Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Тема 44- Представление информации в персональном компьютере

Работа добавлена на сайт samzan.net:


PAGE  2

РОССИЙСКАЯ  АКАДЕМИЯ  ПРАВОСУДИЯ

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ  ФИЛИАЛ

Кафедра правовой информатики, информационного права

и естественнонаучных дисциплин

Утверждаю

Зам. директора по учебной

и воспитательной работе

к.в.н., доцент

В.Д. Ерёменко

31   августа   2011 г.

ПЛАН

практического занятия

Дисциплина: «Информационные технологии в юридической деятельности».

Тема 4.4: «Представление информации в персональном компьютере».

Разработал:

заведующий кафедрой

к.т.н., доцент

А.В. Мишин

Материалы обсуждены и одобрены

на заседании кафедры ПИИПЕД,

протокол № 1 от  « 29 » августа 2011 г.

Воронеж 2011

План проведения занятия

Тема № 4: «Основные закономерности создания информационных процессов».

Занятие № 4: «Представление информации в персональном компьютере».

Учебные  вопросы

Время, мин

Вступительная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Представление чисел в персональном компьютере . . . . . . . . . .

2. Измерение количества информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Расчёт объёма видеопамяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Кодирование текстовой информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Заключительная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

20

15

15

20

5

Литература:

основная:

1. Мистров Л.Е. Информатика и математика: Информатика: учеб. пособие / Л.Е. Мистров, А.Ю. Кузьмин, С.А. Мишин. – Воронеж: Научная книга, 2007. – С. 9-14.

дополнительная:

2. Информатика для юристов и экономистов: учебник для вузов / под ред. С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2004. – С. 31-48.

Содержание занятия и методика его проведения

Подготовительная часть. В часы самоподготовки студенты повторяют лекционный материал, посвящённый вопросам представления числовых данных, изучают рекомендованную литературу и письменно выполняют следующую задачу.

Задача. Найти частное и произведение чисел 101101(2) и 110(2). Проверить правильность выполнения операций в десятичной системе счисления.

Ответ:  101101 + 110 = 110011. Проверка:  45(10) +6(10) = 51(10);

101101 : 110 = 111,1.  Проверка:  45(10) : 6(10) = 7,5(10);

101101 110 = 100001110. Проверка:  45(10)  6(10) = 270(10);

Вступительная часть. Преподаватель проверяет наличие и готовность студентов к проведению занятия, делает соответствующие записи в журнале. Объявляется тема, цель и план проведения занятия. Акцентируется внимание студентов на важности изучаемой темы для усвоения последующего материала учебной дисциплины.

Основная часть. Преподаватель проверяет усвоение студентами ранее изученного учебного материала и выполнение ими домашнего задания. Доводит основные теоретические сведения и организует выполнение заданий по теме.

Заключительная часть. В заключительной части практического занятия преподаватель подводит итоги, отмечает ошибки в действиях студентов, оценивает работу и отвечает на их вопросы, выдаёт задание на самоподготовку.

Задание на самоподготовку. К следующему практическому занятию:

1) повторить правила кодирования информации ПК;

2) письменно выполнить следующую задачу:

Задача. Запишите в 32 разрядной сетке с плавающей запятой число 254,0314(10).


Тема 4.4. Представление информации в персональном компьют
ере

Цель занятия – выработать навыки расчёта объёма памяти для хранения информации в персональном компьютере.

Теоретические сведения

4.4.1. Представление чисел в персональном компьютере

В персональном компьютере (ПК) применяются две формы представления чисел:

естественная форма, или форма с фиксированной запятой (точкой) ФЗ (ФТ);

нормализованная (нормальная) форма, или форма с плавающей запятой (точкой) ПЗ (ПТ).

В форме представления с ФЗ числа представляются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной части. Например, если числа представлены в двоичной системе счисления и имеют пять разрядов в целой части числа (до запятой) и пять в дробной части (после запятой), то числа + 10111,1011(2) и  1001,10101(2), записанные в такую разрядную сетку, будут иметь вид:

+ 10111,10110

 01001,10101.

Эта форма проста, естественна, но имеет небольшой диапазон представления чисел и поэтому чаще всего неприемлема при вычислениях.

Диапазон значащих чисел N в системе счисления с основанием Р при наличии m разрядов в целой части и s разрядов в дробной части числа (без учёта знака числа) будет таким:

.

Например, при Р = 2, m = 10 и s = 6 числа изменяются в диапазоне . Если в результате операций над числами получится число, выходящее за допустимые пределы, произойдёт переполнение разрядной сетки, и дальнейшие вычисления теряют смысл.

В современных компьютерах естественная форма представления используется как вспомогательная и только для целых чисел.

В памяти ПК числа с ФЗ хранятся в трёх форматах: полуслово  это 16 бит (2 байта); слово  32 бита (4 байта); двойное слово – 64 бита (8 байтов).

Отрицательные числа с ФЗ записываются в разрядную сетку в дополнительных кодах, которые образуются прибавлением единицы к младшему разряду обратного кода. Обратный код получается заменой единиц на нули, а нулей на единицы в прямом двоичном коде.

В форме представления с ПЗ число изображается в виде двух групп цифр:

мантисса;

порядок.

При этом абсолютная величина мантиссы должна быть меньше 1, а порядок должен быть целым числом. В общем виде число в форме с ПЗ может быть представлено так:

,

где    М  мантисса числа (|М| < 1), старший разряд которой является значащим (равным единице за исключением записи числа ноль);

Р  основание системы счисления;

r  порядок числа (целое число в системе счисления с основанием Р, равное количеству разрядов сдвига исходного числа (вправо – со знаком «+», влево – со знаком «») при его записи в мантиссе).

Например, приведённые ранее числа в нормализованной форме запишутся следующим образом:

+ 0,1011110112+101

 0,10010101012+100.

Нормализованная форма представления обеспечивает большой диапазон отображения чисел и является основной в современных компьютерах. Так, диапазон значащих чисел в системе счисления с основанием Р при наличии m разрядов у мантиссы и s разрядов у порядка (без учёта знаковых разрядов порядка и мантиссы) будет:

.

Например, при Р = 2, m = 22 и s = 10 диапазон чисел простирается примерно от 10300 до 10300. Для сравнения: количество секунд, которые прошли с момента образования планет Солнечной системы, составляет около 1018.

В памяти ПК числа с ПЗ хранятся в двух форматах: слово  32 бита (4 байта); двойное слово  64 бита (8 байт).

Разрядная сетка для чисел с ПЗ имеет следующую структуру (см. рис. 4.10). В двух старших разрядах записываются знак числа  и знак порядка, соответственно (1 «минус» или 0 «плюс»). Далее в прямом двоичном коде записывается порядок числа (справа налево); пустые разряды слева заполняются нулями. В остальных разрядах указывается мантисса (слева направо); пустые разряды справа заполняются нулями.

Рис. 4.10. Разрядная сетка для чисел с плавающей точкой

В качестве примера рассмотрим запись десятичного числа 6,25(10)  в четырехбайтовом формате с семью разрядами для записи порядка (см. рис. 4.11). Так, в результате перевода числа 6,25(10) в двоичную систему счисления и его нормализации получим:

6,25(10) = 110,01(2) = 0,110012+11.

Рис. 4.11. Пример записи числа в нормализованном виде

4.4.2. Измерение количества информации

Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. предложил рассматривать процесс получения информации как выбор одного сообщения из конечного заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, как двоичный логарифм N:

или , (4.1)

где    N – количество равновероятных сообщений (число возможных выборов);

I – количество информации.

Если N = 2 (выбор из двух возможностей), то I = 1 бит.

Таким образом, бит1 в теории информации количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений («орёлрешка», «чётнечёт» и т. п.).

Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле (4.1) Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется:

6,644 бит,

т.е. сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации, приблизительно равное 6,644 единицы информации.

В вычислительной технике битом называют наименьшую «порцию» памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков 0 и 1, используемых для машинного представления данных и команд.

Формула Хартли широко применяется при кодировании информации, поскольку позволяет рассчитать минимальную длину кода I (т.е. количество разрядов памяти, выделяемое для хранения информации в двоичном коде) в двоичном алфавите при известном количестве символов N, подлежащих кодированию.

Например, рассчитаем, сколько нужно разрядов памяти для хранения чисел в диапазоне от 0 до 17. Здесь количество символов, подлежащих кодированию , тогда используя формулу (4.1), имеем , т.е. для хранения таких чисел необходимо 5 разрядов памяти или 5 бит.

Решим обратную задачу. Пусть известен объём памяти для хранения символов, например I = 12 бит, требуется найти количество символов N, которые можно закодировать в таком объёме в двоичном коде. Используя формулу Хартли 2I = N, имеем 212 = 4096 символов.

За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Тогда это уже будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации.

Поскольку бит слишком мелкая единица измерения, на практике чаще применяется более крупная единица байт, равная восьми битам. В частности, восемь бит требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов основного компьютерного кода ASCII (256 = 28).

Используются также более крупные производные единицы информации:

Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт;

Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт;

Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.

В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт;

Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт и пр.

4.4.3. Расчёт объёма видеопамяти

Графическая информация на экране монитора ПК представляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселей). Точка – область в месте пересечения воображаемых линий прямоугольной сетки, представляющая собой элементарный участок изображения, создаваемого компьютером на экране или принтером на бумаге.

Величину (измеряется в точках), определяющую количество информации, выводимое на экран монитора, называют разрешением экрана (разрешающей способностью). Разрешающую способность описывают две величины – число точек по вертикали и по горизонтали. Низкое разрешение, такое как 800 600, уменьшает область отображения и увеличивает отдельные элементы. Высокое разрешение, такое как 1024 768, увеличивает область отображения и уменьшает отдельные элементы. Для стандартных разрешений часто используются ещё и буквенные аббревиатуры (см. табл. 4.3).

Качество цветопередачи экрана монитора определяется числом цветов на точку, которое поддерживается монитором и графическим адаптером: 16 цветов (4 бита), 256 цветов (8 бит), 65 536 цветов (16 бит), 16 777 216 цветов (24 бита); 4 294 967 296 цветов (32 бита).

Таблица  4.3

Разрешающая способность мониторов

Для стандартных экранов (3:4)

Для широких экранов (16:9)

Поддерживаемый

стандарт

Разрешение

Поддерживаемый

стандарт

Разрешение

XGA

1024 768

WXGA

1280 800, 1366 768

или  1280 768

SXGA

1280 1024

WXGA+

1440 900

SXGA+

1400 1050

WSXGA+

1680 1050

UXGA

1600 1200

WUXGA

1920 1200

Так, для разрешающей способности экрана 800 600 точек, т. е. 480 000 точек, объём видеопамяти, требуемый для отображения 65 536 цветов, составит:

V = 2 байта 480 000 = 960 000 байт = 937,5 Кбайт.

Аналогично рассчитывается объём видеопамяти, необходимый для хранения битовой карты изображений при других видеорежимах.

В видеопамяти компьютера хранится битовый план (bit map), являющийся двоичным кодом изображения, отсюда она считывается (не реже 50 раз в секунду) и отображается на экране.

4.4.4. Кодирование текстовой информации

Нажатие клавиш на клавиатуре приводит к тому, что в компьютер посылается сигнал в виде двоичного числа, представляющего собой одно из значений кодовой таблицы. Кодовая таблица это внутреннее представление символов в компьютере. Во всем мире в качестве стандарта принята таблица ASCII (American Standart Code for Informational Interchange американский стандартный код информационного обмена).

Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит. Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, количество возможных сочетаний единиц и нулей равно 28 = 256. Следовательно, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов. Эти коды и составляют таблицу ASCII (табл. 4.4).

Например, при нажатии клавиши с буквой «H» в память компьютера записывается код 01001000, а для слова

HELLO  01001000 01000101 01001100 01001100 01001111.

При выводе буквы «H» на экран компьютер выполняет декодирование на основании этого двоичного кода строится изображение символа.

Примечание. Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование двоичный код по правилам перевода чисел из одной системы счисления в другую.

Для сравнения рассмотрим число 27 для двух вариантов кодирования.

При использовании в тексте это число потребует для своего представления 2 байта, поскольку каждая цифра будет представлена своим кодом в соответствии с таблицей ASCII . В двоичной системе – 00110010 00110111.

При использовании в вычислениях код этого числа будет получен по специальным правилам перевода и представлен в виде 8-разрядного двоичного числа 00011011, на что потребуется 1 байт.

В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования: базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127: цифры, буквы латинского алфавита, знаки препинания, управляющие символы (см. табл. 4.4). Первые 32 символа являются управляющими и предназначены в основном для передачи команд управления. Их назначение может варьироваться в зависимости от программных и аппаратных средств. Расширенная таблица (символы с номерами от 128 до 255) американским стандартом не определена и предназначена для символов национальных алфавитов, псевдографических и некоторых математических символов. В разных странах могут использоваться различные варианты второй половины кодовой таблицы.

Таблица 4.4

Базовая таблица кодировки ASCII

32 пробел

48

0

64

@

80

Р

96

*

112

p

33     !

49

1

65

А

81

Q

97

а

113

q

34     "

50

2

66

В

82

R

98

b

114

r

35     #

51

3

67

С

83

S

99

с

115

s

36     $

52

4

68

D

84

Т

100

d

116

t

37    %

53

5

69

Е

85

U

101

е

117

u

38    &

54

6

70

F

86

V

102

f

118

v

39     '

55

7

71

G

87

W

103

g

119

w

40    (

56

8

72

Н

88

X

104

h

120

x

41     )

57

9

73

I

89

Y

105

i

121

y

42    *

58

:

74

J

90

Z

106

J

122

z

43    +

59

;

75

К

91

[

107

k

123

{

44     ,

60

<

76

L

92

\

108

I

124

|

45    

61

=

77

М

93

]

109

m

125

}

46    .

62

>

78

N

94

^

110

n

126

~

47    /

63

?

79

О

95

_

111

o

127

Отсутствие единого стандарта расширенной таблицы ASCII кодов привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать несколько действующих стандартов кодировки. Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение программных продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение. Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows. Де-факто она стала стандартной в российском секторе World Wide Web.

Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный). Сегодня кодировка КОИ-8 (табл. 4.5) имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в некоторых службах российского сектора Интернета. В частности, в России она де-факто является стандартной в сообщениях электронной почты и телеконференций.

Таблица 4.5

Кодировка КОИ-8

128

144 ░

160

176 ╟

192   ю

208

п

224

Ю

240

П

129 |

145 ▒

161 Ё

177 ╠

193   a

209

я

225

А

241

Я

130 ┌

146 ▓

162 ╒

178 ╡

194   б

210

р

226

Б

242

Р

131 ┐

147

163 ё

179 Ё

195   ц

211

с

227

Ц

243

С

132

148 ■

164 ╓

180 ╢

196   д

212

т

228

Д

244

Т

133 ┘

149 •

165 ╔

181 ╣

197   e

213

у

229

Е

245

У

134 ├

150 √

166 ╕

182 ╤

198   ф

214

ж

230

Ф

246

Ж

135 ┤

151 ≈

167 ╖

183 ╥

199   г

215

в

231

Г

247

В

136 ┬

152 ≤

168 ╗

184 ╦

200   x

216

ь

232

X

248

Ь

137 ┴

153 ≥

169 ╘

185 ╧

201   и

217

ы

233

И

249

Ы

138 ┼

154

170 ╙

186 ╨

202   й

218

з

234

Й

250

3

139 ▀

155 ⌡

171 ╚

187 ╩

203   к

219

ш

235

К

251

Ш

140 ▄

156

172 ╛

188 ╪

204   л

220

э

236

Л

252

Э

141 █

157 ²

173 ╜

189 ╫

205   м

221

щ

237

М

253

Щ

142 ▌

158 ·

174 ╝

190 ╬

206   н

222

ч

238

Н

254

Ч

143 ▐

159

175 ╞

191 ё

207   о

223

ъ

239

О

255

Ъ

Задания и порядок их выполнения

1. В соответствии с Вашим вариантом (N  номер студента в списке по журналу учебной группы) переведите числа (предварительно рассчитав их) из естественной формы записи в нормальную форму (к нормализованному виду), укажите мантиссу и порядок полученного числа:

а)  N  3210

N  3,34610

N  0,000245710

N  (0,00125)10

б)  0,003458

3,00043238

645,78

в) А3С,8В16

0,005B16

0,00003F16

2. Переведите N Гб, N  3 Mб, (N + 1) 5 Кб в байты.

3. Рассчитайте требуемый объём памяти ПК для записи числа 2(N + 1) 5.

4. Рассчитайте требуемый объём видеопамяти для хранения битовой карты изображения для заданного Вам варианта:

№  варианта

Разрешение

Режим

цветности

№  варианта

Разрешение

Режим

цветности

1

640480

16 цветов

9

640480

256 цветов

2

800600

256 цветов

10

12801024

16 цветов

3

1024768

65 536 цветов

11

1024768

256 цветов

4

12801024

16 777 216 цв.

12

800600

16 777 216 цв.

5

640480

65 536 цветов

13

640480

16 777 216 цв.

6

800600

16 цветов

14

800600

65 536 цветов

7

1024768

16 цветов

15

1024768

65 536 цветов

8

12801024

256 цветов

16

1680 1050

256 цветов

5. Представьте свою фамилию и имя (на английском языке) в ASCII кодах, используя базовую таблицу кодировки ASCII (табл. 4.4). Например, Ivanov Sergey = 73 118 97 110 111 118 32 83 101 114 103 101 121.

6. Используя программу «Калькулятор» (Пуск Программы Стандартные Калькулятор), выбрав инженерный вид (Вид Инженерный) переведите полученную последовательность ASCII кодов из десятичной системы счисления в двоичную. Для этого необходимо набрать каждый код в «Калькуляторе», когда установлен режим ввода Dec (десятичный). После выбрать режим отображения Bin (двоичный). Выписать полученное двоичное число. Например, 73(10) = 1001001(2). Проделав аналогичную процедуру со всеми ASCII кодами своей фамилии и имени, Вы получите двоичное отображение Вашей фамилии и имени. Для выше представленного примера получим:

I

v

a

n

o

v

S

01001001

01110110

01100001

01101110

01101111

01110110

00100000

01010011

e

r

g

e

y

01100101

01110010

01100111

01100101

01111001

Контрольные вопросы

1. Какие существуют формы записи чисел?

2. Дайте определение мантиссы и порядка числа.

3. Что означают понятия «бит» и «байт»?

4. Сколько байт в Кб, Мб, Гб?

5. Приведите формулу Хартли и поясните состав варьируемых в ней переменных.

6. Как кодируется текстовая информация в компьютере?

7. Отчего зависит требуемый объём видеопамяти компьютера?

8. Сколько символов можно закодировать нулями и единицами, если для хранения этого кода в памяти отведено N + 3 разрядов?

9. Какое максимальное число можно записать в 64 бита?

10. Сколько нужно разрядов памяти для хранения 2 (N + 1) символов в двоичном алфавите?

11. Запишите в 32 разрядной сетке с плавающей запятой число 254,0314(10).

1 Использовать в качестве единицы информации один бит (англ. bit — binary digit — двоичная цифра) было предложено американским учёным Клодом Шенноном.




1. Культура взаимоотношения полов Качества которыми должны обладать супруги для создания прочной семьи- у
2. Причины возникновения кризисов в организации.html
3. Україна в писемних джерелах; 1199 р
4. Этнические конфликты причины возникновения и способы урегулирования
5. ЮРИСПРУДЕНЦИЯ Экзаменационная работа ПО ДИСЦИПЛИНЕ ПОЛИТОЛОГИЯ Вопрос 1
6. физические лица юридические лица государства а также автономные и административнотерриториальные образ.html
7. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по проведению практических занятий по фармакологии для преподавателей и
8. Вариант 13 1 Какие из ценностей характерны для общества традиционного типа 1 приоритет колле
9. МАРИЙСКИЙ СЕЛЬСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМБИНАТ
10. тематике за 1 четверть 20132914 учебного года 1
11. магазина Opensource CMS Jooml Droopl MODx CMS OpenCrt Коммерческие CMS 1CБитрикс NetCt miroCMS
12. Комплексный анализ товарооборота торговой организации на примере алтайского предприятия Торговый Двор АНИКС
13.  Историческая справка История существования предприятий в условиях свободного рынка в России достаточ
14. 214. В данной главе дается то что логически следовало бы излагать позднее.html
15. Реферат- Семейный бюджет и способы его формирования
16.  Форма государства 2
17. Тема V. Экологические права и обязанности
18. 20 в год что 23 раза превышает темпы роста рынка продовольственных товаров
19. тематичних наук Київ 2003 Дисертацією є рукопис
20. і Мысалы авторитарлы~ ~міршіл~кімшіл ж~йе туралы айтылатын жайларды жиі естуге болады