Информационно-коммуникационные технологии

Дискретное (цифровое) представление звуковой информации и видеоинформации

Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать реальный (записанный) звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

Частота дискретизации звука -- это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 50 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Каждому уровню дискретизации присваивается определенное значение уровня громкости звука.

Глубина кодирования звука -- это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2^I

Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно N = 2^I = 2¹⁶ = 65 536.

Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Дискретное (цифровое) представление видеоинформации

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная технология быстрой смены статических картинок.

При использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получается слишком большой. Способ уменьшения объема видео: первый кадр запоминается целиком (ключевой), а в следующих сохраняются только отличия от начального кадра (разностные кадры).

Тема 2. Основные информационные процессы и их реализация с помощью компьютеров: обработка, хранение, поиск и передача информации. Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера. Алгоритмы и способы их описания

Действия, выполняемые с информацией, называются информационными процессами. Выделяют три основных вида информационных процессов: обмен, хранение и обработка информации.

Человек непрерывно воспринимает информацию из окружающего мира с помощью своих органов чувств: зрения, обоняния, осязания, вкуса и слуха (она называется органолептической). Большая часть (картины природы, звуки, запахи, вкусовые и осязательные ощущения) воспринимается в образной форме. Информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной форме, называется знаковой(символьной). Человеческая речь и письменность связаны с понятием языка. Различают естественные языки (русский, английский, французский и т.д.) и формальные языки - языки профессий или областей знаний (к числу формальных языков можно отнести язык математических формул, ноты, языки программирования и т.п.).

Язык - это знаковая система представления информации. Обмен информацией может происходить как при непосредственном общении между людьми, так и с помощью технических средств связи: телефона, радио, телевидения, компьютерных сетей и т.д. Отметим, что без помощи технических средств люди способны обмениваться информацией только голосом, жестами, мимикой на небольшом расстоянии. Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. (С древнейших времен человек изобретал способы передачи информации. Наши предки умели передавать сигналы дымом костра, звуками колокола и т.д.) За последние два века появились телеграф, телефон, радио, телевидение. В последние годы бурно развивается мобильная связь и компьютерные коммуникации.

Схема передачи информации:

Человек хранит информацию либо в собственной памяти, либо на внешних носителях (на бумаге, дисках и т.д.). Сведения, которые мы помним, всегда доступны и мы можем оперативно (быстро) ими воспользоваться. Внутреннюю память, поэтому называют оперативной. Ёмкость нашей памяти ограничена, к тому же часть сведений со временем человек забывает. Информация на внешних носителях хранится надежнее, но чтобы использовать такую информацию, её сначала нужно сделать оперативной (например, чтобы набрать номер телефона, необходимо сначала найти его в телефонной книге и прочитать).



Человеку почти непрерывно приходится заниматься обработкой информации. Приведем несколько примеров обработки:

· получение новой информации из данной путем вычислений или логических рассуждений (решение математической задачи);

· изменение формы представления информации (перевод текста с одного языка на другой);

· поиск информации в информационном массиве (поиск номера телефона в телефонной книге);

· сортировка информации (упорядочение списка студентов группы в алфавитном порядке).

Процесс обработки информации вручную ведется очень медленно.

Схема обработки информации:

Человеку необходимы технические средства и методы сбора, приема, передачи, хранения и обработки информации - информационные технологии.

Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Идея теории: передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи.

2.1 Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера

В XIX веке английским математиком и инженером Чарльзом Бэббиджем был разработан проект вычислительной машины. Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы.

Чарльза Беббиджа считают изобретателем компьютера - он впервые соединил механический арифмометр с идеей программного управления.

В основу работы компьютеров положен программный принцип управления. Первая вычислительная машина, способная хранить программу в своей памяти, разрабатывалась в 1943--1948 гг. в США под руководством Джона Мочли и Преснера Экерта.

В 1945 г. математик Джон фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств.

Первый компьютер, в котором были полностью реализованы эти принципы, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. Изменяется элементная база, компьютеры становятся более мощными, но до сих пор большинство из них соответствуют тем принципам, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:

• арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

• устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

• запоминающее устройство, или память, для хранения программ и данных;

• внешние устройства для ввода-вывода информации.

Устройство современного компьютера:

• память (запоминающее устройство -- ЗУ), состоящая из перенумерованных ячеек;

• процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);

• устройство ввода;

• устройство вывода.

Эти устройства соединены между собой каналами связи, по которым передается информация.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общая схема компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

- сигнал управления;

- информационный сигнал

Функции памяти: • прием информации из других устройств; • запоминание информации; • выдача информации по запросу в другие устройства машины.	Функции процессора: • обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; • программное управление работой устройств компьютера.

Одна часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством, а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, -- устройством управления.

В составе процессора имеется ряд дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.

Регистр представляет собой совокупность триггеров(электронных схем), связанных друг с другом определенным образом общей системой управления.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций:

• сумматор -- регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

• счетчик команд -- регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

регистр команд -- регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные -- для хранения кодов адресов операндов.

Основные логические операции

Для описания функционирования аппаратных средств компьютера очень удобен математический аппарат алгебры логики, т.к системой счисления в компьютере является двоичная (1 и 0). Из этого следует, что одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и логических переменных.

Логика - это наука о формах и способах мышления.

Основы формальной логики заложил древнегреческий мыслитель Аристотель.

Логические переменные в алгебре логики обозначаются прописными латинскими буквами, которые могут принимать лишь два значения: «истина» (1) и «ложь» (0).

Логический элемент - простейшая структурная единица ЭВМ - выполняющая определенную логическую операцию над двоичными переменными согласно правилам алгебры логики.

Логические элементы компьютера оперируют с сигналами, представляющими собой электрические импульсы. Есть импульс - логический смысл сигнала 1, нет импульса - 0. На входы логического элемента поступают сигналы-значения аргументов, на выходе появляется сигнал-значение функции.

Конъюнктор

Конъюнкция - соответствует союзу «И», обозначается знаком , иначе называется логическим умножением. Конъюнкция двух логических переменных истинна тогда и только тогда, когда обе переменные истинны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица истинности функции логического умножения:

A	B	F=A/\B
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Дизъюнктор

Дизъюнкция - соответствует союзу «ИЛИ», обозначается знаком , иначе называется логическим сложением. Дизъюнкция двух логических переменных истинна тогда, когда истинна хотя бы одна переменная.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица истинности функции логического сложения:

A	B	F=AB
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Инвертор - логический элемент «НЕ»

Присоединение частицы «НЕ» к высказыванию называется операцией логического отрицания или инверсией.

Логическое отрицание (инверсия) делает истинное выражение ложным и, наоборот, ложное - истинным.

Операцию логического отрицания (инверсию) над логическим высказыванием A в алгебре логики принято обозначать A.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица истинности функции логического отрицания:

A	F=A
0	1
1	0

Сигнал, выработанный одним логическим элементом, можно подавать на вход другого элемента, это дает возможность образовывать цепочки из отдельных логических элементов.

2.2 Алгоритмы, свойства алгоритмов и способы их описания

(Слово «алгоритм» произошло от имени выдающегося математика средневекового Востока Мухаммеда аль-Хорезми, описавшего в IX веке правила выполнения вычислений с многозначными десятичными числами. Правила сложения, вычитания, умножения столбиком, деления «уголком», которые мы учим в младших классах, - это алгоритмы аль-Хорезми.)

Алгоритм - последовательность действий, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное, записанная с помощью понятных исполнителю команд.

Исполнителем алгоритма может быть человек или автоматическое устройство - компьютеры, роботы, станки, спутники, сложная бытовая техника и даже детские игрушки.

Действия, которые может совершать исполнитель, называют системой команд исполнителя.

Алгоритм должен содержать только те действия, которые допустимы для данного исполнителя.

Свойства алгоритмов:

· результативность (конечность) - алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов;

· детерминированность(определенность) - исполнитель должен выполнять команды алгоритма в строго определенной последовательности, каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего;

· доступность (понятность) - понимание исполнителем команд, в алгоритме используются только команды из системы команд исполнителя;

· массовость - один и тот же алгоритм может применяться к большому количеству однотипных задач;

· однозначность - каждая команда определяет однозначное действие исполнителя;

· дискретность - алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов.

Способы описания алгоритмов

Типовые конструкции алгоритмов:

· линейная - описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке;

· циклическая - описание действий или группы действий, которые должны повторяться указанное число раз или пока не выполнено заданное условие.

· разветвляющаяся - алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий;

· вспомогательная - алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя.

Форма и способ записи алгоритма зависит от того, кто будет исполнителем.

Представление алгоритмов можно разделить на две группы:

1. Естественное представление алгоритма

- словесный способ (алгоритм записан на естественном языке в виде текста с формулами по пунктам, определяющим последовательность действий);

- графический способ (алгоритм изображен в виде блок-схемы);

Элементы алгоритмы изображаются на блок-схеме с помощью различных геометрических фигур. Элементы алгоритма соединены стрелками, указывающими шаги выполнения алгоритма.

2. Формальное представление алгоритмов

Формальное представление алгоритмов - это способ записи алгоритмов с использованием алгоритмических языков, либо языков программирования.



Элементы блок-схем

Элемент блок-схемы	Назначение элементаблок-схемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

начало и конец алгоритма

Размещено на http://www.allbest.ru/

ввод-вывод данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

процесс, выполнение действий или команд

Размещено на http://www.allbest.ru/

задание и проверка условия, выбор направления выполнения алгоритма

Размещено на http://www.allbest.ru/

применяется для вызова отдельно описанного алгоритма (подпрограммы)

Размещено на http://www.allbest.ru/

применяется для объявления переменных или ввода комментариев

Алгоритмический язык - это система правил и обозначений для точной и однозначной записи алгоритмов. Такая запись является формализованной. Это означает, что запись подчиняется строгим требованиям синтаксиса языка.

Язык программирования - это система обозначений и правил для записи алгоритмов, предназначенная для использования на ЭВМ.

Программа - запись серии исполняемых команд на заданном языке программирования.

В мире насчитывается несколько сотен языков программирования различных структур и возможностей.

2.3 Принцип программного управления

Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности.

Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение.

Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических действий, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Так как команды расположены в памяти друг за другом, организуется выборка цепочки команд из последовательно распложенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой ячейке, то используются команды условного и безусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

Принцип программного управления обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача по соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.

Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти -- число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Память компьютера должна состоять из некоторого числа пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к сохраненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

2.4 Многообразие компьютеров. Аппаратная реализация компьютера. Основные характеристики компьютеров

Многообразие компьютеров

Персональный компьютер (ПК) - это компьютер, предназначенный для индивидуального использования. В настоящее время это мощный универсальный компьютер, который работает как дома, так и на рабочих местах в офисах, легко подключается к различным вычислительным системам.

Технической основой ПК служит микропроцессор (МП). Развитие технологии МП определило смену поколений персональных компьютеров:

· 8-разрядный МП (1975 - 1980) - I поколение;

· 16- разрядный МП (1981 - 1985) - II поколение;

· 32- разрядный МП (1986 - 1992) - III поколение;

· 64- разрядный МП (1993 г. - по настоящее время) - IV поколение;

Важную роль в развитии ПК сыграло появление компьютера IBM PC, произведенного корпорацией IBM (США) на базе МП Intel-8086 в 1981 г. Этот персональный компьютер занял ведущее место на рынке ПК. Его основное преимущество - открытая архитектура, благодаря которой пользователи могут расширять возможности ПК, добавляя различные периферийные устройства и модернизируя компьютер. В наши дни 85% всех компьютеров базируется на архитектуре IBM PC.

Классификация ПК по назначению

ПК общего назначения - предназначены для массового потребителя для развлечения, обучения и работы.

Профессиональные ПК - применяются в научной сфере, для решения сложных информационных и производственных задач, где требуется высокое быстродействие, эффективная передача больших массивов информации, достаточно большая емкость оперативной памяти.

Классификация ПК по конструктивному исполнению

Современный персональный компьютер может быть реализован:

· в настольном (desktop),

· портативном (notebook),

· карманном (handheld) варианте.

Аппаратная реализация компьютера

Настольные компьютеры состоят из системного блока, монитора и клавиатуры.В портативных и карманных компьютерах системный блок спрятан под клавиатурой,а монитор встроен в крышку клавиатуры.

Системный блок является в компьютере главной частью. В нем располагаются все основные компоненты компьютера:

· материнская (системная) плата, к которой подключаются все остальные платы и микросхемы (микропроцессор, оперативная память, контроллеры различных устройств);

· блок питания, преобразующий напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения для питания различных компонентов компьютера;

· накопитель на жестком магнитном диске (винчестер);

· дисководы для чтения и записи компакт-дисков.

На заднюю панель системного блока выведены разъемы, через которые к компьютеру подключаются различные внешние устройства: монитор, клавиатура, принтер и т.д.

Каждое внешнее устройство подключаются к центральной части компьютера (микропроцессор и память) с помощью контроллеров (адаптеров). Контроллеры управляют внешними устройствами. Каждому внешнему устройству соответствует свой контроллер.

Основные характеристики компьютеров

Характеристики микропроцессора

Микропроцессор - выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Микропроцессор - это «мозг» и «сердце» компьютера. Основной характеристикой микропроцессора является тактовая частота, которая в значительной степени определяет его быстродействие. Чем выше тактовая частота микропроцессора, тем выше его производительность. Другой характеристикой процессора является его разрядность. Разрядность процессора определяется числом двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

С момента появления первого процессора (1971 г.) тактовая частота процессоров увеличилась в 38 000 раз (с 0,1 МГц до 3 800 МГц), разрядность увеличилась в 16 раз (с 4 битов до 64 битов).

В настоящее время производительность процессоров увеличивается путем совершенствования архитектуры процессора (введение в структуру процессора кэш-памяти, многоядерность - вместо одного ядра процессора используется много ядер (в 2011 г. - до 100 ядер!)).

Производительность процессора нельзя вычислить - она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Характеристики внутренней памяти

Важное значение для производительности компьютера имеет объем оперативной памяти.

Оперативная память - (RAM - англ. Random Access Memory - память с произвольным доступом) -- часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся программы в процессе их выполнения и данные в процессе их обработки процессором.

Оперативная память представляет собой множество ячеек, каждая ячейка имеет свой уникальный адрес. Каждая ячейка памяти имеет объем 1 байт. Максимальный объем адресуемой памяти для Pentium 4 равен 64 Гбайт.

В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти (модулей оперативной памяти) практически всегда различаются. Величина фактически установленной оперативной памяти может быть 2 - 4 Гбайт.

Существует четыре главные характеристики микросхемы оперативной памяти: тип, структура, объем и время доступа к ячейке.

Постоянная память (ROM - Read Only Memory - память только для чтения) -энергонезависимая память. Содержание памяти «зашивается» при ее изготовлении для постоянного хранения. В постоянной памяти хранятся программы управления работой процессором, внешней памятью, дисплеем, клавиатурой, принтером, программы запуска и остановки компьютера, программы тестирования устройств.

Видеопамять VRAM - разновидность оперативного запоминающего устройства, в котором хранятся закодированные изображения. Это запоминающее устройство организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам - процессору и монитору, поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Внешняя память

Накопитель на жестких магнитных дисках (HDD - Hard Disk Drive), или винчестер, - используется для постоянного хранения информации - программ и данных.

Ёмкость современных жёстких дисков (на ноябрь 2010 г.) достигает 3 000 ГБ (3 Терабайт).

Обязательным компонентом персонального компьютера стали дисководы для компакт-дисков (CD и DVD).

2.5 Архитектура компьютеров

Архитектура - это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип.

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и устройства хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. - Магистрально-модульное устройство компьютера

программный компьютерный телекоммуникационный

Микропроцессор - выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Оперативная память - (RAM - англ. Random Access Memory - память с произвольным доступом) -- часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся программы в процессе их выполнения и данные в процессе их обработки процессором.

Устройства ввода - оборудование, с помощью которого можно вводить данные: клавиатура, мышь, джойстик, трекбол, тачпад, световое перо, сенсорные экраны, сканеры, цифровые камеры ТВ-тюнеры, системы распознавания речи, сенсорные датчики,.

Устройства вывода - оборудование, с помощью которого можно выводить данные: мониторы, принтеры, плоттеры, колонки, системы синтеза человеческого голоса.

Внешняя память - используется для постоянного хранения информации - программ и данных: накопитель на жестких магнитных дисках (HDD - Hard Disk Drive), или винчестер, дисководы для компакт-дисков (CD и DVD).

Сетевые устройства - необходимы для подключения компьютера к сети: сетевые адаптеры, каналы связи, устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины:

шину данных,

шину адреса,

шину управления,

которые представляют собой многопроводные линии.

Шина данных

По этой шине данные передаются между различными устройствами.

Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения.

Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно.

Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники и в настоящее время составляет 64 бита.

Шина адреса

Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор.

Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес.

Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2^I

где I - разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 64 бита.

Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно: N = 2⁶⁴ ячеек

Шина управления

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали.

Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Тема 3. Хранение информационных объектов различных видов на различных цифровых носителях. Определение объемов различных носителей информации. Архив информации

Носитель информации (информационный носитель) -- любой материальный объект или среда, используемые для хранения или передачи информации.

Все носители информации применяются для: записи, хранения, чтения, передачи информации. Самым распространенным носителем информации была бумага. Но время идет, и качество бумажных носителей перестало устраивать современное общество, озабоченное все возрастающим и возрастающим количеством информации.

По оценкам специалистов, объем информации, фиксируемой на различных носителях, превышает один эксабайт в год (10¹⁸ байт/год). Примерно 80% всей этой информации хранится в цифровой форме на магнитных и оптических носителях и только 20% - на аналоговых носителях (бумага, магнитные ленты, фото- и кинопленки).

Любая компьютерная информация на любом носителе хранится в двоичном (цифровом) виде.

Цифровые носители информации -- устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом виде.

На первых компьютерах для цифрового представления вводимых данных использовались бумажные носители - перфокарты (картонные карточки с отверстиями) и перфоленты.

Магнитные цифровые носители информации

1. Гибкие магнитные диски

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД), диаметром 3,5 дюйма (89 мм) вмещает 1,44 Мб информации.

Сам 3.5-дюймовый гибкий диск с нанесенным на него магнитным слоем заключен в жесткий пластмассовый конверт, который предохраняет дискету от механических повреждений и пыли.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обе стороны дискеты покрыты магнитным слоем. (на каждой стороне имеется по 80 концентрических дорожек (треков) для записи данных. Каждая дорожка разбита на 18 секторов, и в каждый сектор можно записать блок данных размером 512 байт.)

Скорость записи и считывания информации - 50 Кбайт/с. Дискета вращается в дисководе со скоростью 360 оборотов/мин.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) - винчестер или жесткий диск (Hard Disk), является основным местом хранения данных в персональном компьютере. Винчестер представляет собой один или несколько жестких (алюминиевых, керамических или стеклянных) дисков, размещенных на одной оси, покрытых магнитным материалом, которые вместе с головками чтения-записи, электроникой и всей механикой, необходимой для вращения дисков и позиционирования головок заключены в неразборный герметичный корпус.

Укрепленные на шпинделе электродвигателя, диски вращаются с высокой скоростью (7 200 оборотов в минуту), а информация читается/записывается магнитными головками, количество которых соответствует числу поверхностей, используемых для хранения информации.

Скорость записи и считывания информации -300 Мбайт/с.

Ёмкость современных жёстких дисков (на ноябрь 2010 г.) достигает 3 000 ГБ (3 Терабайт).

Существуют переносные винчестеры - они устанавливаются не внутри системного блока, а подключаются к компьютеру через параллельный порт или через порт USB.

Пластиковые карты

В банковской системе большое распространение получили пластиковые карты. На них тоже используется магнитный принцип записи информации, с которой работают банкоматы, кассовые аппараты, связанные с информационной банковской системой.

Оптические цифровые носители информации

Оптические диски CD- и DVD

Оптические CD-диски рассчитаны на использование инфракрасного лазера с длиной волны 780 нм и имеют информационную емкость 700 Мбайт.

Оптические DVD-диски рассчитаны на использование красного лазера с длиной волны 650 нм. Они имеют большую информационную емкость по сравнению с CD-дисками (4,7 Гбайт) за счет меньшей ширины и более плотного размещения оптических дорожек. DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию.

HP DVD и Blu-Ray, информационная емкость которых в 3-5 раз превосходит информационную емкость DVD-дисков за счет использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

1. CD-ROM и DVD-ROM

На этих дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. ( ROM (Read Only Memory -- память только для чтения)).

2. CD-R и DVD±R

На этих дисках информация может быть записана, но только один раз.

3. CD-RW и DVD±RW

На данных дисках информация может быть записана и стерта многократно. Записывающий слой изготавливается из специального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния -- аморфное и кристаллическое. При записи (или стирании) луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из устойчивых агрегатных состояний, которые характеризуются различной степенью прозрачности.

Флэш-память

Флэш-память -- особый вид полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти:

· полупроводниковая-- не содержащая механически движущихся частей, построенная на основе полупроводниковых микросхем;

· энергонезависимая -- не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи);

· перезаписываемая -- допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.

Во флэш-памяти для записи и считывания информации используются электрические сигналы. В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хранит 1бит информации и состоит из одного полевого транзистора.

Карты флэш-памяти

Флэш-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Микросхемы флэш-памяти содержат миллиарды ячеек, каждая ячейка хранит 1 бит информации. Информационная емкость карт флэш-памяти достигает нескольких Гбайт. Широко применяются в цифровых фото- и видеокамерах, сотовых телефонах, портативных компьютерах, МРЗ-плеерах и цифровых диктофонах.

Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители (картридеры), встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт.

USB флэш-диски (флэшки, флэш-брелоки)

Накопители на флэш-памяти представляет собой микросхему флэш-памяти, дополненную контроллером USB, и подключаются к последовательному порту USB. USB флэш-диски могут использоваться в качестве внешнего сменного носителя информации.

USB флэш-диски могут содержать переключатель защиты от записи, поддерживать парольную защиту, а также могут быть загрузочными. Некоторые USB флэш-диски имеют кроме индикатора работы жидкокристаллический экранчик, на котором отображается, сколько свободного места осталось на диске.

В последние годы активно ведутся работы по созданию еще более компактных носителей информации с использованием нанотехнологий, работающих на уровне атомов и молекул.

3.1 Архивация

Архивация - преобразование (сжатие, компрессия) данных в сжатую (архивную) форму для долгосрочного хранения или передачи их по сети.

Программы архиваторы, winrar и winzip

Причины архивации данных:

1. Передача большого объёма информации по сети

2. Нехватка места в долговременной памяти компьютера

Данные в архиве находятся в закодированном виде, поэтому непосредственно работать с ними нельзя. Сначала их нужно извлечь с помощью программы-архиватора.

Как заархивировать файлы с помощью оболочки WinRAR

Прежде всего, нужно запустить WinRAR. Меню Пуск > Все программы > WinRAR.

При запуске WinRAR показывает в своем окне список файлов и папок в текущей папке. Нужно перейти в папку, в которой находятся файлы, предназначенные для архивации.

Далее выделите файлы и папки, которые хотите заархивировать.

Нажмите кнопку "Добавить" . В появившемся диалоговом окне введите имя архива или просто подтвердите имя, предложенное по умолчанию. Здесь же можно выбрать формат нового архива (RAR или ZIP), метод сжатия, размер тома и прочие параметры архивации. Нажмите кнопку "OK" для создания архива.

Добавлять файлы в существующий архив RAR можно также методом перетаскивания. Выделите архив в окне WinRAR и нажмите [Enter] (или дважды щ. м.) на его имени -- RAR прочтет архив и покажет его содержимое. Теперь вы можете добавлять файлы в архив, просто перетаскивая их из другой программы в окно WinRAR.

Как извлечь файлы с помощью оболочки WinRAR

Чтобы извлечь файлы с помощью оболочки WinRAR, сначала нужно открыть архив в WinRAR.

Выделите те файлы и папки, которые вы хотите извлечь. Выделив один или несколько файлов, нажмите кнопку "Извлечь в" вверху окна WinRAR.

Как заархивировать файлы в Проводнике или с Рабочего стола

Выделите файлы, которые хотите заархивировать, нажмите правую кнопку мыши на выделенных файлах и выберите команду "Добавить в архив...". В появившемся окне введите имя архива или просто подтвердите предложенное имя. Здесь же можно выбрать формат нового архива (RAR или ZIP), метод сжатия, размер тома и прочие параметры архивации. Нажмите кнопку "OK" для создания архива. Архив будет создан в той же папке, где находятся выделенные файлы.

Как извлечь файлы в Проводнике или с Рабочего стола

Щелкните правой кнопкой мыши на значке архива, выберите команду "Извлечь файлы...", введите в появившемся диалоговом окне имя папки, в которую их надо извлечь, и нажмите кнопку "OK". В этом же диалоге можно настроить несколько дополнительных параметров.

Самораспаковывающиеся архивы

Самораспаковывающийся (SFX, от англ. SelF-eXtracting) архив -- это архив, к которому присоединен исполняемый модуль. Этот модуль позволяет извлекать файлы простым запуском архива. SFX-архивы, как и любые другие исполняемые файлы, обычно имеют расширение .EXE. SFX-архивы удобны в тех случаях, когда нужно передать кому-то архив, но вы не уверены, что у адресата есть соответствующий архиватор для его распаковки. Вы также можете использовать SFX-архивы для распространения своих собственных программ.

Создание шифрованного архива

Для создания шифрованного архива необходимо после того как появится окно добавления файлов в архив выбрать закладку Дополнительно, нажать кнопку «Установить пароль» и в появившемся окне ввести пароль для архивации.

3.2 Практическая часть

Для выполнения задания этого урока создайте новую папку «Архивация файлов» в своей папке и скопируйте в нее файлы из папки C:\Наш урок.

Теперь поучимся архивировать файлы.

Запустите программу WinRAR. (Пуск>Все программы>Архиваторы> WinRAR> WinRAR). Откройте в окне программы свую папку Архивация файлов и выделите несколько файлов.

Щелкните кнопку добавить. Дайте название будущему архиву и нажмите ОК.

Начнется упаковка файлов в архив. При этом вы можете видеть окно со статистикой процесса упаковки.

В ваше папке появится новый файл архива Архив1. Можете открыть файл архива и щелкнув Инфо вызовите окно информации, где наглядно видна степень сжатия файлов.

Обратите внимание, что некоторые файлы сжимаются хорошо, некоторые практически не сжимаются, так как сохранены в формате сжатием.

Вот например статистика сжатия текстового файла с большим числом повторов:

Как видите экономия памяти в этом случаи целых 99%!

Теперь заархивируем файлы с помощью проводника.

Откройте свою папку Архивация, выделите несколько файлов, нажмите правую кнопку мыши на выделенных файлах и выберите команду «Добавить в архив…». Появляется окно аналогичное предыдущему заданию. Вводим имя файла Архив2 и жмем ОК.

Возможно, вы заметили кроме команды «Добавить в архив…» еще команду «Добавить в архив <имя архива>». При выборе этой команды будут применены параметры архивации из профиля архивации по умолчанию.

Для создания шифрованного архива необходимо после того как появится окно добавления файлов в архив выбрать закладку Дополнительно, нажать кнопку. Установить пароль и в появившемся окне ввести пароль для архивации.

Теперь займемся распаковкой архивов и просмотром его содержимого.

Удалите из папки все файлы кроме полученных архивов.

Для того чтобы просмотреть содержимое архива или извлечь файлы из архива с помощью оболочки WinRAR, сначала нужно открыть архив в WinRAR. Как это сделать мы с вами сегодня уже говорили. При открытии архива в окне WinRAR выводится его содержимое. Выделите те файлы и папки, которые вы хотите извлечь. Выделив один или несколько файлов, нажмите кнопку "Извлечь в" вверху окна WinRAR, введите в появившемся диалоге нужный путь, а после этого нажмите кнопку "OK".

Извлечь файлы, можно и просто перетащив их из окна оболочки WinRAR в вашу папку.

Для того чтобы извлечь файлы из архива в окне Мой компьютер, не отрывая оболочку WinRAR, щелкните правой кнопкой мыши на значке архива, выберите команду "Извлечь файлы...", введите в появившемся диалоговом окне имя папки, в которую их надо извлечь, и нажмите кнопку "OK".

Вы можете также выбрать команду "Извлечь в <имя папки>", чтобы распаковать файлы в предложенную папку без каких-либо дополнительных запросов или "Извлечь в текущую папку" для извлечения в текущую папку.

Теперь выполните задания самостоятельно:

· Создайте 2 архива, один без шифрования, другой с шифрованием.

· Извлеките файлы из архива.

· Извлеките файлы из архива, подготовленного учителем из С:\Наш урок.

· ** Получите по электронной почте файл с архивом, распакуйте документ, допечатайте необходимую информацию, заархивируйте документ и отправьте учителю по электронной почте. Пароль к архиву в письме.

Учащиеся выполняют задание.

3.3 Многообразие внешних устройств, подключаемых к компьютеру. Устройства ввода информации. Клавиатура

Устройства ввода - оборудование, с помощью которого можно вводить данные: клавиатура, мышь, джойстик, трекбол, тачпад, световое перо, сенсорные экраны, сканеры, цифровые камеры ТВ-тюнеры, системы распознавания речи, сенсорные датчики.

Клавиатура

Универсальным устройством ввода информации является клавиатура. Клавиатура представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатия клавиш в двоичный код. Клавиатура позволяет вводить числовую и текстовую информацию.

По конструктивному исполнению клавиатуры делятся на два основных вида: пленочные (мембранные) и механические. В пленочных клавиатурах при нажатии клавиши происходит соприкосновение двух тонких пленок.

В механических клавиатурах каждая клавиша имеет собственную пару механических контактов, закрепленных на общей печатной плате. Для возврата нажатой клавиши в исходное положение используется пружина. Механические клавиатуры долговечнее и надежнее пленочных клавиатур.

Независимо от типа и формы клавиатуры для персонального компьютера, она содержит практически один и тот же набор клавиш, которые назначению выделены в отдельные блоки: функциональные клавиши, блок пишущей машинки, дополнительная цифровая клавиатура, вспомогательные (служебные) клавиши.

Функциональные клавиши

Блок функциональных клавиш расположен в верхнем ряду клавиатуры. Функции каждой клавиши из этого блока определяются программой, с которой работает компьютер в данный момент.

[Fl] - традиционная клавиша «Помощь». При ее нажатии на экран во время работы практически любой программы будет выведен краткий справочник по ее основным функциям.

Блок пишущей машинки

Клавиши блока пишущей машинки служат для ввода текста (прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков). Расположение латинских букв на клавиатуре обычно такое же, как на английской пишущей машинке, а букв кириллицы - как на русской пишущей машинке. Переключение с латинского алфавита на русский и обратно производится специальной комбинацией клавиш, например, в операционной системе Windows это могут быть комбинации клавиш [Alt]+[Shift] или [Ctrl]+[Shift].

[Enter] - ввод, нажатие этой клавиши дает указание «Выполнить» какую-либо из выбранных вами команд. В режиме набора текста - переход на следующий абзац, аналогичный «переводу каретки» на пишущей машинке.

[Backspace] или удаление последнего символа. В Проводнике Windows используется для перехода в папку более «высокого» уровня.

Дополнительная цифровая клавиатура

Цифры и знаки арифметических операций можно ввести с помощью клавиш блока пишущей машинки, но их гораздо удобнее вводить с клавиш цифрового блока, который расположен в правой части клавиатуры. Клавиши цифрового блока служат как для ввода цифр (при подсвеченном индикаторе [Num Lock], так и для редактирования текста и перемещения по документу (когда индикатор [Num Lock] не подсвечен).

[Num Lock] - (цифровой замок) - включает (повторное нажатие отключает дополнительную цифровую клавиатуру).

Вспомогательные (служебные) клавиши

При работе на персональном компьютере приходится довольно часто нажимать различные комбинации клавиш. Существует множество комбинаций клавиш, одновременное нажатие которых приводит к выдаче в компьютере определенных кодов, называемых расширенными кодами клавиш.

В клавиатурах ПК реализуется функция повторения, обеспечивающая многократную выдачу кода нажатия клавиши, если удерживать ее в утопленном состоянии.

В отдельном блоке расположены:

, , , - четыре клавиши управления курсором (стрелки);

клавиши редактирования текста

[Insert] - (вставка), переключает два режима ввода символов: вставка и замена;

[Delete] или [Del] - удаление, используется для удаления символа, находящегося справа от курсора, клавиша удаления выделенного текста, файла и т. д.

и клавиши перемещения по документу

[Home] - перемещает курсор в начало (левый край) строки;

[End] - перемещает курсор в конец (правый край) строки;

[Page Up] - страница вверх, перелистывает текст на страницу вверх;

[Page Down] - страница вниз, перелистывает текст на страницу вниз.

Перечислим значения остальных клавиш:

[Esc] - (от escape - отменить), прекратить выполнение операции.

[Caps Lock] - фиксирует режим ввода ПРОПИСНЫХ БУКВ. При нажатой клавише весь печатаемый вами тест будет набираться прописными буквами.

Shift - при работе в текстовом режиме нажатие этой клавиши одновременно с буквенной выдаст вам большую, ПРОПИСНУЮ букву.

[ТаЬ] - вставка табуляции (отступа до заранее заданной позиции). В Windows используется для переключения между элементами окна без помощи мышки).

[Print Screen] - эта кнопка позволяет сделать «снимок» с экрана компьютера, помещая его в «буфер обмена». В дальнейшем вы можете сохранить его, с помощью любого графического редактора, в виде файла.

В настоящее время появилось множество новых, «эргономичных» клавиатур самых причудливых форм: как бы «разломанных» надвое, изогнутых, снабженных подставками для кистей и так далее. Ряд изменений связан с эргономическими показателями, то есть с необходимостью соответствия новых клавиатур современным требованиям медицины. Было замечено, что при каждодневной интенсивной работе со старыми плоскими клавиатурами у «операторов ЭВМ» начинало развиваться профессиональное заболевание кистей рук.

Все более популярными становятся беспроводные клавиатуры на ИК (инфракрасных) лучах, не требующие шнура для подключения к системному блоку. Передача сигналов с такой клавиатуры осуществляется по принципу, аналогичному «дистанционному управлению». В беспроводном режиме клавиатура может работать на расстоянии до четырех метров от компьютера, а устойчивый захват сигнала обеспечивается в зоне 120 градусов по горизонтали и 160 градусов по вертикали. На одном комплекте батареек беспроводная клавиатура может работать не менее 100 часов.

Для подключения клавиатуры к компьютеру на задней панели системного блока есть специальный разъем. Этот разъем бывает двух типов: круглый 5-контактный разъем АТ и тоже круглый, но меньшего размера, 6-контактный разъем PS/2. Если разъем вашей клавиатуры не подходит к разъему на системном блоке, то это легко поправимо: существуют специальные переходники для подключения клавиатур с разъемом PS/2 к разъему АТ и наоборот.

Современные клавиатуры могут подключаться еще к шине USB - Universal Serial Bus (Универсальная последовательная шина), где используется специальный плоский разъем.

Сегодня круг обязанностей клавиатуры едва ли не целиком и полностью ограничивается вводом текста и цифр. А все функции по управлению, отданию команд с приходом «графического интерфейса» успешно выполняет мышь.



3.4 Устройства вывода информации. Принтеры. Плоттеры. Акустические системы

Принтеры

Принтеры предназначены для вывода на бумагу (создания «твердой копии») числовой, текстовой и графической информации. Существует много различных типов принтеров. Наиболее распространены матричные, струйные и лазерные принтеры.

...