Принципы двоичного кодирования

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Принципы двоичного кодирования

Оглавление

1. Введение

2. Представление информации в ЭВМ

3. Принципы двоичного кодирования

4. Системное программное обеспечение

5. Назначение ОС. Состав ОС.

6. Файловая система

7. Драйверы внешних устройств

8. Список литературы

Введение

Еще не так давно, всего три десятка лет назад, ЭВМ представляла собой целый комплекс огромных шкафов, занимавших несколько больших помещений. А всего и делала-то, что довольно быстро считала. Нужна была буйная фантазия журналистов, чтобы увидеть в этих гигантских арифмометрах «думающие агрегаты, и даже пугать людей тем, что ЭВМ вот-вот станут разумнее человека.

Тогдашняя переоценка возможностей человека объяснима. Представьте себе: на железных дорогах ещё пыхтели паровозы, ещё только-только появлялись вертолеты, и на них смотрели как на диковинку; ещё редко кто видел телевизор; ещё об ЭВМ знали только узкие специалисты... и вдруг сенсация - машина переводит с языка на язык! Пусть всего пару коротеньких предложений, но ведь переводит сама! Было от чего прийти в изумление. К тому же ЭВМ стремительно совершенствовалась: резко сокращались её размеры, она работала все быстрее и быстрее, обрастала все новыми приспособлениями, с помощью которых стала печатать текст, чертить чертежи и даже рисовать картинки. Неудивительно, что люди верили всяким вымыслам относительно нового технического чуда. И когда один язвительный кибернетик сам сочинил туманно-загадочные стихи, а потом выдал их за сочинение машины, то ему поверили.

Что же говорить о современных компьютерах, компактных, быстродействующих, оснащённых руками - манипуляторами, экранами дисплеев, печатающими, рисующими и чертящими устройствами, анализаторами образов, звуков, синтезаторами речи и другими «органами»! На всемирной выставке в Осаке компьютеризированные роботы уже ходили по лестнице, перенося вещи с этажа на этаж, играли с листа на фортепьяно, беседовали с посетителями. Так и кажется, что они вот-вот сравняются по своим способностям с человеком, а то и превзойдут его.

1. Представление информации в ЭВМ

Современные ЭВМ предназначены для хранения и обработки различных видов информации: цифровой (числовой), символьной, графической и звуковой.

Основной формой представления информации является цифровая. Формы представления символьной, графической и звуковой информации являются вариантами цифровой формы представления. Указанные формы представления информации различаются способами обработки информации, включая способы сжатия при хранении и передаче.

Цифровая форма представления информации используется для сбора, хранения, передачи и обработки характеристик объектов и явлений, включая количественные. Основными аспектами обработки количественных характеристик информации в цифровой форме являются:

· выбор системы счисления,

· выбор способа представления отрицательных величин,

· выбор формы представления для обработки данных в максимальном диапазоне с минимальными потерями при округлениях.

· выбор алгоритмов операций обработки информации.

Все эти аспекты хорошо проработаны и еще до появления ЭВМ были получены эффективные решения почти всех указанных вопросов. Здесь идет речь о пересмотре и модификации этих решений с учетом особенностей обработки информации на основе современных электронных средств.

Кроме перечисленных аспектов цифровая обработка информации требует решения проблем проектирования и производства электронных средств обработки. Это вопросы разработки методов синтеза

· схем цифровой обработки данных,

· устройств управления схем цифровой обработки данных.

2. Принципы двоичного кодирования

В компьютере для представления информации используется двоичное кодирование, так как удалось создать надежно работающие технические устройства, которые могут со стопроцентной надежностью сохранять и распознавать не более двух различных состояний (цифр):

• электромагнитные реле (замкнуто/разомкнуто), широко использовались в конструкциях первых ЭВМ;

• участок поверхности магнитного носителя информации (намагничен/размагничен);

• участок поверхности лазерного диска (отражает/не отражает);

• триггер может устойчиво находиться в одном из двух состояний, широко используется в оперативной памяти компьютера.

Все виды информации в компьютере кодируются на машинном языке, в виде логических последовательностей нулей и единиц.

Информация в компьютере представлена в двоичном коде, алфавит которого состоит из двух цифр (0 и 1).

Цифры двоичного кода можно рассматривать как два равновероятных состояния (события). При записи двоичной цифры реализуется выбор одного из двух возможных состояний (одной из двух цифр) и, следовательно, она несет количество информации, равное 1 биту.

Даже сама единица измерения количества информации бит (bit) получила свое название от английского словосочетания Binary digiT (двоичная цифра).

Важно, что каждая цифра машинного двоичного кода несет информацию в 1 бит. Таким образом, две цифры несут информацию в 2 бита, три цифры — в 3 бита и так далее. Количество информации в битах равно количеству цифр двоичного машинного кода.

Каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации, равное одному биту.

3. Системное программное обеспечение

Программы, работающие на компьютере можно разделить на несколько категорий:

· прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработка информационных массивов.

· Инструментальные системы (системы программирования, обеспечивающие создание новых программ на компьютере).

· Системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например, создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверка работоспособности устройств компьютера.

Таким образом, программное обеспечение – это совокупность программ и правил со всей относящейся к ним документацией, позволяющих использовать вычислительную машину для разрешения различных задач. Системное программное обеспечение – это комплекс программных модулей, многие из которых поставляются одновременно с компьютером

По функциональному назначению в системном ПО можно выделить три составные части: операционные системы (ОС), системы программирования и сервисные программы.

Операционная система – комплекс программ, которые обеспечивают управление компьютером, планирование эффективного его использования ее ресурсов и решение задач по заданию пользователей. Эту систему можно рассматривать как программное продолжение и расширение аппаратуры ПК.

Система программирования – совокупность программных средств, обеспечивающих автоматизацию разработки и отладки программ.

4. Назначение ОС. Состав ОС.

Для выполнения любой программы на компьютере необходимы, по меньшей мере, два ресурса: оперативная память для хранения команд и данных и МП для выполнения команд программы. Указанные ресурсы могут быть предоставлены программе программистом, если он вручную разместит команды и данные в ОП и введет в машину информацию для запуска МП. Однако такой способ не приемлем для больших программ, т.к. является весьма трудоемким и медленным. Операционная система компьютера призвана освободить программиста от кропотливой работы, связанной с распределением ресурсов компьютера, управление его аппаратурой и организацией выполнения программ. Она может обеспечивать работу (функционирование) компьютера в одном из трех режимов: однопрограммный, многопрограммный (мультипрограммный) и многозадачном.

Однопрограммный режим. В этом режиме все ресурсы компьютера представляются лишь одной программе, которая выполняет обработку данных.

Многопрограммный режим. При функционировании компьютера в многопрограммном режиме несколько независимых друг от друга программ выполняют обработку данных одновременно. При этом программы делят ресурсы между собой. Основой мультипрограммного режима является совмещение во времени работы МП и выполнение манипуляций периферийными устройствами. Достоинство мультипрограммного режима по сравнению с однопрограммным режимом – более эффективное использование ресурсов. В оперативной памяти компьютера находится одновременно несколько программ, но в любой момент времени МП выполняет только одну.

Многозадачный режим. В ряде случаев необходимо, чтобы выполнение нескольких программ было скоординированным и подчиненным достижению одной общей цели. Для этого в ОС должны быть средства, позволяющие задачам взаимодействовать друг с другом. Операционная система, в которой реализованы указанные средства, обеспечивает функционирование в многозадачном режиме.

Назначение операционной системы. Основная цель ОС, обеспечивающей работу компьютера в любом из описанных режимов, - динамическое распределение ресурсов и управление ими в соответствии с требованиями вычислительных процессов. Ресурсом является всякий объект, который может распределяться операционной системой между вычислительными процессами в компьютере. Различают аппаратурные и программные ресурсы. К аппаратурным относятся микропроцессор, оперативная память и периферийные устройства; к программным ресурсам – доступные пользователю программные средства для управления вычислительными процессами и данными. Операционная система является посредником между компьютером и пользователем, осуществляет анализ запросов пользователя и обеспечивает их выполнение.

Состав и функции ОС сильно зависят от режима работы ПК, а также от состава м конфигурации аппаратных средств. Наиболее мощные ОС используются в мультипроцессорных диалоговых вычислительных комплексах и компьютерных сетях.

Программные модули хранятся, как правило, на магнитных дисках и в меру необходимости передаются в оперативную память для выполнения. Однако некоторая часть ОС, которую называют ядром ОС, после включения компьютера и инициализации системы постоянно находится в оперативной памяти. Сами эти программы получили название резидентных программ. В оперативной памяти кроме области ядра выделяется транзитная область, в которую в меру необходимости загружаются другие, так называемые транзитные программы ОС. Соответственно все команды ОС обычно подразделяются на резидентные и транзитные.

4. Файловая система

Информация в компьютере хранится в памяти или на различных носителях, таких как: гибкие и жесткие диски, или компакт-диски. При выключении питания компьютера информация, хранящаяся в памяти компьютера, теряется, а хранящаяся на дисках - нет. Для уверенной работы за компьютером следует знать основные принципы хранения информации на компьютерных дисках.

Вся информация, предназначенная для долговременного использования, хранится в файлах. Файл представляет собой последовательность байт, объединенных по какому-то признаку и имеющих имя. Система хранения и работы с файлами в компьютере называется файловой системой. Для удобства файлы хранятся в различных папках, которые расположены на дисках. В компьютере может быть установлено несколько дисков. Любой гибкий диск, жесткий диск, компакт-диск, цифровой видеодиск или сетевой диск мы будем называть просто диском, так как принципы организации хранения файлов на них идентичны. Каждому диску присваивается буква латинского алфавита от А до Z, причем существуют некоторые правила обозначения. Буквой А обозначается гибкий диск, буквой С - основной диск вашего компьютера, где расположена система. Буквой D и последующими буквами обозначаются остальные диски. После буквы, обозначающей диск, ставится символ двоеточия “:”, чтобы показать, что буква обозначает именно диск, например А: или С:. Кроме буквы, каждый диск имеет свое уникальное имя, также называемое меткой. Чаще всего при указании диска используется метка и буквенное обозначение в скобках. Например, надпись Main (С:)означает, что основной диск вашего компьютера имеет метку Main.

4. Драйверы внешних устройств

Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы — драйверы.

Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему

ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера.

Например, драйвер мыши, драйвер принтера. Без драйвера устройство просто не будет работать. Драйверы расширяют возможности операционной системы по управлению контроллерами внешних устройств.

Драйвер (driver) представляет собой специализированный программный модуль, управляющий внешним устройством. Слово driver происходит от глагола to drive (вести) и переводится с английского языка как извозчик или шофер: тот, кто ведет транспортное средство. Драйверы обеспечивают единый интерфейс для доступа к различным устройствам, тем самым устраняя зависимость пользовательских программ и ядра ОС от особенностей аппаратуры.
Драйвер не обязательно должен управлять каким-либо физическим устройством. Многие ОС предоставляют также драйверы виртуальных устройств или псевдоустройств — объектов, которые ведут себя аналогично устройству ввода-вывода, но не соответствуют никакому физическому устройству.
Прикладные программы, использующие собственные драйверы, не так уж редки - примерами таких программ могут быть GhostScript (свободно распространяемый интерпретатор языка PostScript, способный выводить программы на этом языке на различные устройства, как печатающие, так и экранные) или LATEX, который также способен печатать на самых разнообразных устройствах. Большинство ОС общего назначения запрещают пользовательским программам непосредственный доступ к аппаратуре. Это делается для повышения надежности и обеспечения безопасности в многопользовательских системах. В таких системах драйверы являются для прикладных программ единственным способом доступа к внешнему миру.

Драйверы обычно разрабатываются не поставщиками операционной системы, а сторонними фирмами — разработчиками и изготовителями периферийного
оборудования. Поэтому интерфейс драйвера является ничуть не менее внешним, чем то, что обычно считается внешним интерфейсом ОС — интерфейс системных вызовов. Соответственно, к нему предъявляются те же требования, что и к любому другому внешнему интерфейсу: он должен быт умопостижимым, исчерпывающе документированным и стабильным — меняться непредсказуемо от одной версии ОС к другой. Потеря совместимости в данном случае означает, что все независимые изготовители оборудования должны будут обновить свои драйверы. Организация такого обновления оказывается сложной, неблагодарной и часто попросту невыполнимой задачей — например, потому, что изготовитель оборудования уже не существует как организация или отказаться от поддержки данного устройства. Отказ от совместимости драйверов на практике означает "брошенное" периферийное оборудование и, как следствие, "брошенных" пользователей, которые оказываются вынуждены либо отказываться от установки новой системы, либо заменять оборудование. Оба варианта, естественно, не улучшают отношения пользователей к поставщику ОС, поэтому многие поставщики просто не могут позволить себе переделку подсистемы ввода-вывода. Таким образом, интерфейс драйвера часто оказывается наиболее консервативной частью ОС.

Список литературы

1. Касаткин В.Н. Информация, алгоритмы, ЭВМ. М.: Просвещение, 1991, 192 с.

2. Информационная культура: Кодирование информации. Информационные модели. 9-10 классы. М.: Дрофа, 2000, 208 с.

3. В.А. Каймин, Информатика – М., ИНФРА-М, 2000 г.

4. Илюшечкин В., Костин А. Системное программное обеспечение.-М.: Высшая школа, 1991.-127с.

5. Руденко В.Д. Курс информатики.-К.: Феникс, 1998.-368с.

6. Фигурнов В. ІВМ РС для пользователя.-М.: ИНФРА*М, 1996.- 432с.

7. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных

машин. Л.: Машиностроение, 1979. 384с.

12 3 Следующая ⇒