В ПК можно выделить центральный (системный) блок и периферию.

Центральный блок: системная (материнская) плата, системная шина (магистраль данных), ЦП, внутренняя память.

Мат.плата – основная плата ПК, обеспечивает подключение и согласование всех компонент компьютера. Платы представляют собой различные комбинации микросхем (звуковая, видео плата). Компоненты компьютера подключаются к мат.плате посредством интерфейсов - программных или аппаратных средств связи между устройствами или программами, т.е. непосредственно через разъёмы (внутренняя память, процессор) либо через спец. устройства сопряжения-адаптеры, контроллеры.

Контроллер это специализированный процессор, управляющий работой соответствующего внешнего устройства, например, принтера.

ЦП при необходимости произвести обмен данными выдаёт задание на его осуществление контроллеру. Обмен происходит под управлением контроллера, без участия ЦП.

Системная шина предназначена для передачи данных, адресов, команд м/у различными компонентами компьютера. Она представляет собой группу электропроводников. Состоит из трёх частей - шины данных, по кот. передаётся обрабатываемая информация, шины адреса, кот. определяет, куда передаются данные и шины команд (управления), по которой передаются команды.

ЦП совершает все арифметические и логические операции. Современные процессоры могут состоять из нескольких частей (ядер), каждое из которых может работать как отдельный процессор. Также ЦП включает в себя спец. электронный блок управления, который включает в работу другие устройства.

Через ЦП проходит вся обрабатываемая информация.

Основные параметры ЦП:

1) Рабочее напряжение, кот. обеспечивает мат. плата.

2) Рабочая тактовая частота, характеризующая скорость выполнения элементарных операций. Исполнение каждой команды занимает определённое кол-во тактов. Тактовые импульсы создаёт одна из микросхем мат.платы. Чем выше частота тактов, тем больше команд процессор может выполнить за единицу времени, и, следовательно, тем выше его производительность (Производительность процессора это скорость выполнения операций)

3) Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты. Тактовые сигналы процессор получает от мат.платы, которая по физическим причинам не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Для получения более высокой частоты в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент. В разных компьютерах он может быть 3; 3,5; 4… и более.

4) Разрядность - показывает, ск-ко бит данных может принять и обработать процессор за 1 такт. Определяется разрядностью шины команд.

5) Размер КЭШа. КЭШ память содержит информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Предназначена для сглаживания высокой скорости работы с данными внутри процессора и низкой скоростью обмена данными м/у ЦП и ОП. КЭШ бывает трёх уровней:

1. внутри процессора объёмом в десятки кбайт

2. объёмом >=512 кбайт, внутри процессора либо вне его, но в том же узле и

3. на мат.плате, объёмом несколько Мбайт.

Первые 2 работают на частоте процессора, а третья на частоте мат.платы. Наличие КЭШа увеличивает производительность процессора и компьютера в целом.

6) Процессорная архитектура. Под этим понятием подразумевается способность процессора исполнять определенный набор машинных кодов, система исполняемых команд. В настоящее время наиболее распространены такие архитектуры, как RISC и CISC.

CISC-процессоры (Complex Instruction Set Computing)-с расширенным набором команд, используются в универсальных компьютерах.

RISC (Reduced Instruction Set Computing)-с сокращённой системой команд, используется в основном в специализированных компьютерах.

Чем шире набор команд, тем длиннее их формальная запись, а значит и больше средняя продолжительность исполнения каждой команды, измеренная в тактах работы процессора. В RISC-процессорах команд меньше, выполняются они быстрее. Но при выполнении сложных операций приходится опираться на программные средства, что приводит к снижению общей производительности компьютера. Кроме того, RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.

Для измерения производительности используют различные методы и единицы измерения. Чаще всего используется FLOPS-кол-во операций с дробными числами в секунду, вычисляемое с помощью специальных тестов, а также MIPS-миллион операций в секунду, вычисляемое с помощью специальных тестов и MTOPS-миллион операций в секунду, вычисляется теоретически.

Внутренняя память состоит из нескольких устройств, каждое из которых представляет собой одну или несколько микросхем (чипов), а комплект чипов, спроектированных для совместной работы называют чипсетом(chip-set). Элементарной единицей памяти является ячейка (регистр). Каждая ячейка состоит из последовательности элементов, каждый из которых может находится в одном из двух состояний. Одно из них условно сопоставляют с 0, а другое с 1.

Размещение информации в ячейке называется записью информации в память. Передача информации из ячейки в какое-либо устройство либо другую ячейку-считывание информации из памяти.

Основные виды внутренней памяти:

1. ПЗУ - только для чтения

2. ОЗУ-с произвольным доступом. Используется для записи и чтения

3. CMOS-память

ПЗУ(ROM) представляет собой флеш-память, допускающую перезапись информации. В ПЗУ находятся программы, которые обеспечивают начало работы компьютера, связь процессора с другими устройствами и проверку работоспособности основных частей ЭВМ. Эти программы не уничтожаются при отключении компьютера от сети. Предназначены только для чтения. Объединены в комплекс BIOS-базовую систему ввода/вывода. Другие программы работают на основе программ BIOS. Основа BIOS-драйверы, т.е. программы, в каждой из которых описаны особенности управления компонентами и ресурсами системной платы.

ОЗУ(RAM) для хранения оперативной, часто изменяющейся информации. Используется процессором. ОП место всей деятельность компьютера. Её объём имеет существенное значение. Чем больше объём, тем выше производительность компьютера.

CMOS-память для постоянного хранения сведений об аппаратной конфигурации компьютера (состав, настройки внутренних и внешних устройств). Эта информация может быть отредактирована автоматически (операционкой) или пользователем при помощи программы setup из BIOS. Эта память совмещена с часами реального времени (таймером) и питается от батарейки, поэтому находящаяся в ней информация не уничтожается при отключении питания компьютера.

Периферийные устройства подключаются к компьютеру через специальные интерфейсные устройства-порты. Устройства ввода - клавиатура, сканер, и пр.; вывода - принтер, монитор, … . Также периферийным устройством является внешняя память, на которую можно записать информацию и впоследствии прочитать её. При отключении информация сохраняется, поэтому устройства внешней памяти называют долговременными запоминающими устройствами.
ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Место хранения неиспользуемой в данный момент информации. В ПК в качестве устройств внешней памяти используются накопители на дисках (дисковая память) и т.н. флэш-память. Дисковая память состоит из устройств считывания/записи (дисковод) и носителя информации (диски).

Дисковая память бывает нескольких видов. Чаще всего используются накопители на жёстких несменных магнитных дисках (НЖМД, винчестер, HDD) и накопители на оптических дисках. Размер дисков, как правило, 3,5 дюйма(HDD) либо 5,25 (опт. диски)

HDD представляет собой единое устройство, в котором находится дисковод и несколько дисков, установленных на одной оси. Диски изготавливают из жёстких сплавов с магниточувствительным покрытием. Объём памяти и скорость чтения/записи таких накопителей значительно превосходит другие устройства, поэтому используются в текущей работе.

Память на оптических дисках. В настоящее время наиболее распространены накопители на сменных оптических дисках CD и DVD. Используется для длительного хранения информации большого объёма (СD-700 Мб, DVD-до десятков Гб, обычно 4,5 Гб). Накопители на оптических дисках на основе CD и DVD отличаются технологией записи и считывания информации.

Различают оптические диски read only memory (ROM), recordable (R) и reWritable (RW).

Чаще всего используются ROM. Они предназначены только для чтения. На их поверхности информация представляется чередованием углублений(лунок) и их отсутствием вдоль траектории и наносится механическим путём с использованием матрицы. Считывание осуществляется оптическим способом с помощью лазерного луча, кот.по разному отражается от лунок и других участков.

Диски R допускают однократную запись, при этом вместо углублений с помощью высокотемпературного воздействия необратимо изменяются оптические свойства соответствующих мест.

Диски RW позволяют производить многократную запись. При этом используется магнитооптический принцип, т.е. запись - магнитная, а считывание оптическое. Считывание основано на различии в коэффициентах отражения намагниченных и ненамагниченных областей.

Флэш-память представляет собой электронное устройство на основе микросхемы. Первый образец был разработан в 1984 году, первый коммерческий появился в конце 2000 года. Наиболее распространена флэш-память, подключаемая к USB разъёму. Такая память состоит из трёх элементов: USB разъём, контроллер памяти и микросхема памяти. Современная флэш-память может иметь объём до сотен Гб.

Для дисков поверхность рассматривается как массив расположенных на нём точек. Каждая из этих точек эквивалентна нулю (если точка ненамагничена ,а для оптических дисков точки нет) или единице (если точка намагничена, а для оптических дисков точка есть). Информация на HDD записывается вдоль концентрических окружностей, несвязанных друг с другом. Каждая из этих траекторий называется дорожкой (треком). Количество дорожек для разных устройств может различаться. Каждая дорожка по окружности разделяется на части, называемые секторами. Для разных устройств количество секторов может различаться.

В одном и том же устройстве количество дорожек на поверхностях всех дисков одинаково и количество секторов на всех дорожках одинаково. Считывание и запись информации на дисках производится только полными секторами.

В винчестере несколько дисков, поэтому и несколько поверхностей (на каждом диске 2 поверхности).

Все дорожки, находящиеся на одном расстоянии от центра и расположенные на разных поверхностях, образуют цилиндр. Сектора, дорожки, цилиндры и поверхности нумеруются начиная с нуля.

Новый магнитный диск непригоден для записи и считывания информации. Необходимо с помощью специальной программы нанести на него специальные магнитные метки, разделяющие поверхность на дорожки и сектора. Этот процесс разметки называется физическим форматированием. Для упрощения работы дисковое пространство НМЖД рекомендуется разделить на несколько частей (разделов фиксированного размера) с помощью специальной программы. После этого физически он остается единым устройством, но для программ каждый раздел считается отдельным устройством памяти. Поэтому эти разделы называют логическими дисками (пользователь с ними работает как с отдельными устройствами памяти). Все устройства долговременной памяти (в том числе логические) имеют имена, состоящие из одной латинской буквы: C, D, E, F…
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ В ЭВМ
Единица измерения объёма и количества информации.

В компьютере наименьшей единицей информации является бит. Представление каждого бита зависит от носителя информации. На бумаге бит-1 либо 0, во внутренней памяти этому соответствует одно из двух состояний элемента ячейки, на магнитной поверхности это точка(намагниченная, либо нет). А на оптическом диске-наличие(отсутствие) углубления или его аналога. Любая информация кодируется определённой комбинацией битов, т.е. двоичных знаков.

Количество информации

Поскольку каждый бит может принимать одно из двух значений(0 или 1), то последовательность из i битов может принимать N=2ⁱ различных значений, а значит для любого N-значного алфавита кол-во бит, кот. потребуется для представления любого знака этого алфавита вычисляется по формуле i=log₂N (формула Хартли)/ Эта величина принимается в качестве количества информации, содержащейся в сообщении, состоящего из одного знака N-значного алфавита.

Количество знаков в алфавите называется его мощностью.

Из формулы Хартли следует, что количество информации, содержащейся в сообщении, состоящем из m знаков (m-разрядное сообщение), когда каждый знак равновероятно взят из алфавита мощностью N

i=mlog₂N

Например, в слове «информатика» 11 знаков, т.е. m=11. Если используется 32-значный алфавит, то получаем i=11 log₂32=55.

Объём информации.

В отличие от количества, объем информации, записанной двоичными знаками в памяти компьютера или на внешнем носителе, вычисляется просто по количеству требуемых для такой записи двоичных знаков. Обычно, в качестве наименьшей единицы измерения объема информации используется байт, состоящий из 8 битов. Следовательно, каждый байт может принимать 256(2⁸) различных значений. При этом наименьшее - 00000000, а наибольшее 11111111.

Байты объединяются в более крупные наборы, в зависимости от цели использования (ввод/вывод, передача по каналам связи и др.).

Для измерения объема памяти используют более крупные, чем бит или байт ед.изм., называемые: Кб, Мб, Гб.

Переход от меньшей ед.изм. к большей осуществляется с помощью коэффициента 2¹⁰=1024, т.е. 1 Кб=1024 б, 1 Мб=1024 Кб, 1 Гб=1024 Мб.

Для измерения памяти большего объема используются ед.изм.: Терабайт(Тб)=1024 Гб и Петабайт(Пб=1024 Тб).

Любая информация представляется в компьютере как последовательность байтов, при этом в самих байтах нет ничего, что позволяет их трактовать как числа, текстовые или другие данные.

В любом случае информация кодируется в виде последовательности нулей и единиц, т.е. положительных целых двоичных чисел.

Их интерпретация зависит от того, какая программа и какое действие с ними совершает в данный конкретный момент. Если в программе предполагается работа с числами, то байты интерпретируются как числа, к которым применимы арифметические действия. Если в программе предусматриваются действия с текстовыми данными, то байты интерпретируются как условные числовые коды, обозначающие знаки текста.

156(10): 2х8²+5х8¹+0х8⁰=> 250(8)

Системы счисления.

Число – это знак, обозначающий количество чего-либо. Такие знаки записываются на основании правил, которые составляют так называемую систему счисления. Числа записывают с помощью специальных, отличных друг от друга знаков, которые называются цифрами.

Существуют различные системы счисления. Они делятся на непозиционные и позиционные.

В непозиционных системах смысл каждой цифры не зависит от её расположения в числе. Например, в Римской системе: V-пять, L-пятьдесят, X-десять. Недостатком таких систем является сложность записи чисел и отсутствие стандартных формальных правил арифметических действий с ними.

В позиционных системах счисления смысл цифры зависит от места её расположения в числе, а запись чисел и правила выполнения арифметических действий с ними стандартизированы и формализованы. В такой системе счисления число – это краткая запись суммы. Например, в десятичной системе 168 – это 1х10²+6х10¹+8х10⁰, т.е., число – это последовательность коэффициентов при степенях числа 10. Число 10 называется основанием десятичной системы счисления.

Если в качестве основания задать другое число, то получится другая система счисления.

Позиционная система счисления задается величиной основания и множеством цифр. Основание равно количеству цифр. Наименьшая цифра 0, каждая следующая на 1 больше предыдущей. Запрещено цифры обозначать с помощью других цифр. Любое количество можно представить в виде числа в различных системах счисления и эти представления будут взаимно однозначно соответствовать друг другу, обозначая одно и то же число.

168₍₁₀₎=250₍₈₎ (2х8²+5х8¹+0х8⁰)

Например, рассмотрим представление чисел в 16-ричной системе счисления, тогда основание равно 16. Цифры: первые 10 цифр (от 0 до 9) мы можем позаимствовать из 10-ричной системы счисления, остальные 6 цифр, соответствующих числовым значениям от 10 до 15 обозначим латинскими буквами A,B,C,D,E,F, при этом А будет означать цифру 10, В – цифру 11…,F – 15.

Мы вынуждены сделать такое обозначение в связи с тем, что нельзя цифры обозначать с помощью других цифр. Определив систему счисления можно получить число, соответствующее десятичному числу 168. Пользуясь общим правилом записи чисел получаем Ах16¹+8х16⁰ , т.е. 16-ричное число А8.

16: 0,1,2…9,A,B,C,D,E,F

168₍₁₀₎= Ах16¹+8х16⁰=А8₍₁₆₎

Арифметические действия в любой системе счисления выполняются аналогично тому, как это делается в 10-чной системе. Следует лишь учитывать величину основания. Например, в 8-ричной системе счисления имеем 15+14=31.

В компьютере все данные представляют в двоичной системе счисления.

Например, 10-чному числу 5 будет соответствовать 2-ичное 101

5: 1х2²+0х2¹+1х2⁰=>(один-ноль-один)

1111₍₂₎ = 15₍₁₀₎

Четырьмя битами можно представить 16 десятичных чисел (от 0 до 15).

В качестве краткой записи при просмотре или изменении двоичных данных используется 16-ричная система счисления. Программы, обеспечивающие «непосредственную» работу человека с данными, хранящимися в памяти компьютера, при взаимодействии с человеком автоматически преобразовывают двоичное представление данных в 16-ричное (для человека) и наоборот (для компьютера).

Любое данное, записанное в 1 байте, представляется двумя 16-ричными цифрами, первая из которых соответствует первой четверке битов, а вторая цифра – второй четверке битов. В этом и состоит причина использования 16-ричной системы.

Типы данных и их представление.

При взаимодействии с программами используются следующие основные типы данных:

1) Целый короткий (short) 1 б

2) Целый обычный (integer) 2 б

3) Целый длинный (long)

4) Вещественный с одинарной точностью

5) Вещественный с двойной точностью

6) Текстовый (символьный строковый)

7) Логический

Часто целые и вещественные данные объединяют одним термином «числовые».

Целые типы данных.

Одним байтом (8 битов) можно представить 256 положительных целых, десятичных чисел от 0 до 255. Такой тип данных называется однобайтовым без знака.

Числа, превышающие 255 требуют более 1 байта для своего представления. Для работы с ними используют типы: двухбайтовое целое без знака (обеспечивает представление 65536 целых положительных чисел от 0 до 65535) и четырехбайтовое целое без знака (обеспечивает представление целых положительных чисел от 0 до ~4,2 млрд.

Это базовые типы данных, с помощью которых представляют все остальные типы данных. Кроме этого, они используются, например, для нумерации элементов. Для работы с целыми числами, которые могут быть не только положительными, но и отрицательными, используются типы:

1) однобайтовое целое со знаком (целый короткий)

2) двухбайтовое целое со знаком (целый обычный)

3) четырехбайтовое целое со знаком (целый длинный)

Они отличаются объемом памяти, которая отводится для хранения каждого числа. Для представления чисел, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, используются разные способы. Основными из них являются Дополнительный код и Смещение

Дополнительный код - общее количество числовых кодов, возможных для данного количества байтов (например, для однобайтового 256) делится пополам. Первая половина используется для представления положительных чисел и 0 (прямым кодом), а другая половина – для представления отрицательных чисел (дополнительным кодом). Отрицательные числа представляются как дополнение до общего количества числовых кодов. Например, для однобайтового типа числа от 0 до 127 записываются без изменений. Число 1 представляется числом 255, 2 – числом 254 и т.д. до 128, которое обозначает число -128.

Смещение. К вводимому числу перед записью его в память прибавляется положительное число, которое называется смещением. Обычно смещение = половине общего количества возможных числовых кодов. Например, для однобайтового представления смещение = 128. Поэтому число 128 представляется в памяти компьютера 0(-128+128=0), -127 представляется 1 и т.д. до 127, которое представляется числом 255.

Таким образом, однобайтовое целое со знаком позволяет работать с целыми числами от -128 до +127. Двухбайтовое: от -32768 до +32767, а четырехбайтовое от ~-2.1 млрд до ~+2.1 млрд.

Вещественные типы данных.
Работая с вещественным числом следует иметь ввиду 2 аспекта:

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 6.12345678912345 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

192 192

-12 -12

+308 308

0,4172 0.4172 или .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.