15. Как осуществляется взаимосвязь основных устройств ПК?

16. Перечислите основные устройства ПЭВМ, и дайте им краткую характеристику.

17. Какие формы представления чисел вы знаете?

3

Сейчас читают про: