Конспект лекций общепрофессиональной дисциплины ОП.01 Архитектура компьютерных систем (стр. 4 )

2 шаг.

Делим 123 на 2. Результат 61 остаток 1.

3 шаг.

Делим 61 на 2. Результат 30 остаток 1.

4 шаг.

Делим 30 на 2. Результат 15 остаток 0.

5 шаг.

Делим 15 на 2. Результат 7 остаток 1.

6 шаг.

Делим 7 на 2. Результат 3 остаток 1.

7 шаг.

Делим 3 на 2. Результат 1 остаток 1.

8 шаг.

Делим 1 на 2. Результат 0, есть остаток. (1)

Получаем следующее двоичное чсисло: 11110111.

Перевод из шестнадцатеричной системы счисления.

Перевод из шестнадцатеричной системы счисления заключается в последовательной замене шестнадцатеричных цифр соответствующими двоичными тетрадами согласно таблице перевода. Например, шестнадцатеричному числу e4d5 соответствует двоичное число 1110 0100 1101 0101.

Перевод в шестнадцатеричную систему счисления.

Перевод из десятичной системы счисления.

Общая идея алгоритма перевода из десятичной системы счисления в шестнадцатеричную аналогична рассмотренной ранее в алгоритме перевода в двоичную систему счисления из десятичной.

1. Разделить десятичное число A на 16. Запомнить частное q и остаток a.

2. Если в результате шага 1 частное q не равно 0, то принять его за новоеделимое, записать остаток и вернуться к шагу 1.

3. Если частное q равно 0, прекратить работу алгоритма. Выписать остатки в порядке, обратном их получению. Получится шестнадцатеричный эквивалент исходного десятичного числа.

Переведем число 247.

1 шаг.

Делим 247 на 16. Результат 15 остаток 7.

2 шаг.

15 на 16 не делится. Результат 0 остаток 15.

Получаем число F7.

Перевод из двоичной системы счисления.

Идея алгоритма состоит в том, что двоичное число разбивается на тетрады, начиная с младшего разряда. Далее каждая тетрада приводится к к соответствующему шестнадцатеричному числу согласно таблице перевода.1111 0111=F7

4.  Представление информации в вычислительных системах

Виды информации и способы её представления в ЭВМ.

Представление целых чисел.

Для эффективности использования памяти в ЭВМ используют разные методы представления целых чисел. При этом применяется формат с фиксированной запятой.

Для положительных (без знаковых) чисел все биты ячейки памяти участвуют в указании количественного значения числа. Например, 1 байт=8 битам дает возможность задать числа в диапазоне от 00000000 до 11111111 в двоичной системе (0-255 в десятичной системе). Если же используется для кодирования машинное слово (2 байта), то возможен числовой диапазон от 0 до 2^16-1=65535 в десятичной системе.

В случае если нужно указать число со знаком, старший бит в двоичной системе выделяется для указания знака. При этом одним байтом можно задать числа от -128 до +127, а 16 разрядное целое со знаком позволяет указать числовой диапазон от -32768 до +32767 в десятичной системе. Для замены операции вычитания операцией сложения, отрицательные числа в памяти компьютера хранятся в дополнительном коде.

В компьютере операции над целым числами выполняются целочисленным процессорам по определенным правилам.

Представление вещественных чисел.

Для выполнения операций с большей точностью в компьютере используется формат представления чисел с плавающей запятой. При таком кодировании часть разрядов отводится для указания порядка, другая часть для указания мантиссы и один бит для указания знака. Например, при длине числа 32 бита (двойное машинное слово) 1 бит отводится для указания знака, 8 бит – указание порядка и 24 бита – для мантиссы. Это позволяет задать диапазон от 10^-38 до 10^38 .

Операции над такими числами выполняет математический сопроцессор.

Представление текстовой информации.

В случае текстовой информации, каждому символу сопоставляется двоичное число, образуя таблицу кодировок символов. Существует различные стандарты кодировок: ASCII, UCS-2, UCS-4. Например, в таблице ASCII одним байтом кодируются 256 символов (включая управляющие символы). Согласно этой кодировке букве b соответствует код 01100010, о – 01101111, k – 01101011. И слово book записывается четырьмя байтами 01100010 01101111 01101111 01101011.

Структуры данных и их разновидности.

Структура данных — программная единица, позволяющая хранить и обрабатывать множество однотипных и/или логически связанных данных в вычислительной технике. Для добавления, поиска, изменения и удаления данных структура данных предоставляет некоторый набор функций, составляющих её интерфейс. Структура данных часто является реализацией какого-либо абстрактного типа данных.

При разработке программного обеспечения большую роль играет проектирование хранилища данных и представление всех данных в виде множества связанных структур данных.

Хорошо спроектированное хранилище данных оптимизирует использование ресурсов (таких как время выполнения операций, используемый объём оперативной памяти, число обращений к дисковым накопителям), требуемых для выполнения наиболее критичных операций.

Структуры данных формируются с помощью типов данных, ссылок и операций над ними в выбранном языке программирования.

Различные виды структур данных подходят для различных приложений; некоторые из них имеют узкую специализацию для определённых задач. Например, B-деревья обычно подходят для создания баз данных, в то время как хеш-таблицы используются повсеместно для создания различного рода словарей, например, для отображения доменных имён в интернет-адреса компьютеров.

При разработке программного обеспечения сложность реализации и качество работы программ существенно зависит от правильного выбора структур данных. Это понимание дало начало формальным методам разработки и языкам программирования, в которых именно структуры данных, а не алгоритмы, ставятся во главу архитектуры программного средства. Большая часть таких языков обладает определённым типом модульности, позволяющим структурам данных безопасно переиспользоваться в различных приложениях. Объектно-ориентированные языки, такие как Java, C# и C++, являются примерами такого подхода.

Многие классические структуры данных представлены в стандартных библиотеках языков программирования или непосредственно встроены в языки программирования. Например, структура данных хэш-таблица встроена в языки программирования Lua, Perl, Python, Ruby, Tcl и др. Широко используется стандартная библиотека шаблонов STL языка C++.

Форматы файлов.

Расширение файла - это часть имени файла, которое отделяется от основного имени точкой. Прежде всего, по расширению можно понять какое содержимое находится в файле: музыка, видео, изображение, база данных или архив. Например, в файле "filename. txt" расширение ".txt" указывает на то, что это текстовый документ, который можно открыть, например, в блокноте.

Архивы:

RAR – файл или группа файлов, сжатых с использованием RAR-сжатия (имеет более высокий коэффициент сжатия, чем ZIP). "RAR" происходит от "Roshal ARchive" (имя разработчика - Евгений Рошаль, программа WinRar).

ZIP – файл сжатый, с использование ZIP-сжатия, поддерживается большинством программ-архиваторов. Windows пользователи могут создавать ZIP-файлы, используя, к примеру, программу WinZip.

Видео:

AVI – формат видео-файла содержащий данные, которые могут быть закодированы в различных кодеках. Использует меньшее сжатие, чем аналогичные форматы. AVI-файлы могут быть проиграны различными плеерами, но плеер должен поддерживать кодек используемый для кодирования данного видео. (Прим. автора: слово кодек – происходит от слов КОдировать и ДЕКодировать).

MPEG1-2(MPG) –формат хранения видео и звука с компрессией и потерей данных.

MPEG4(MP4) – фильм или видео клип, сжатый в MPEG-4 стандарт, обычно используется для обмена и передачи видео-файлов в Интернете. В этом формате используется раздельное сжатие для аудио и видео дорожек.

SWF - ShockWare Flash. Файлы SWF создаются с помощью программного продукта Macromedia Flash. SWF называют также форматом Flash Player. Формат предназначен для хранения векторной графики и анимационных клипов, которые могут содержать звук. Для его просмотра используется проигрыватель Flash Player, а также современные Web-браузеры. Редактировать SWF-файлы нельзя.

Графика:

BMP – растровый графический формат. Стандартный формат графических файлов для Windows. Практически все программы редактирования изображения Windows могут создавать и читать файлы BMP. Можно установить цвет изображения, от чёрно-белого до полноцветного. Изображение в этом формате не подвергается сжатию. Примерно 16.7 миллионов цветов.

GIF – Graphics Interchange Format (формат обмена графическими данными). Стандарт фирмы CompuServe, для определения растровых цветных изображений. Созданные для сетевого распространения, файлы данного формата очень малы. Формат записывает чёрно-белое изображение, используя 256 оттенков серого, и цветное изображение, используя 256 или менее цветов. Изображение также можно использовать в анимации.

JPEG(JPG) – чаще всего используется для растровых изображений (фотографий, рисунков т. д.). Высокая степень сжатия в формат JPEG значительно уменьшает размер файла изображения, но при этом происходит потеря качества изображения. На сегодняшний день JPEG является лучшим форматом для фотографий и изображений с большим числом цветов. Удобен для использования в Интернете или пересылке по электронной почте. Примерно 16.7 миллионов цветов.

PSD – Photo Shop Data. Формат файлов программы обработки фотоизображений Photoshop. Примерно 280 триллионов цветов.

TIFF(TIF) – Tagged Image File Format (тегированный формат файлов изображений), растровый графический формат. Этот формат ассоциируется с изображением высокого качества и считается стандартным форматом обмена данных между ПК. Формат TIFF позволяет сжимать изображение без потери данных. Широко используется пользователями цифровых камер. Примерно16.7 миллионов цветов.

Документы, текст:

DOC – документ, созданный в Microsoft Word. Может содержать отформатированный текст, картинки, таблицы, графики, диаграммы, форматирования страниц и параметры печати.

PDF – Portable Document Format. Документ программы Adobe Acrobat. Используется для представления документов в фиксированной форме и формате, независимо от устройств, на котором они будут открыты и от разрешения. Т. е. каким документ создан, таким он и будет всегда виден.