Представление информации в ЭВМ Виды информации Классификация ЭВМ

Представление информации в ЭВМ. Виды информации. Классификация ЭВМ по физическому представлению обработки информации. Выполнили: Кожамкулова Асем, Кульжанова Акбота, Нуржигитов Нурбол, Мұхтар Иппархан, Укиева Асем.

Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Создание ВС преследует следующие основные цели: · повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных; · повышение надежности и достоверности вычислений; · предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т. д.

В настоящее время во всех вычислительных машинах информация представляется с помощью электрических сигналов. При этом возможны две формы ее представления – в виде непрерывного сигнала (с помощью сходной величины – аналога) и в виде нескольких сигналов (с помощью набора напряжений, каждое из которых соответствует одной из цифр представляемой величины). Первая форма представления информации называется аналоговой, или непрерывной. Величины, представленные в такой форме, могут принимать принципиально любые значения в определенном диапазоне. Количество значений, которые может принимать такая величина, бесконечно велико. Отсюда названия – непрерывная величина и непрерывная информация. Слово непрерывность отчетливо выделяет основное свойство таких величин – отсутствие разрывов, промежутков между значениями, которые может принимать данная аналоговая величина.

При использовании аналоговой формы для создания вычислительной машины потребуется меньшее число устройств (каждая величина представляется одним, а не несколькими сигналами), но эти устройства будут сложнее (они должны различать значительно большее число состояний сигнала). Непрерывная форма представления используется в аналоговых вычислительных машинах (АВМ). Эти машины предназначены в основном для решения задач, описываемых системами дифференциальных уравнений: исследования поведения подвижных объектов, моделирования процессов и систем, решения задач параметрической оптимизации и оптимального управления. Устройства для обработки непрерывных сигналов обладают более высоким быстродействием, они могут интегрировать сигнал, выполнять любое его функциональное преобразование и т. п.

Вторая форма представления информации называется дискретной (цифровой). Такие величины, принимающие не все возможные, а лишь вполне определенные значения, называются дискретными (прерывистыми). В отличие от непрерывной величины, количество значений дискретной величины всегда будет конечным. Дискретная форма представления используется в цифровых электронновычислительных машинах (ЭВМ), которые легко решают задачи, связанные с хранением, обработкой и передачей больших объемов информации. Для автоматизации работы ЭВМ с информацией, относящейся к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется прием кодирования.

Кодирование – это представление сигнала в определенной форме, удобной или пригодной для последующего использования сигнала. Говоря строже, это правило, описывающее отображение одного набора знаков в другой набор знаков. Тогда отображаемый набор знаков называется исходным алфавитом, а набор знаков, который используется для отображения, – кодовым алфавитом, или алфавитом для кодирования. При этом кодированию подлежат как отдельные символы исходного алфавита, так и их комбинации. Аналогично для построения кода используются как отдельные символы кодового алфавита, так и их комбинации.

Совокупность символов кодового алфавита, применяемых для кодирования одного символа (или одной комбинации символов) исходного алфавита, называется кодовой комбинацией, или, короче, кодом символа. При этом кодовая комбинация может содержать один символ кодового алфавита. Символ (или комбинация символов) исходного алфавита, которому соответствует кодовая комбинация, называется исходным символом. Совокупность кодовых комбинаций называется кодом.

Взаимосвязь символов (или комбинаций символов, если кодируются не отдельные символы исходного алфавита) исходного алфавита с их кодовыми комбинациями составляет таблицу соответствия (или таблицу кодов). В качестве примера можно привести систему записи математических выражений, азбуку Морзе, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и др.

азбука Морзе морская флажковая азбука система Брайля

Кодирование текстовой информации Для кодирования текстовых данных используются специально разработанные таблицы кодировки, основанные на сопоставлении каждого символа алфавита с определенным целым числом. Восьми двоичных разрядов достаточно 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. Но не все так просто, и существуют определенные сложности.

В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время, наоборот, вызваны изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Практически для всех распространенных на земном шаре языков созданы свои кодовые таблицы. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, что до сих пор пока еще не стало возможным.

Кодирование графической информации основано на том, что изображение состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром. Каждая точка имеет свои линейные координаты и свойства (яркость), следовательно, их можно выразить с помощью целых чисел – растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графической информации. Черно-белые иллюстрации представляются в компьютере в виде комбинаций точек с 256 градациями серого цвета – для кодирования яркости любой точки достаточно восьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции (разложения) произвольного цвета на основные составляющие. При этом могут использоваться различные методы кодирования цветной графической информации. Например, на практике считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешивания основных цветов. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, B). Такая система кодирования называется системой RGB.

Кодирование звуковой информации Приемы и методы кодирования звуковой информации пришли в вычислительную технику наиболее поздно и до сих пор далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, хотя можно выделить два основных направления. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармоничных сигналов разной частоты, каждый из которых представляет правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми.

Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях часть информации теряется, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с «окрасом» , характерным для электронной музыки.

Информация (от лат. informatio — осведомление, разъяснение, изложение) — в широком смысле абстрактное понятие, имеющее множество значений, в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова — сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления. В настоящее время не существует единого определения термина информация. С точки зрения различных областей знания, данное понятие описывается своим специфическим набором признаков. Информация — совокупность данных, зафиксированных на материальном носителе, сохранённых и распространённых во времени и пространстве.

Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это: графическая или изобразительная — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира; звуковая— мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретением звукозаписывающих устройств в 1877 г. ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;

текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания; числовая — количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами — цифрами, причем системы кодирования (счисления) могут быть разными; видеоинформация (мультимедиа)— способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением кино.

Структура любой системы представляется совокупностью элементов и связями между ними. Элементами ЭВМ как системы можно считать отдельные устройства, соединенные электрическими линиями, передающими информацию в виде двоичных (цифровых, или дискретных) сигналов. Набор двоичных линий для передачи информации одного назначения называется шиной.

Шина, состоящая более чем из одной линии, или группа шин, на рисунках и чертежах отмечается значком « ∕ » . Количество двоичных линий, входящих в шину, называется разрядностью шины. Рядом с этим значком указывается в виде числа разрядность шины. Магистраль - это шина или их совокупность, объединяющая множество устройств ЭВМ может быть построена на основе одной или несколько магистралей.

Классификации ЭВМ Существует множество классификаций ЭВМ по различным основаниям. Наиболее часто в различных библиографических источниках можно встретить классификации по следующим основаниям физическому представлению информации; поколениям (этапам создания и элементной базе) ЭВМ; На физическом уровне в линиях связи интерфейсов с параллельной и параллельно-последовательной передачей информация представляется, как правило, дискретными сигналами. На физическом уровне в линиях связи интерфейсов с последовательной передачей информация может представляться дискретными и аналоговыми сигналами.

Недостаток передачи информации при помощи дискретных сигналов состоит в том, что при передаче информации на большие расстояния сигналы затухают и искажаются. При последовательной передаче информации на большие расстояния для уменьшения искажений используют аналоговое представление информации, применяя для представления на физическом уровне логических « 0» и « 1» различные параметры аналогового сигнала (амплитуду, частоту, фазу). В соответствии с используемым параметром аналогового сигнала применяют амплитудную, частотную, фазовую (см. рис. 1. 9, в - д) и квадратурную амплитудную модуляции. При таком представлении информации на обоих концах линии должны быть включены модемы (модуляторы - демодуляторы).

На рис. показана система передачи данных с использованием модемов Передача информации с использованием модемов: а - блок-схема; б - реальная система На рисунке введены обозначения: ООД - оборудование обработки данных; АКД -аппаратура канала данных; КТСОП - коммутируемая телефонная сеть общего пользования.

Обычно ООД и АКД находятся на небольших расстояниях друг от друга (как правило, единицы и десятки метров), а между АКД и каналом передачи расстояние значительно больше (как правило, сотни и тысячи метров).

Кодирование информации в интерфейсах с последовательной передачей информации дискретными сигналами применяется для: · повышения скорости передачи информации; · обеспечения максимального числа изменений уровня сигнала (напряжения, тока, светового потока) в единицу времени для поддержания битовой синхронизации; · сужения частотного спектра сигнала для передачи его по физической среде с ограниченной полосой пропускания; · удаления постоянной составляющей из спектра частот сигнала, что обеспечивает гальваническую развязку между устройствами, связанными некоторым интерфейсом; · простоты обнаружения ошибок при передаче информации;

· простоты аппаратурного решения процедуры кодирования; · обеспечения равномерности спектральной характеристики сигнала передаваемой последовательности с целью уменьшения создаваемого уровня электромагнитных помех; · снижения требований к передатчику по мощности.

Униполярный код без возвращения к нулю, или униполярный NRZ (nonreturntozero)-код образуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем 0 В в течение битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение битового интервала. Биполярный код без возвращения к нулю, или биполярный NRZкодобразуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем –U В в течение битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение битового интервала. Достоинства NRZ-кода - минимальная полоса частотного спектра при конкретной скорости передачи данных и простота кодирования (декодирования). Недостатки - не обеспечивает битовой синхронизации, гальванической развязки и высокой помехозащищенности.

Униполярный код с возвращением к нулю, или униполярный RZ (returntozero)-код образуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем 0 В в течение битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение первой половины битового интервала и уровнем 0 В - в течение второй половины битового интервала. Биполярный код с возвращением к нулю, или биполярный RZкод образуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем –U В в течение первой половины битового интервала и уровнем 0 В - в течение второй половины битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение первой половины битового интервала и уровнем 0 В - в течение второй половины битового интервала. Достоинства биполярного RZ-кода - обеспечение битовой синхронизации и простота кодирования (декодирования). Недостаток - не обеспечивает гальванической развязки и высокой помехозащищенности, требует в два раза шире полосу частот, чем NRZ-код, при одинаковой битовой скорости.

Что такое вычислительная система? Какие цели преследует создание ВС?

Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Создание ВС преследует следующие основные цели: · повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных; · повышение надежности и достоверности вычислений; · предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т. д.

В чем представляется информация? Какие существуют формы ее представления?

В настоящее время во всех вычислительных машинах информация представляется с помощью электрических сигналов. При этом возможны две формы ее представления – в виде непрерывного сигнала (с помощью сходной величины – аналога) и в виде нескольких сигналов (с помощью набора напряжений, каждое из которых соответствует одной из цифр представляемой величины).

Расскажите об аналоговой (непрерывной) форме представления информации.

Первая форма представления информации называется аналоговой, или непрерывной. Величины, представленные в такой форме, могут принимать принципиально любые значения в определенном диапазоне. Количество значений, которые может принимать такая величина, бесконечно велико. Отсюда названия – непрерывная величина и непрерывная информация. Слово непрерывность отчетливо выделяет основное свойство таких величин – отсутствие разрывов, промежутков между значениями, которые может принимать данная аналоговая величина. При использовании аналоговой формы для создания вычислительной машины потребуется меньшее число устройств (каждая величина представляется одним, а не несколькими сигналами), но эти устройства будут сложнее (они должны различать значительно большее число состояний сигнала).

Что называется дискретной (непрерывной) формой представления информации.

Вторая форма представления информации называется дискретной (цифровой). Такие величины, принимающие не все возможные, а лишь вполне определенные значения, называются дискретными (прерывистыми). В отличие от непрерывной величины, количество значений дискретной величины всегда будет конечным. Дискретная форма представления используется в цифровых электронновычислительных машинах (ЭВМ), которые легко решают задачи, связанные с хранением, обработкой и передачей больших объемов информации.

Дайте определение кодированию, кодовой комбинации. Приведите примеры таблицы кодов.

Кодирование – это представление сигнала в определенной форме, удобной или пригодной для последующего использования сигнала. Совокупность символов кодового алфавита, применяемых для кодирования одного символа (или одной комбинации символов) исходного алфавита, называется кодовой комбинацией, или, короче, кодом символа. При этом кодовая комбинация может содержать один символ кодового алфавита. Символ (или комбинация символов) исходного алфавита, которому соответствует кодовая комбинация, называется исходным символом. Совокупность кодовых комбинаций называется кодом. Взаимосвязь символов (или комбинаций символов, если кодируются не отдельные символы исходного алфавита) исходного алфавита с их кодовыми комбинациями составляет таблицу соответствия (или таблицу кодов). В качестве примера можно привести систему записи математических выражений, азбуку Морзе, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и др.

Что вы можете рассказать о кодировании текстовой информации?

Для кодирования текстовых данных используются специально разработанные таблицы кодировки, основанные на сопоставлении каждого символа алфавита с определенным целым числом. Восьми двоичных разрядов достаточно 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. Но не все так просто, и существуют определенные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время, наоборот, вызваны изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов.

Расскажите о кодировании графической информации в том числе и о кодировании цветных графических изображений.

Кодирование графической информации основано на том, что изображение состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром. Каждая точка имеет свои линейные координаты и свойства (яркость), следовательно, их можно выразить с помощью целых чисел – растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графической информации. Черно-белые иллюстрации представляются в компьютере в виде комбинаций точек с 256 градациями серого цвета – для кодирования яркости любой точки достаточно восьмиразрядного двоичного числа. Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции (разложения) произвольного цвета на основные составляющие. При этом могут использоваться различные методы кодирования цветной графической информации. Например, на практике считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешивания основных цветов. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, B). Такая система кодирования называется системой RGB.

Что вы можете рассказать о кодировании звуковой информации?

Приемы и методы кодирования звуковой информации пришли в вычислительную технику наиболее поздно и до сих пор далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, хотя можно выделить два основных направления. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармоничных сигналов разной частоты, каждый из которых представляет правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

Опишите основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения.

Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это: графическая или изобразительная — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира; звуковая— мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретением звукозаписывающих устройств в 1877 г. ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации; текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;

числовая — количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами — цифрами, причем системы кодирования (счисления) могут быть разными; видеоинформация (мультимедиа)— способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением кино.

Расскажите о классификации ЭВМ.

Классификации ЭВМ Существует множество классификаций ЭВМ по различным основаниям. Наиболее часто в различных библиографических источниках можно встретить классификации по следующим основаниям физическому представлению информации; поколениям (этапам создания и элементной базе) ЭВМ; На физическом уровне в линиях связи интерфейсов с параллельной и параллельно-последовательной передачей информация представляется, как правило, дискретными сигналами. На физическом уровне в линиях связи интерфейсов с последовательной передачей информация может представляться дискретными и аналоговыми сигналами.

Какие виды кодов существуют.

Униполярный код без возвращения к нулю, или униполярный NRZ (nonreturntozero)-код образуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем 0 В в течение битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение битового интервала. Биполярный код без возвращения к нулю, или биполярный NRZкодобразуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем –U В в течение битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение битового интервала. Достоинства NRZ-кода - минимальная полоса частотного спектра при конкретной скорости передачи данных и простота кодирования (декодирования). Недостатки - не обеспечивает битовой синхронизации, гальванической развязки и высокой помехозащищенности. Униполярный код с возвращением к нулю, или униполярный RZ (returntozero)-код образуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем 0 В в течение битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение первой половины битового интервала и уровнем 0 В - в течение второй половины битового интервала.

Биполярный код с возвращением к нулю, или биполярный RZкод образуется из двоичной последовательности, если логический « 0» передается уровнем –U В в течение первой половины битового интервала и уровнем 0 В - в течение второй половины битового интервала, а логическая « 1» передается уровнем +U В в течение первой половины битового интервала и уровнем 0 В - в течение второй половины битового интервала.