1) Способы визуализации чисел
2) Способы представления чисел в памяти ЭВМ
В первом случае имеется в виду запись вещественных чисел на бумаге, их представление при вводе с клавиатуры, выводе на экран или принтер и т. п.
Числа, которые могут содержать десятичную часть (вещественные), называются числами с плавающей точкой (floating-point values). Для работы с ними в языке Си используется тип данных с плавающей точкой (float). Так как числа с плавающей точкой могут быть чрезвычайно маленькими или большими, для их записи часто используют экспоненциальную форму, например, значение числа с плавающей точкой может равняться 3.4е+38. Расшифровать это можно следующим образом: «передвинуть точку вправо на 38 пунктов, добавив соответствующее количество нулей». Существуют дополнительные типы данных для работы в очень широких пределах величин:
float
величины от 3.4Е–38 до 3.4Е+38
double
величины от 1.7Е–308 до 1.7Е+308
long double
величины от 3.4Е–4932 до 1.1Е+4932
Тип данных с плавающей точкой имеет предел точности, диапазон которого зависит от компилятора. Например, число 6. в пределах допустимого диапазона для чисел типа float может быть записано компьютером только как 6.12345. Этот тип, как принято говорить, является типом с одинарной точностью, что означает, что точность его ограничена пятью или шестью знаками после точки. Тип double принято называть типом с двойной точностью, он имеет 15–16 знаков после точки.
Для записи данных с одинарной точностью резервируется четыре элемента памяти; двойная точность требует резервирования восьми, повышенная (long double)— десяти.
В естественной форме (или в форме с фиксированной точкой) число представляется последовательностью десятичных цифр со знаком плюс или минус. Знак плюс можно опускать. Для отделения целой части числа от дробной используется не запятая, а точка. Ноль целых можно опускать.
Например:
обычная запись запись на Бейсике
+
0,4или.4172
2,15 2.15
-0,5 -0.5
Полулогарифмическая запись (или запись в форме с плавающей точкой) используется для представления очень больших или очень маленьких чисел (см. далее).
В этой форме число записывается в виде: ±mE±p, где
m – мантисса числа,
E – основание десятичной системы счисления (т. е. 10);
p – порядок числа.
Значение такого числа определяется как ±m•10±р.
Текстовые типы данных.
Тестовые типы могут быть строковыми и символьными. В первом случае элементом текста является строка, во втором – отдельный знак. В любом случае каждый знак представляется в виде определенной последовательности битов, т. е. двоичного числа. Для числового кодирования текстовых знаков используются специальные таблицы кодирования, которые могут быть однобайтовыми или двухбайтовыми.
При однобайтовом представлении каждый знак в виде числового кода занимает 1 байт, а при двухбайтовом – 2 байта. Например. ASCII – это однобайтовая таблица кодирования. Однобайтовой таблицей кодирования знаков русского языка является, например, Windows1251, КОИ-8, есть и др.
Двухбайтовой таблицей кодирования знаков алфавита большинства знаков планеты является Unicode.
Программы могут работать на основе разных таблиц кодирования, поэтому текстовый документ, созданный с помощью одной программы, не обязательно будет прочитан с помощью другой.
Логический тип данных
Логические величины принимают только 2 значения: TRUE или FALSE. К ним можно применять логические операции, основными из которых являются and (конъюнкция – логическое «и»), or (дизъюнкция – логическое «или»), not (инверсия – логическое отрицание).
Первые 2 операции применяются к двум логическим величинам. Например (c=1/2d) and (a>b), а операция «not» к одной величине: not (a>b)
Результатом выражения с логическими данными (логическое выражение) является логическая величина. Результат операции and=true, только в том случае, если обе величины=true, в остальных операциях будет false.
Если применяется операция or, то результат=false только в том случае, если обе величины=false.
Операции not изменяют значение логической величины: результат=true, если величина=false и наоборот.
В смешанных выражениях операции выполняются в соответствии с приоритетами: наивысший приоритет у арифметической операции, затем – операции сравнения, самый низкий у логических операций. Среди логических 1-й выполняют операцию not, затем and и or.
Операции с одинаковым приоритетом выполняются слева-направо. Порядок выполнения операций может быть изменен использованием скобок.
Кодирование графической информации.
В зависимости от способов формирования изображения компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.
Растровый принцип заключается в представлении графического изображения в виде множества точек, каждая из которых представляется последовательностью чисел (линейные координаты, цвет, яркость) В векторной графике базовым элементом является не точка, а линия, которая описывается математически как единый объект. Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях, но базовым элементом является сама математическая формула, никаких объектов в памяти компьютера не хранится, изображение строится исключительно по уравнениям.
Программные системы, ориентированные на растровую графику, предназначены для работы с готовыми изображениями (Photoshop). Системы векторной графики предназначены для создания графических объектов (CoralDraw). А системы фрактальной графики позволяют создавать объемные изображения, которые можно поворачивать и рассматривать под разными ракурсами (3DMax).
Структуры данных. Файловая структура.
Структуры данных.
Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Их можно рассмотреть на примере обычной книги.
Если разобрать книгу на отдельные листы и перемешать их, книга потеряет свое назначение. Она по-прежнему будет представлять набор данных, но подобрать адекватный метод для получения из нее информации весьма непросто. Если же собрать все листы книги в правильной последовательности, мы получим простейшую структуру данных — линейную. Такую книгу уже можно читать, хотя для поиска нужных данных ее придется прочитать подряд, начиная с самого начала, что не всегда удобно. Для быстрого поиска данных существует иерархическая структура. Так, например, книги разбивают на части, разделы, главы, параграфы и т. п. Для больших массивов поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация, связанная с необходимостью просмотра. В большинстве книг есть вспомогательная перекрестная таблица, связывающая разделы, главы и параграфы с номерами страниц. В книгах с простой иерархической структурой, рассчитанных на последовательное чтение, эту таблицу принято называть оглавлением, а в книгах со сложной структурой, допускающей выборочное чтение, ее называют содержанием.
Линейные структуры — это списки. Список — это простейшая структура данных, отличающаяся тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве. Проставляя номера на отдельных страницах рассыпанной книги, мы создаем структуру списка. Обычный журнал посещаемости занятий, например, имеет структуру списка, поскольку все студенты группы зарегистрированы в нем под своими уникальными номерами.
При создании любой структуры данных надо решить два вопроса:
как разделять элементы данных между собой и как разыскивать нужные элементы. В журнале посещаемости, например, это решается так: каждый новый элемент списка заносится с новой строки, то есть разделителем является конец строки. Тогда нужный элемент можно разыскать по номеру строки.
Разделителем может быть и какой-нибудь специальный символ. Нам хорошо известны разделители между словами — это пробелы. В русском и во многих европейских языках общепринятым разделителем предложений является точка. Можно использовать, например символ ≪*≫. Тогда список выглядел бы так:
* * * ... *
Еще проще можно действовать, если все элементы списка имеют равную длину. В этом случае разделители в списке вообще не нужны. Для розыска элемента с номером надо просмотреть список с самого начала и отсчитать а(п-1) символ, где а — длина одного элемента. Со следующего символа начнется нужный элемент. Его длина тоже равна а, поэтому его конец определить нетрудно. Такие упрощенные списки, состоящие из элементов равной длины, называют векторами данных. Работать с ними особенно удобно.
Таким образом, линейные структуры данных (списки) — это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента однозначно определяется его номером.
Табличные структуры (таблицы данных, матрицы данных)
С таблицами данных мы тоже хорошо знакомы, достаточно вспомнить всем известную таблицу умножения. Табличные структуры отличаются от списочных тем, что элементы данных определяются адресом ячейки, который состоит не из одного параметра, как в списках, а из нескольких. Для таблицы умножения, например, адрес ячейки определяется номерами строки и столбца. Нужная ячейка находится на их пересечении, а элемент выбирается из ячейки. При хранении табличных данных количество разделителей должно быть больше, чем для данных, имеющих структуру списка. Например, когда таблицы печатают в книгах, строки и столбцы разделяют графическими элементами — линиями вертикальной и горизонтальной разметки.
Если нужно сохранить таблицу в виде длинной символьной строки, используют один символ-разделитель между элементами, принадлежащими одной строке, и другой разделитель для отделения строк, например так:
Таким образом, табличные структуры данных (матрицы) — это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент.
Иерархические структуры данных
Нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы, часто представляют в виде иерархических структур. С подобными структурами мы очень хорошо знакомы по обыденной жизни. Иерархическую структуру имеет система почтовых адресов. Подобные структуры также широко применяют в научных систематизациях и всевозможных классификациях.
В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу.
Файловые структуры.
Файл – любой информационный объект (например, отдельный документ, программа), хранящийся во внешней памяти и имеющий название.
Файл – это именованная последовательность байтов.
Информация о файлах (их названия, размеры, время создания, месторазмещение во внешней памяти) хранится в каталогах. Каталог – это таблица, в каждой строке которой содержится информация о каком-либо файле или другом каталоге. При записи файлов сведения о них автоматически записывают в те каталоги, которые указал пользователь.
Каждый файл или каталог имеет название, состоящее из 2-х частей, разделенных точкой. Левая часть – имя, правая – расширение. Расширение вместе с точкой может отсутствовать. В названии не рекомендуется использовать следующие знаки(. , / и т. д.)
Рекомендуется, для удобства работы со списками файлы именовать с указанием расширений, а каталоги без расширений.
При форматировании каждого диска (логического или физического) на нем автоматически создается каталог, называющийся корневым. Его название состоит из 2-х знаков: имя диска и «:».
С: - корневой каталог диска С.
D: - корневой каталог внешнего устройства D.
В корневом каталоге можно создать другие каталоги, которые называются подкаталогами или каталогами 1-го уровня иерархии. Они могут содержать каталоги 2-го уровня и т. д. Таким образом, формируется иерархическая (древовидная) файловая структура на диске.
Если требуется использовать какой-либо файл, необходимо указать в каком каталоге он находится. Это делается с помощью указания пути (маршрута) к файлу по дереву каталогов.
Маршрут (путь) – список названий каталогов по мере их вложенности (от внешнего к внутреннему), разделяемых знаком « \ »
При указании файла (или каталога) перед его названием указывается маршрут, а затем, через « \ » название файла (каталога). Например, C:\Windows\regedit. exe. Эта запись означает, что файл regedit. exe находится в каталоге Windows, который находится в корневом каталоге диска С. Такая запись называется полной спецификацией. Название файла – краткая спецификация.
Корневой каталог занимает определенное место фиксированного размера на диске. Создаваемые пользователем каталоги следующих уровней иерархии и файлы размещаются на свободные места памяти диска.
Как каталоги, так и файлы могут быть записаны частями в разные места диска.
В процессе записи файл автоматически разбивается на такие части и каждая из них записывается в то место, которое оказалось свободно в данный момент. Эти части называются кластерами.
Размер кластера зависит от формата диска. В результате таких действий вся область дисковой памяти как бы делится на такие кластеры и они используются для записи файлов. Считывание файлов производится частями размером в один кластер: файл собирается из отдельных частей, записанных в разные места дисковой памяти. Файловая система может быть основана на разных принципах хранения информации о размещении кластеров файлов, записанных на носителе информации. Наиболее часто используются 2 системы:
1) На основе таблицы размещения файлов FAT (FileAllocationTable).
2) На основе главной таблицы файлов MFT (MasterFileTable). Эта система называется NTFS.
Одним из важных преимуществ NTFS является обеспечиваемое ею разграничение прав доступа пользователей к файлам и каталогам.
Чаще всего используется файловая система на основе FAT. FAT формируется на диске автоматически при его форматировании. Клетки этой таблицы пронумерованы, начиная с 0 и соответствуют частям памяти диска размером в один кластер. В каждой клетке может содержаться 0 (указывает, что соответствующий кластер свободен). Номер следующего кластера данного файла или специальный код, означающий окончание цепочки кластеров данного файла.
Для представления чисел, находящихся в FAT, используются типы данных - целое без знака.
В зависимости от количества битов, используемых для представления каждого числа различают 16-битовый (16-разрядный) FAT, 32-битовый (32-разрядный) FAT.
В качестве специального кода, означающего окончание цепочки кластеров файла, используют максимальное число, которое может быть представлено в клетке FAT.
Например, для 16-разрядного FAT таким числом является 65535.
Программы, которые обеспечивают просмотр и корректировку FAT, показывают этот код на экране в виде «EOF» (EndOfFile).
В каталоге содержится информация о файле и, в частности, порядковый номер кластера с которого начинается файл. Эта информация вместе с информацией, содержащейся в FAT и используется для поиска и считывания информации.
Компьютерные сети.
Основные особенности.
Компьютерной сетью называется совокупность взаимосвязанных через каналы передачи информации компьютеров, обеспечивающих пользователей средствами обмена информации и коллективного использования ресурсов сети (аппаратных, программных и информационных).
Сети делятся на:
1. Локальные – главная особенность такой сети заключается в том, что, как правило, все объединяемые ею компьютеры связаны единым высокоскоростным каналом связи. Существуют проводные и беспроводные каналы. Обычно локальные сети связывают ЭВМ одного или нескольких близлежащих зданий одного учреждения.
2. Глобальные – для их функционирования используются разные каналы связи и в частности спутниковые, которые позволяют соединять узлы связи и ЭВМ, находящиеся на расстоянии 10 – 15 тыс. км. друг от друга. Такие сети имеют узловую структуру. Состоят из подсистем, каждая из которых включает в себя коммуникационные узлы и каналы связи. Коммуникационные узлы предназначены для быстрой передачи информации по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации и т. п. Т. е. они обеспечивают эффективность функционирования сети в целом. К этим узлам подключаются все компьютеры. Серверы и пользователи подключаются к глобальным сетям чаще всего через поставщиков услуг доступа к сети, которые называются провайдерами.
3. Интрасети – объединяют пользователей, работающих в одной организации. Она может связывать компьютеры, находящиеся как в одном здании, так и в разных местах мира. Обычно используются возможности имеющихся локальных и глобальных сетей. Если интрасеть использует открытую внешнюю среду передачи информации, она называется виртуальной сетью. А если в ней обеспечивается безопасность переданных данных, она называется защищенной.
В сети имеются общедоступные компьютеры, которые предоставляют различные услуги всем пользователям. Такой компьютер называется сервером. В глобальных сетях сервером называют место в сети, выполняющие какие-либо услуги, которые может представлять собой не только компьютер, но и более мощную вычислительную систему (локальная сеть).
Пользовательские ЭВМ могут работать в двух режимах:
• режим терминала – в этом режиме можно лишь послать запрос и получить результат его вычисления;
• режим рабочей станции – в этом режиме кроме этого возможна еще и обработка полученной информации.
Компьютер – сервер комплектуется множеством сетевых плат (адаптеров), обеспечивающих подключение к сети и по своим возможностям значительно превосходит рабочие станции.
Представление информации и передача её по сети производится в соответствии со стандартами соглашениями. Наборы таких стандартных соглашений называются протоколами.
Основные концепции сетевого программного обеспечения.
Комплекс программ, которые обеспечивают работу в сети, называется сетевым программным обеспечением. Оно определяет тот тип услуг, которое обеспечивает данная сеть. Сетевое программное обеспечение реализуется на основе логической архитектуры сети, которая определяет распределение функций между компьютерами сети независимо от их расположения и способа подключения.
Основными видами логической сетевой архитектуры являются:
· одноранговая;
· на основе сервера;
· «клиент – сервер».
Одноранговая архитектура сети предусматривает равноправие всех компьютеров. Это простейший вид сети, обеспечивающий связь персональных компьютеров и позволяющий совместно использовать различные ресурсы - внешнюю память, принтеры, файлы).
Сетевая архитектура на основе сервера означает, что работой всей сети управляет специально выделенный компьютер-сервер. Сетевое программное обеспечение такого сервера называется сетевой операционной системой. При этом чаще всего используется концепция файлового сервера, которая основана на том, что сетевая операционная система должна предоставлять пользователям информационные ресурсы в виде файлов, поэтому сервер в такой сети называется файловым. Основная часть сетевой операционной системы размещается на файловом сервере, а на компьютерах пользователей устанавливается её небольшая часть, называемая оболочкой. Оболочка выполняет роль интерфейса между программами пользователя, обращающимися за ресурсами к файловому серверу. Файловый сервер представляет собой хранилище файлов, используемое всеми пользователями. Компьютеры пользователей работают в режиме рабочей станции. Как программы, так и файлы данных, находящиеся на файловом сервере, автоматически перемещаются на рабочую станцию, где и происходит обработка этих данных.
Архитектура «клиент – сервер». В этом случае сетевое программное обеспечение ориентировано не только на коллективное использование информационных ресурсов сети, но и на их обработку в месте размещения ресурса по запросам пользователей. Программные системы относятся к одному из двух классов:
• программы – серверы: обеспечивают работу сервера;
• программы – клиенты: обеспечивают работу компьютера пользователя.
Программы – клиенты выполняются на компьютере пользователей и посылают запросы программе – серверу, работающей на компьютере – сервере. Обработка данных производится сервером, а на компьютер пользователей посылаются только результаты выполнения запроса.
Таким образом, в данном случае компьютер пользователей работает в режиме терминала.
В локальных сетях обычно используется одноранговая архитектура или архитектура файлового сервера. В глобальных сетях используется архитектура клиент – сервер.
Топология локальной сети.
Топология локальной сети – это логическая схема соединения компьютеров каналами связи. Использование канала передачи информации, соединяющего узлы сети (компьютеры), определяется протоколом, называемом методом доступа. Эти методы доступа реализуются соответствующими сетевыми платами (адаптерами). Такие сетевые платы устанавливаются в каждом компьютере сети и обеспечивают передачу и приём информации по каналам связи.
Чаще всего в локальных сетях используются следующие топологии:
- моноканальная (общая шина);
- кольцевая;
- звездообразная.
Кроме этих используются полносвязная и древовидная топологии. В полносвязной топологии каждый компьютер в сети непосредственно связан с каждым другим компьютером. В древовидной топологии существует главный компьютер (сервер), которому подчинены компьютеры следующего уровня, каждому из которых могут быть подчинены компьютеры следующего уровня иерархии и т. д.
Моноканальная топология (общая шина).
При топологии типа общая шина все клиенты подключены к общему каналу передачи данных. При этом они могут непосредственно вступать в контакт с любым компьютером, имеющимся в сети. Передача информации в данной сети происходит следующим образом. Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети. Однако информацию принимает только тот компьютер, адрес которого соответствует адресу получателя. Причем в каждый момент времени, только один компьютер может вести передачу данных. Самым распространенным типом сети с топологией общая шина является сеть стандарта Ethernet со скоростью передачи информации 10 – 100 Мбит/сек.
Преимущества топологии общая шина:
1. Вся информации находится в сети и доступна каждому компьютеру.
2. Рабочие станции можно подключать независимо друг от друга. Т. е. при подключении нового абонента нет необходимости останавливать передачу информации в сети.
3. Построение сетей на основе топологии общая шина обходится дешевле, так как отсутствуют затраты на прокладку дополнительных линий при подключении нового клиента.
4. Сеть обладает высокой надежностью, т. к. работоспособность сети не зависит от работоспособности отдельных компьютеров.
К недостаткам топологии типа общая шина относятся:
1. Низкая скорость передачи данных, т. к. вся информация циркулирует по одному каналу (шине).
2. Быстродействие сети зависит от числа подключенных компьютеров. Чем больше компьютеров подключено к сети, тем медленнее идет передача информации от одного компьютера к другому.
3. Для сетей, построенных на основе данной топологии, характерна низкая безопасность, т. к. информация на каждом компьютере может быть доступна с любого другого компьютера.
Топология типа «звезда».
В сети, построенной по топологии типа «звезда» каждая рабочая станция присоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т. е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.
Преимущества сетей топологии звезда:
1. Легко подключить новый ПК;
2. Имеется возможность централизованного управления;
3. Сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.
Недостатки сетей топологии звезда:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
