Диапазоны значений целых чисел со знаком

Целые числа без знака

Обычно занимают в памяти компьютера один или два байта. В однобайтовом формате принимают значения от 00000000₂ до 11111111₂. В двубайтовом формате — от 00000000 00000000₂ до 11111111 11111111₂. 


Примеры:

а) число 72₁₀ = 1001000₂ в однобайтовом формате:

б) это же число в двубайтовом формате:

в) число 65535 в двубайтовом формате:


 


Целые числа со знаком

Обычно занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта, при этом самый левый (старший) разряд содержит информацию о знаке числа. 


Диапазоны значений целых чисел со знаком

 

Рассмотрим особенности записи целых чисел со знаком на примере однобайтового формата, при котором для знака отводится один разряд, а для цифр абсолютной величины – семь разрядов.

В компьютерной технике применяются три формы записи (кодирования) целых чисел со знаком: прямой код, обратный код, дополнительный код.

Последние две формы применяются особенно широко, так как позволяют упростить конструкцию арифметико-логического устройства компьютера путем замены разнообразных арифметических операций операцией cложения.

Положительные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах изображаются одинаково — двоичными кодами с цифрой 0 в знаковом разряде. Например: 


Отрицательные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах имеют разное изображение.

1. Прямой код. В знаковый разряд помещается цифра 1, а в разряды цифровой части числа — двоичный код его абсолютной величины. Например: 


2. Обратный код. Получается инвертированием всех цифр двоичного кода абсолютной величины числа, включая разряд знака: нули заменяются единицами, а единицы — нулями. Например: 


3. Дополнительный код. Получается образованием обратного кода с последующим прибавлением единицы к его младшему разряду. Например: 


 

Обычно отрицательные десятичные числа при вводе в машину автоматически преобразуются в обратный или дополнительный двоичный код и в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях.При выводе таких чисел из машины происходит обратное преобразование в отрицательные десятичные числа.

 

9. информационные ресурсы и информатизация общества.

Информационные ресурсы - в широком смысле - совокупность данных, организованных для эффективного получения достоверной информации.

Информационные ресурсы - по законодательству РФ - отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах: библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных систем.

Существует несколько видов доступа к информационным ресурсам:

• работа с базами и банками данных, машиночитаемыми массивами и электронными документами;

• поиск информации в глобальных сетях, размещение информации по заказам потребителей

• предоставление информации из открытых информационных ресурсов по запросам юридических лиц и граждан

Стремительно растущий потенциал информационных технологий обеспечивает столь же стремительное сокращение издержек в производственной сфере, способствует облегчению и улучшению уровня жизни, открывает все новые и новые возможности для людей. Поскольку нововведения информационных технологий проявляются в каждой сфере жизнедеятельности человека (работа, семья, образование, обслуживающий сектор, отдых и пр.), на сегодняшний день все сложнее представить жизнь без ИТ. Ни один современный человек не станет отрицать огромную роль информационных технологий в его жизни. Более того, вряд ли сегодня можно назвать хоть одну сферу, где прямо или косвенно не задействованы информационные технологии. Это и серьезные производственные процессы, которые обеспечивают жизнедеятельность

 

10)Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. В современных условиях основным техническим средством обработки информации является персональный компьютер.Большинство современных информационных систем преобразуют не информацию, а данные.Поэтому часто их называют системами обработки данных.

По степени механизации процедур преобразования информации системы обработки данных делятся на системы ручной обработки, механизированные, автоматизированные и системы автоматической обработки данных.

Важнейшими принципами построения эффективных информационных систем являются следующие.

Принцип интеграции, заключающийся в том, что обрабатываемые данные, однажды введенные в систему, многократно используются для решения большого числа задач.

Принцип системности, заключающийся в обработке данных в различных аспектах, чтобы получить информацию, необходимую для принятия решений на всех уровнях управления.

Принцип комплексности, заключающийся в механизации и автоматизации процедур преобразования данных на всех этапах функционирования информационной системы.

Информационные системы также классифицируются:

• по функциональному назначению: производственные, коммерческие, финансовые, маркетинговые и др.;

• по объектам управления: информационные системы автоматизированного проектирования, управления технологическими процессами, управления предприятием (офисом, фирмой, корпорацией, организацией) и т. п.;

• по характеру использования результатной информации: информационно-поисковые, предназначенные для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя; информационно-советующие, предлагающие пользователю определенные рекомендации для принятия решений (системы поддержки принятия решений); информационно-управляющие, результатная информация которых непосредственно участвует в формировании управляющих воздействий.

Структуру информационных систем составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами.

Функциональные подсистемы реализуют и поддерживают модели, методы и алгоритмы получения управляющей информации.Состав функциональных подсистем весьма разнообразен и зависит от предметной области использования информационной системы, специфики хозяйственной деятельности объекта, управления.

В состав обеспечивающих подсистем обычно входят:

1. информационное обеспечение — методы и средства построения информационной базы системы, включающее системы классификации и кодирования информации, унифицированные системы документов, схемы информационных потоков, принципы и методы создания баз данных;

2. техническое обеспечение — комплекс технических средств, задействованных в технологическом процессе преобразования информации в системе. В первую очередь это вычислительные машины, периферийное оборудование, аппаратура и каналы передачи данных;

3. программное обеспечение включает в себя совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения функциональных задач, и программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе;

4. математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых в системе;

5. лингвистическое обеспечение — совокупность языковых средств, используемых в системе с целью повышения качества ее разработки и облегчения общения человека с машиной.

Организационные подсистемы по существу относятся также к обеспечивающим подсистемам, но направлены в первую очередь на обеспечение эффективной работы персонала, и поэтому они могут быть выделены отдельно. К ним относятся:

1. кадровое обеспечение — состав специалистов, участвующих в создании и работе системы, штатное расписание и функциональные.обязанности;

2. эргономическое обеспечение — совокупность методов и средств, используемых при разработке и функционировании информационной системы, создающих оптимальные условия для деятельности персонала, для быстрейшего освоения системы;

3. правовое обеспечение — совокупность правовых норм, регламентирующих создание и функционирование информационной системы, порядок получения, преобразования и использования информации;

4. организационное обеспечение — комплекс решений, регламентирующих процессы создания и функционирования как системы в целом, так и ее персонала.

 

человека, и весь спектр услуг, и даже отдых - каждый сегмент работает благодаря ИТ. Любые бухгалтерские операции на любом предприятии сегодня проводятся с использованием компьютера. То, насколько эффективно работает городское самоуправление, во многом определяется теми техническими средствами и тем программным обеспечением, которыми оно располагает. Естественно, использование самых последних технологий и технических средств не решает полностью всех проблем, однако инновации могут значительно упростить и ускорить работу служащих.

Подводя итог, можно сказать, что информационные технологии очень глубоко проникли в жизнь современного человека, и даже более того – вряд ли будет преувеличением тот факт, что без информационных технологий современное общество не сможет существовать в том виде, в котором оно находится сейчас.

 

11. ЭВМ - это комплекс технических и программных средств, предназначенный для

автоматизации подготовки и решения задач пользователей. ЭВМ могут обрабатывать

любые виды информации: числовую, текстовую, табличную, графическую, видео,

звуковую.

Существует три глобальные сферы деятельности человека, в которых необходимо

использование ЭВМ:

• Применение ЭВМ для автоматизации вычислений (решение сложных

математических задач);

• Использование ЭВМ в системе управления (ЭВМ должны автоматизировать сбор

данных, обеспечить распределение обработки результатов и процесс вычисление);

• Решение задач искусственного интеллекта (робототехника, машинные переводы

текстов, планирование с учетом неполной информации, составление прогнозов и т.д.).

К основным характеристикам ЭВМ относятся:

• Быстродействие – число команд, выполняемых ЭВМ за 1сек.;

• Производительность – объем работ, выполняемых ЭВМ за 1сек. Единица

измерения быстродействия MIPS (Million Instructions Per Second);

• Емкость запоминающих устройств – количество структурных единиц

информации, одновременно размещённых в памяти.

Наименьшей структурной единицей информации является бит - одна двоичная

цифра (0 или 1). Последовательность из 8 нулей или единиц - это байт:

= 1024 байт = 1 Кбайт

Кбайт = 1 Мбайт

Мбайт = 1 Гбайт

• Надёжность – способность ЭВМ при определённых условиях выполнять

требуемые функции в течение заданного времени;

• Точность - возможность различать почти равные значения. Точность зависит от

разрядности ЭВМ (32, 64 и 128);

• Достоверность - свойство информации быть правильно воспринятой.

1.2 Классификация ЭВМ

По виду обрабатываемой информации:

• Аналоговые ЭВМ – обрабатываемая информация представлена значением

аналоговых величин: Iпл, Uпл, j

. Аналоговые ВМ имеют точность вычисления (0,001 - 0,01), поэтому используются в основном в научно-исследовательских учреждениях, в

составе различных стендов;

• Цифровые ЭВМ – информация кодируется двоичными цифрами 1 и 0. Рынок

современных ЦВТ отличается динамизмом: каждый год стоимость вычислений

сокращается на 15-20%, стоимость хранения единицы информации - на 40%. Каждое

десятилетие меняется поколение машин. Каждые год-два - основные типы МП.

По быстродействию:

• Супер-ЭВМ - решения крупномасштабных задач, обслуживание крупнейших

информационных банков данных;

• Большие ЭВМ - создания территориальных центров;

• Средние ЭВМ - управление сложными техническими процессами;

• Персональные ЭВМ - создание АРМ специалистов;

• Микропроцессоры - осуществляют автоматизацию отдельных устройств.

По сетевым параметрам:

• Мощные ВС - обслуживают крупные сетевые банки данных;

• Кластерные структуры - многомашинные ВС, объединяющие несколько

серверов;

• Серверы - ВС, управляющие определенным видом ресурсов сети (файл - сервер,

сервисное приложение и т.д.);

• Рабочая станция - ПК, работающий с сетевыми ресурсами.

 

12)Архитектура персонального компьютера.

 

Основная компоновка частей компьютера и связь между ними называется архитектурой. При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.


Практически все универсальные ЭВМ отражают классическую неймановскую архитектуру, представленную на схеме.Эта схема во многом характерна как для микроЭВМ, так и для мини ЭВМ и ЭВМ общего назначения.

 

 

Рис. 1 Архитектура персонального компьютера

Рассмотрим устройства подробнее.

Основная часть системной платы — микропроцессор (МП) или CPU (Central Processing Unit), он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи.МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить:

A). АЛУ - арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти;

Б). Регистры или микропроцессорная память — сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;

B). УУ - устройство управления - управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов,поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200-400 МГц). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;

Г). СПр - система прерываний - специальный регистр, описывающий состояние МП, позволяющий прерывать работу МП в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего запроса, или постановки его в очередь; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса;

Д). Устройство управления общей шиной — интерфейсная система.

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП.Например, математический сопроцессор IBM-совместимых ПК расширяет возможности МП для вычислений с плавающей точкой; сопроцессор в локальных сетях (LAN-процессор) расширяет функции МП в локальных сетях.

 

13Микропроцессор

Микропроцессор характеризуется: 
1) тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ; 
2) разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядностть МП обозначается m/n/k/ и включает: 
m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров; 
n - разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации; 
k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства. Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20; 
3) архитектурой. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

В общем случае под архитектурой ЭВМ понимается абстрактное представление машины в терминах основных функциональных модулей, языка ЭВМ, структуры данных.

 

Архитектура типичной небольшой вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. 2.1 Такая микроЭВМ содержит все 5 основных блоков цифровой машины: устройство ввода информации, управляющее устройство (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) (входящие в состав микропроцессора), запоминающие устройства (ЗУ) и устройство вывода информации. Рис. 2.1. Архитектура типового микропроцессора. Микропроцессор координирует работу всех устройств цифровой системы с помощью шины управления (ШУ). Помимо ШУ имеется 16-разрядная адресная шина (ША), которая служит для выбора определенной ячейки памяти, порта ввода или порта вывода. По 8-разрядной информационной шине или шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от микропроцессора. Важно отметить, что МП может посылать информацию в память микроЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя.

 

14)Персональные компьютеры имеют четыре иерархических уровня памяти: 
микропроцессорная память; 
основная память; 
регистровая кэш-память; 
внешняя память. 

Микропроцессорная память рассмотрена выше.Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другими устройствами компьютера. Функции памяти: 
прием информации от других устройств; 
запоминание информации; 
выдача информации по запросу в другие устройства машины. 

Основная память содержит два вида запоминающих устройств: 
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство; 
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. 

ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации.Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении.Информацию, хранящуюся в ПЗУ, можно только считывать, но не изменять. 

В ПЗУ находятся: 
программа управления работой процессора; 
программа запуска и останова компьютера; 
программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; 
программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью; 
информация о том, где на диске находится операционная система. 

ПЗУ является энергонезависимой памятью, при отключении питания информация в нем сохраняется.

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом компьютером в текущий период времени.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к памяти).Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт), каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться.

ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем стирается.

В современных компьютерах объем памяти обычно составляет 8-128 Мбайт.Объем памяти — важная характеристика компьютера, она влияет на скорость работы и работоспособность программ.

Кроме ПЗУ и ОЗУ на системной плате имеется и энергонезависимая CMOS-память, постоянно питающаяся от своего аккумулятора.В ней хранятся параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом рключении системы.Это полупостоянная память.Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера - SETUP.

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью, в ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти.Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя.

В кэш-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы.Быстрый доступ к этим данным позволяет сократить время выполнения очередных команд программы.

Микропроцессоры, начиная от МП 80486, имеют свою встроенную кэш-память.Микропроцессоры Pentium и Реntium Pro имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд.Для всех микропроцессоров может использоваться дополнительная кэш-память, размещаемая на материнской плате вне микропроцессора, емкость которой может достигать нескольких Мбайт.Внешняя память относится к внешним устройствам компьютера и используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться для решения задач.В частности, во внешней памяти хранятся все программное обеспечение компьютера.

 

15. Устройства ввода-вывода информации

Человек взаимодействует с информационными системами главным образом через устройства ввода-вывода (input-output devices). Прогресс в области информационных технологий достигается не только благодаря возрастающей скорости процессоров и емкости запоминающих устройств, но также за счет совершенствования устройств ввода и вывода данных. Устройства ввода-вывода называются также периферийными устройствами (peripheral devices).