Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Измерение количества информации. Объемный и вероятностный (энтропийный) подход.




Взаимодействие центральных и периферийных устройств. Контроллеры периферийных устройств. Последовательная и параллельная передача данных. Шина USB. Механизм прерываний.

Обмен данными между центральными и периферийными устройствами возможен только в случае совместимости их интерфейсов. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо устройства, определяющих организацию обмена информацией между ним и МП. В случае несовместимости интерфейсов используют контроллеры ПУ, в состав которых входят схемы сопряжения и регистры, используемые для временного хранения передаваемой информации. Данные между контроллером и ПУ могут передаваться в параллельном коде (для одновременной передачи байта данных используются 8 сигнальных линий.) и последовательном (по одиночному проводнику биты передаются последовательно, один за другим).

USB является промышленным стандартом расширения архитектуры PC. Шина USB обеспечивает обмен данными между хост - компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Связь программных процессов со всеми устройствами обеспечивает хост-контроллер с многоуровневой программной поддержкой.

Особенности: 1) Интерфейс позволяет подключать более 120 устройств. 2)Устройство в момент подключения сразу распознается. 3)может подключиться маломощное устройство.

 

 

Механизм прерываний.

Прерывания представляют собой механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Таким образом, прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, происходящая при возникновении определенного события.

Клавиатура. Ввод информации с клавиатуры. Манипулятор мышь.

Клавиатурой называется устройство для ручного ввода информации в компьютер. Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп: алфавитно-цифровые, функциональные(F1-F12), клавиши управления курсором (стрелки,Page up…), служебные(CTRL,SHIFT), клавиши дополнительной панели. Клавиатура подсоединяется к системной шине через специальный контроллер, содержащий буфер ввода, где хранятся введенные символы до тех пор, пока они не будут затребованы.

Компьютерная мышь - устройство ввода, обеспечивающее быстрый доступ к элементам интерфейса пользователя. Принцип работы «мыши» заключается в отслеживании перемещения корпуса «мыши» по поверхности и синхронизации перемещения по экрану монитора курсора.

Существует 2 типа мышей: Оптомеханические (шариковые) и оптимеханические (лазерные мыши). Основной характеристикой «мыши» является разрешающая способность – насколько точно можно отследить самое мельчайшее перемещение «мыши». Измеряется в точках (dot) на дюйм. Как и клавиатура, подключается к портам USB.

Сканеры. Назначение, принцип действия.

Сканер – это устройство для ввода в ЭВМ информации с бумаги, слайдов или фотопленки.

Различают планшетные и ручные сканеры.

Принцип работы планшетных сканеров заключается в следующем. Сканируемый оригинал помещается на прозрачном неподвижном стекле. Вдоль стекла передвигается сканирующий сенсор с источником света. Оптическая система планшетного сканера проецирует световой поток, отражаемый от сканируемого оригинала, на сканирующий сенсор.

В сканирующем сенсоре уровни освещенности преобразуются в уровни напряжения и формируется аналоговый сигнал. Затем, после коррекции и обработки, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Цифровой сигнал поступает в ЭВМ, где данные, соответствующие изображению оригинала обрабатываются и преобразовываются под управлением драйвера сканера. В отличие от планшетного, пользователь сам двигает сканирующую головку ручного сканера по оригиналу.

Основными характеристиками сканеров являются разрешающая способность, скорость сканирования и максимальный поддерживаемый формат бумаги.

Мониторы. Принципы получения цветного изображения на экране монитора.

Монитор - это устройство вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю. Основными характеристиками мониторов являются размер экрана, разрешение, размер зерна и частота развертки монитора.

Типы мониторов:

1)на основе электронно-лучевой трубки.Является аналоговым. В вакуумной колбе , покрытой люминофором установлена пушка, испускающая электроны. Пучок электронов регулируется отклоняющей и формирующей системой, попадая на экран, дает нам изображение. Для получения цветной картинки используют 3 пушки базовых цветов.

2)Жидко кристаллические мониторы . В жидкокристаллических используется специальная прозрачная жидкость, которая при определенных напряженностях электростатического поля кристаллизуется, при этом изменяются ее прозрачность, коэффициенты поляризации и преломления световых лучей. Эти эффекты и используются для формирования изображения.

3)Плазменные мониторы. В плазменных мониторах изображение формируется сопровождаемыми излучением света газовыми разрядами в пикселях панели. Недостатками плазменных мониторов являются высокое энергопотребление и низкая разрешающая способность.

 

 

Принтеры (матричные, струйные, лазерные), назначение, принцип действия.

Печатающие устройства (принтеры) – это устройства вывода данных из ЭВМ и фиксирующие их на бумаге. Основными характеристиками принтеров являются разрешающая способность, скорость печати, объем установленной памяти и максимальный поддерживаемый формат бумаги.

Типы принтеров:

1)Матричные. В матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами . Между бумагой и иглой находится красящая лента. При каждом ударе иглы по ленте краска переносится на бумагу. Цвет изображения на бумаге определяется цветом красящей ленты. Низкое качество печати, но при этом дешевые.

2)Струйные. Струйные принтеры в печатающем узле вместо иголок имеют тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки чернил. Отличаются высоким качеством и скоростью печати, но при этом имеют высокую стоимость.

3)Лазерные.В лазерных принтерах для создания сверхтонкого светового луча служит лазер. Лазер вычерчивает на поверхности предварительно заряженного электрически положительно светочувствительного фотобарабана контуры невидимого точечного электронного изображения. На барабан наносится красящий порошок (тонер). В тех точках барабана, на которые попал лазерный луч, меняется заряд, и к этим местам притягивается частицы тонера. Изображение получается быстро и качественно, поэтому принтер имеет высокую цену.

Накопители на оптических дисках (CD, CD-R, CD-RW, DVD), запись и чтение информации.

Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 4,72 дюйма (12 см), состоящие из трех слоев:

1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);

2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;

3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).

В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.

Компакт-диск выдерживает несколько сотен циклов перезаписи. Считывание информации осуществляется при вращении компакт-диска с частотой более 10 000 оборотов/мин.

В зависимости от возможности чтения/записи все компакт-диски можно разделить на три типа:

1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;

2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;

3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана.

Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.

Рассмотрим виды компакт-дисков CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный (многосторонний) диск) и Blu-Ray, имеющие одинаковый размер 4,72 дюйма.

Объем CD равен 650 или 700 Мбайт. Музыкальные диски относятся к CD и предназначены только для чтения с них музыки. Время доступа к CD – 0,05-0,3 с.

Формат DVD являются развитием CD, их объем составляет 4,7 Гбайт за счет более плотной записи. DVD продолжают совершенствоваться. Существует несколько конкурирующих форматов DVD: DVD-, DVD+ и DVD-RAM.

Формат Blu-Ray является дальнейшим развитием DVD и позволяет записывать 25 Гбайт информации на один слой.

 

Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой с лазерным лучом на конце. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Поверхность диска разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.

Информация на компакт-диске кодируется с большой избыточностью корректирующим кодом Рида-Соломона, обеспечивающего восстановление исходной информации при невозможности ее считывания с диска.

Сети ЭВМ. Основные характеристики сетей. Классификация вычислительных сетей (по размеру, по функциональной способности узлов, по форме, по пропускной способности, по архитектуре). Основное сетевое оборудование (кабели, сетевой адаптер)

Под сетью ЭВМ понимают соединение двух и более ЭВМ с целью совместного использования их ресурсов (процессоров, устройств памяти, устройств ввода/вывода, данных).

Вычислительные сети имеют следующие характеристики.

1. Производительность – это среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени. Производительность зависит от времени реакции системы на запрос пользователя. Это время складывается из трех составляющих:

- времени передачи запроса от пользователя к узлу сети, ответственному за его исполнение;

- времени выполнения запроса в этом узле;

- времени передачи ответа на запрос пользователю.

2. Пропускная способность – это объем данных, передаваемых через сеть ее сегмент за единицу времени (трафик).

3. Надежность – это среднее время наработки на отказ.

4. Безопасность – это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.

5. Масштабируемость – это возможность расширения сети без заметного снижения ее производительности.

6. Универсальность сети – это возможность подключения к сети разнообразного технического оборудования и программного обеспечения от разных производителей.

Классификация:

1.По размеру:

- локальные сети размещаются в одном здании или на территории одного предприятия; примером локальной сети является локальная сеть в учебном классе;

- региональные сети объединяют несколько предприятий или город; примером сетей такого типа является сеть кабельного телевидения;

- глобальные сети охватывают значительную территорию, часто целую страну или континент и представляют собой объединение сетей меньшего размера; примером глобальной сети является сеть Интернет.

2.Пофункционльной способности:

- одноранговые сети объединяют равноправные узлы; такие сети объединяют не более 10 узлов;

- многоранговые сети (клиент-сервер) на основе выделенного сервера имеют специальный узел – вычислительную машину (сервер), предназначенную для хранения основных данных сети и предоставления этих данных узлам (клиентам) по запросу.

3.По форме:

Шинная

 

 

Кольцевая

 

 

Звездообразная

 

 

4.По пропускной способности: узкополосные(без модуляции, примером такой технологии передачи является электронная почта); Широкополсные(с модуляциями, ; примером широковещательной сети является телевидение).

5.По архитектуре- правила, по которым работает данная сеть: Ethernet, Token ring

Основное сетевое оборудование.

Кабели: витой кабель, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Сетевые адаптеры- специальная плата , которая выступает в качестве физического соединения ЭВМ и канала связи. Сетевой адаптер выполняет следующие функции:

- подготовку данных, поступающих от ЭВМ, к передаче по каналу связи;

- передачу данных по каналу связи;

- прием данных из канала связи и перевод их в форму, понятную ЭВМ.

Каждый сетевой адаптер имеет уникальный физический адрес, записанный в него на стадии производства.

Алгоритмы и программы. Требования к алгоритмам. Формы представления алгоритмов (словесная запись, блок-схемы, структурограммы). Технология разработки алгоритмов. Программная реализация алгоритмов.

Алгоритм-полное и точное описание конечных последовательных действий, которые должен выполнить исполнитель, чтобы за конечное время перейти от исходных данных к искомому результату.

Требования:

1.Дискретность-запись алгоритма представляет собой упорядоченную последовательность предписаний.

2Алгоритм должен предусматривать ввод исходных данных информации и вывод конечного результата.

3.Исполнитель может выполнять алгоритм, если он написан на понятном ему языке.

4.Однозначность- алгоритм для компьютера не должен содержать неоднозначных действий.

5.Массовость- применимость к некоторому классу объектов, возможность получения результата при различных исходных данных на некоторой области допустимых значений.

6.Коничность-цель выполнения алгоритма, получение конечного результата за конечное время.

7.Эффективность-алгоритм должен быть выполнен за конечное(разумное) время и требовать рациональных ресурсов.

Алгоритмизация-процесс разработки и описания алгоритма.

Этапы выполнения:

1.Разложене всего процесса на отдельные шаги.

2.Установление взаимодействий между отдельными шагами алгоритма и порядок следования.

3.Полное и точное описание содержания каждого шага.

4.Проверка правильности работы составленного алгоритма.

Формы:

 

1.Словесная запись алгоритмов(языковой способ);

 

2.Графический способ описания:

Процесс(вспомогательный блок)

 

Решение(логический блок)

 

Модификация(заголовок цикла)

 

Пуск-остановка

 

Предопределённый(вызов программ)

 

Ввод-вывод

 

Соединитель

 

Межстрочный соединитель

3.Структурограммы

 

1. Блок обработки (вычислений).
2. Блок следования.
    3. Блок решения.    
    4. Блок варианта  
    5. Блок цикла с предусловием  
  6. Блок цикла с постусловием     Пример:    

 

Измерение количества информации. Объемный и вероятностный (энтропийный) подход.

Информация нуждается в измерении. На практике количество информации измеряется с точки зрения синтаксической адекватности. . Синтаксическая адекватность – это соответствие структуры и формы представления информации без учета ее смысла. Информация в виде данных обычно обладает синтаксической адекватностью. Исторически сложились два подхода к измерению информации: вероятностный и объемный. В 1940-х гг. К. Шеннон предложил вероятностный подход, а работы по созданию ЭВМ способствовали развитию объемного подхода.

Вероятностный подход.

В рамках вероятностного подхода информация определяется как мера неопределенности события. Кол-во информации зависит от вероятности ее получения. Чем меньше вероятность получения сообщения тем больше информации в нем содержится. Если система может принимать одно из n равновероятностных состояний то кол-во информации, получаемое при переходе в то или иное состояние определяется формулой Хартли: S=log2 N = .

В этом случае говорят: в качестве минимальной единицы измерения информации принимают такое ее кол-во, которое уменьшает неопределенность знания у состояния источника в 2 раза(бит).

Объемный подход.

При объемном подходе считается, что информация передается в виде некоторого сообщения, состоящего из символов какого-либо алфавита. Если кол-во информации, содержащейся в сообщении из одного символа принять за 1, то полное кол-во информации в сообщении равно кол-ву символов в нем. В двоичной системе счисления единицей измерения считается бит. Наряду с битом используется укрупненная единица измерения – байт, равная 8 бит.

3.Позиционные системы счисления. Система счисления – это соглашение о представлении чисел посредством конечной совокупности символов (цифр) A = {a0, a1, …, an-1}, называемой алфавитом. Каждой цифре ставится в соответствие определенный количественный эквивалент. Позиционная система счисления – это система, в которой количественный эквивалент цифры зависит от ее положения в числе. Примером позиционной системы счисления является используемая нами десятичная система счисления.

Основание позиционной системы счисления – это количество символов в ее алфавите. Например, в десятичной системе счисления десять цифр, поэтому она имеет основание n = 10. Позиционная система счисления с основанием n называется n-ичной.

5.Представление информации в ЭВМ: символьная информация, числовая информация. Числовая информация в ЭВМ может быть представлена в виде целых чисел и в виде вещественных чисел. Целые числе делятся на без знаковые (0 £ X £ 2n – 1 – диапазон значений) и знаковые(–2n–1 £ X £ 2n–1 – 1 – диапазон значений) (n-число разрядов). Целые числа могут быть представлены в прямом коде(старший бит кодирует знак числа (0 – для положительного, 1 – для отрицательного), а остальные биты – модуль числа), обратном коде( для положительных чисел обратный код=прямому, а для отрицательных все биты(кроме того который отвечает за знак) инвертируются(замена в прямом коде 0 на 1, 1 на 0)), дополнительном коде(он позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения и сделать операции сложения и вычитания одинаковыми для знаковых и беззнаковых чисел, чем упрощает архитектуру ЭВМ). Вещественные числа могут представляться в 2-х формах: естественной(фиксированной запятой) и нормализованной(с плавающей запятой). То есть вещественные числа можно представить в следующей форме: ±M × n±P, где M – мантисса (значащая часть числа); n – основание системы счисления; P – порядок числа. Для представления символьной информации в компьютере используется опреде­лённое множество символов, которое называется сим­вольным алфавитом компьютера. В памяти ЭВМ каждый символ (например, буква, цифра, знак препинания) закодирован в виде беззнакового целого двоичного числа. Кодировка символов – это соглашение об однозначном соответствии каждому символу одного беззнакового целого двоичного числа, называемого кодом символа. Системы кодировки: 866, 1251, КОИ-8, Unicode, ASCII.

 

6.Принципы фон Неймана. Структурная схема ЭВМ. Общая характеристика центральных и внешних (периферийных) устройств. Принципы: 1)Принцип двоичного кодирования. 2)Принцип программного управления 3)Принцип однородности памяти. 4)Принцип адресности памяти. Центральные устройства состоят из центрального процессора и памяти. Центральный процессор включает в себя арифметико-логическое устройство(АЛУ: выполняет все арифметические и логические операции над целыми двоичными числами и символьной информацией), устройство управления(УУ: зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами) и регистры(предназначены для хранения информации и быстрого доступа к ней).Память нужна для хранения информации в период выполнения программы. Память выполняет функцию хранения информации до того момента как она понадобится.

7.Центральный процессор(ЦП), назначение, состав.ЦП - это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Микропроцессор состоит из: АЛУ, УУ, регистров. АЛУ- выполняют все арифметические и логические операции над целыми двоичными числами и символьной информацией. УУ -часть центрального процессора, которая вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд программы. Регистры- это внутренняя память процессора. Регистр является устройством временного хранения данных. Назначение ЦП: выполнение команд программы, расположенной в ОЗУ; управление пересылкой информации между микропроцессорной памятью, ОЗУ и периферийными устройствами; обработка прерываний; управление компонентами ЭВМ. Работа МП состоит в выборке очередной команды и ее выполнения. В некоторых случаях выполнение программы необходимо прервать, например, в случае ошибки вычисления. Такие случаи называются прерываниями. Выделяют два типа прерываний: внутрипроцессорные и прерывания от внешних устройств. Характеристики микропроцессора: тактовая частота(количество элементарных операций (тактов), выполняемых МП за единицу времени(чем больше частота тем больше производительность)), технологические нормы(это минимальный линейчатый размер, которые реализуются при изготовлении микропроцессора. Чем ниже эти нормы, тем больше тактовая частота), разрядность обрабатываемых данных(чем выше разрядность тем выше производительность микропроцессора), технология обработки.

8.Системная память (постоянная, оперативная), кэш-память. Оперативная память(ОЗУ)- предназначена для оперативной записи, хранения и чтения информации, непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ЭВМ в текущий период времени. После выключения питания ЭВМ, информация в ОЗУ уничтожается, поэтому она не подходит для долговременного хранения информации. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. ОЗУ образуется на 2 микросхемах: микросхема статистической памяти и микросхема динамической памяти. Постоянная память(ПЗУ)-предназначена для хранения и считывания неизменяемой информации: программы, выполняемые во время загрузки системы и постоянные параметры ЭВМ. Основное назначение программ из ПЗУ состоит в том, чтобы проверить состав и трудоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками. Кэш-память- – это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации. Она увеличивает производительность, поскольку хранит наиболее часто используемые данные и команды «ближе» к процессору, откуда их можно быстрее получить.

 

9. Шины. Типы шин. Шина-это среда распространения сигналов между компонентами ЭВМ, к которой параллельным образом подключены различные устройства. Характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, то есть максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от следующих параметров:1) разрядность или ширина шины – количество бит, которое может быть передано по шине одновременно(1 бит по 1ой линии),2) тактовая частота шины – частота, с которой передаются биты информации по шине.

Типы шин:

1) Шина данных — часть системной шины, предназначенная для передачи данных между компонентами компьютера.

2)Шина управления — компьютерная шина, по которой передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали.

3)Шина адреса — компьютерная шина , используемая центральным процессором для указания физического адреса слова ОЗУ, к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи.

Современная система ЭВМ :

 





Рекомендуемые страницы:


Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 526; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2019 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.022 с.) Главная | Обратная связь