Принципы представления данных и команд в компьютере

Представление информации в компьютере. Единицы измерения информации

Вы уже владеете одним языком, а быть может и несколькими. Знаете некоторые понятия из химии, физики, математики и других наук. А для того, чтобы понимать и использовать компьютерный язык нужно иметь знания о представлении информации в памяти компьютера. В этой статье поговорим о представлении текста, графики, звука в ПК и рассмотрим основные положения, касающиеся этой темы.

Для того чтобы было намного проще понять, как представляются файлы в компьютере приведем несколько примеров из жизни с которыми сталкивался каждый:

1. Вы хотите перейти дорогу, но дойдя до перекрестка, вы останавливаетесь, потому что загорелся красный свет. После небольшого ожидания цвет светофора меняется на зеленый. Машины тормозят, а вы продолжайте свой путь.
2. Вы сильно торопитесь, когда едете на работу или учебу. Участник дорожного движения, который едет спереди двигается на низкой скорости. Вы моргаете ему фарами, он уступает вам дорогу, и вы едете дальше.

А теперь переведем эти ситуации на язык информатики – в данных ситуациях светофор и фары передают код. Красный сигнал говорит нам о том, что нужно остановиться, а моргание фарами это “код” с помощью которого мы просим уступить дорогу. Быть может вы удивитесь, но в основу любого человеческого языка тоже положен код, только символы в нем называются алфавитом. Теперь рассмотрим это определение более подробно. Итак:

Код – набор обозначений, с помощью которого можно представить информацию.

Кодирование – процесс, при котором данные переводятся в код.

По мере развития информационной сферы учеными и разработчиками предлагались многие способы кодирования информации. Некоторые из них остались незамеченными, другими же мы пользуемся до сих пор. В качестве примера приведем азбуку Морзе, разработанную Самюэлем Морзе в 1849 году. Буквы и цифры определяются в ней тремя символами:

• Тире (длинный сигнал);
• Точка (короткий сигнал);
• Пауза или отсутствие сигнала.

Однако наибольшую популярность завоевал “двоичный код”, который предложил использовать Вильгельм Лейбниц в семнадцатом веке. Информация в нем определяется двумя символами – 0 и 1. Разработчикам данный метод кодирования сильно понравился из-за простоты его реализации. 0- это пропуск сигнала, а число 1- его наличие. Именно двоичное представление используется сегодня в ПК и в другой цифровой технике.

Представление данных и команд

Данные — это материальные объекты произвольной формы, выступающие в качестве средства представления информации. Преобразование и обработка данных позволяют извлечь информацию, т. е. данные служат исходным «сырьем» для получения информации. Фиксация информации в виде данных осуществляется с помощью конкретных средств общения на конкретном физическом носителе.

Нормальная форма записи числа имеет следующий вид, где т — мантисса числа; р — порядок; d — основание системы счисления.

Порядок указывает местоположение в числе точки, отделяющей целую часть числа от дробной части. В зависимости от порядка точка передвигается (плавает) по мантиссе. Такая форма представления чисел называется формой с плавающей точкой.

Из чего состоит оперативная память?

Теперь вернемся к нашей памяти, она представляет собой большую группу регистров, которые хранят данные. Существует SRAM (статическая память) и DRAM (динамическая память). В статической памяти регистры представлены в виде триггеров, а в динамический в виде конденсаторов, которые со временем могут терять заряд. Сегодня в ОЗУ используется именно DRAM, где каждая ячейка — это транзистор и конденсатор, который при отсутствии питания теряет все данные. Именно поэтому, когда мы отключаем компьютер, оперативная память очищается. Все драйвера и другие важные программы компьютер в выключенном состоянии хранит на SSD, а уже при включении он заносит необходимые данные в оперативную память.

Вам наверняка будет интересно узнать виды оперативной памяти. На эту тему у нас есть отличный материал

Ячейка динамической оперативной памяти, как уже было сказано выше, состоит из конденсатора и транзистора, хранит она 1 бит информации. Точнее, саму информацию хранит конденсатор, а за переключения состояния отвечает транзистор. Конденсатор мы можем представить в виде небольшого ведерка, который наполняется электронами при подаче тока. Подробнее работу динамической оперативной памяти мы рассмотрели еще 7 лет назад. С тех пор мало что изменилось в принципах её работы. Если конденсатор заполнен электронами, его состояние равно единице, то есть на выходе имеем 1 бит информации. Если же нет, то нулю.

Почему только двоичная система

Поэтому вы можете подумать: «Почему только 0 и 1? Почему бы не добавить ещё одну цифру?». Хотя отчасти это связано с традициями создания компьютеров, вместе с тем, добавление ещё одной цифры означало бы необходимость выделять ещё одно состояние тока, а не только «выключен» или «включен».

Проблема здесь в том, что если вы хотите использовать несколько уровней напряжения, вам нужен способ легко выполнять вычисления с ними, а современное аппаратное обеспечение, способное на это, не жизнеспособно как замена двоичных вычислений. Например, существует, так называемый, тройной компьютер, разработанный в 1950-х годах, но разработка на том и прекратилась. Тернарная логика более эффективна, чем двоичная, но пока ещё нет эффективной замены бинарного транзистора или, по крайней мере, нет транзистора столь же крошечных масштабов, что и двоичные.

Причина, по которой мы не можем использовать тройную логику, сводится к тому, как транзисторы соединяются в компьютере и как они используются для математических вычислений. Транзистор получает информацию на два входа, выполняет операцию и возвращает результат на один выход.

Таким образом, бинарная математика проще для компьютера, чем что-либо ещё. Двоичная логика легко преобразуется в двоичные системы, причем True и False соответствуют состояниям Вкл и Выкл .

Бинарная таблица истинности, работающая на двоичной логике, будет иметь четыре возможных выхода для каждой фундаментальной операции. Но, поскольку тройные ворота используют три входа, тройная таблица истинности имела бы 9 или более. В то время как бинарная система имеет 16 возможных операторов (2^2^2), троичная система имела бы 19683 (3^3^3). Масштабирование становится проблемой, поскольку, хотя троичность более эффективна, она также экспоненциально более сложна.

Кто знает? В будущем мы вполне возможно увидим тройничные компьютеры, поскольку бинарная логика столкнулась с проблемами миниатюризации. Пока же мир будет продолжать работать в двоичном режиме.

реклама

Корпус — это скелет компьютера, на который крепятся все детали (комплектующие). Корпусов бесконечное количество видов. Для начала разберитесь в форматах корпусов. В первую очередь он определяется форматом поддерживаемых материнских плат. Основные: E-ATX, ATX, Micro-ATX и Mini-ITX. По мере углубления знаний вы узнаете о таких характеристиках как: качество изготовления, функциональность, «продуваемость», количество слотов расширения, пылезащищенность, наличие актуальных и дополнительных функций. Есть и такая характеристика как «крутость» внешнего дизайна. Существует даже целое направление по дизайну — моддинг.

2. Материнская плата.

Материнская плата является связующим звеном между всеми комплектующими. Все они подключаются к ней для совместной работы. Это сложное техническое устройство. Наши гуру называют их нежно: «мать», «материнка» или «мамка». Основные форматы материнок описаны выше. Разные материнки поддерживают разные типы комплектующих (процессоров, оперативной памяти и прочих дискретных устройств). Получите максимум знаний по данному устройству. Без них вы не сможете самостоятельно производить сборку компьютера или его апгрейд.

3. Процессор.

Центральный процессор – основное вычислительное устройство, исполняющее код программ. Это «соображалка» компьютера. А вкупе с оперативной памятью и устройством хранения он образует мозг вашего компьютера. Процессор устанавливается только в ту модель материнской платы, которая его поддерживает. Это важнейший элемент системы. Подробные знания об устройстве процессора можно получить из обзоров. Выбирайте первые качественные обзоры процессоров новых линеек. Там часто разбирается архитектура, которая помогает понять внутреннее устройство процессора. Сгодятся и качественные обзоры прошлых лет. Набирайте максимальную базу знаний по процессорам.

4. Оперативная память.

В оперативной памяти компьютер хранит данные, которые он использует в текущий момент или собирается использовать в процессе работы. Она энергозависимая и после выключения компьютера все данные из неё пропадают. Начните с того, что узнайте типы оперативной памяти (для ПК, серверов, DDR3, DDR4). Затем узнайте о частотах, вольтажах, типах используемых чипов и их компоновке, типах охлаждения чипов.

5. Накопители HDD и SSD.

В этих устройствах долговременной энергонезависимой памяти, хранятся все данные, которые сохраняются после выключения компьютера. Проще говоря, все программы и файлы. Фото вашего любимого кота и ваши видео из отпуска хранятся именно там. Тема довольно интересная и не сложная, если пройти по ней поверхностно. Вы улучшите и углубите свои знания о накопителях, когда решите сменить HDD/SSD в вашем компьютере или при сборке нового.

6. Кулер процессора

Это не самое сложное устройство, задачей которого является охлаждение процессора во время его работы, ввиду его нагрева. Узнайте о воздушном и жидкостном охлаждении, о типах креплений (поддержка различных сокетов). Изучите тему термоинтерфейсов – это паста, которая служит проводником тепла между поверхностью подошвы кулера и крышкой процессора. От выбора кулера будет зависеть качество работы вашего процессора. Не забудьте пройтись по теме корпусных вентиляторов и способов регулирования их работы.

7. Блок питания.

С блоком питания вы уже сталкивались. «Зарядка» от вашего телефона это тоже блок питания. В компьютере он внутренний и более сложный. Как и для человека, для компьютера качественное питание является залогом хорошего здоровья и долголетия. Но, чтобы разбираться в его внутреннем устройстве, уже таки желательно иметь профильное образование. Но вам будет достаточно узнать общее внутренне устройство и типы используемых компонентов. А при выборе вы можете руководствоваться качественными обзорами и мнением уважаемых гуру в соответствующей ветке конференции Overclockers.

8. Видеокарта.

Чаще всего это самый дорогой компонент вашего компьютера. Отвечает за вывод изображения на монитор. Но не всегда. На сегодняшний день он отвечает ещё и за наполнения деньгами вашей банковской карты, если вы решите стать майнером. Высокий спрос на данный компонент породил небывалый скачек цен. У вас будет много времени на изучение устройства и возможностей видеокарт, поскольку по вменяемым ценам в магазинах они появятся не скоро.

Итак, мы закончили с начинкой системного блока. Как видите всё просто. Не сложнее, чем залезть под капот автомобиля и найти там бачок омывателя. Самостоятельная сборка компьютера позволит вам сэкономить кучу денег — больше, чем при вызове мастера по стиральным машинкам, но меньше чем при заездах в автосервис. Женщины без ума от рукастых мужчин, разбирающихся в компьютерах. Если же вы девушка (женщина), то сборка компьютера вашему избраннику станет апофеозом феминизма! Самостоятельная сборка вашего первого компьютера подарит вам чувства, отдаленно схожие с материнскими при рождении дитя или чувства маленького бога, сотворившего новую форму жизни. Молоко не появится, но это незабываемо!

Программная часть.

Но системный блок это лишь «железо». Это как человек в коме. Его сердце бьётся, а по жилам течет кровь, но он лишь овощ. Важнейшей частью компьютера является программная. Именно она заставляет компьютеры оживать. Первая и основная программа компьютера это BIOS. Это спинной мозг компьютера. Узнайте о нём. Вы даже прямо сейчас можете увидеть его воочию, перезагрузив компьютер и сразу непрерывно нажимая клавишу «DEL» на вашей клавиатуре. Поводите мышкой или понажимайте клавишами-стрелочками, но пока-что больше ничего другого не трогайте, не нажимайте и не меняйте. Ещё не пришло время это делать. Затем нажмите клавишу «ESC» на клавиатуре и выйдите без сохранения.

Затем наступает очередь изучения операционной системы (ОС). Их также довольно много, но самая распространенная из них «Windows». Вы уже с ней знакомы. В принципе, она будет работать и без вашего участия. Но изучение операционной системы позволит вам самостоятельно устранять ошибки в её работе, не вызывая платного мастера. А ошибки в «Windows» происходят периодически. Если правильно настроенное «железо» может работать годами без вмешательства, то с операционной системой так получается не всегда. Её изучение также позволит вам её правильно настраивать под свои нужды, устанавливать нужные вам программы, расширяя таким образом функционал вашего компьютера. Изучение ОС приведет к изучению других программ, начиная от интернет-браузера наподобие Google Chrome, «фотошопа” и заканчивая полезными утилитами. Программы это основная рабочая среда, а компьютер служит для обеспечения их работы. Изучив «железную» часть, вы сможете почти всё время уделить «софтовой»(программной), лишь иногда оглядываясь на «железные» новинки. А впереди ещё огромный рынок периферии, поражающий своим многообразием. Оставьте его на потом, когда придет время выбора.

Вот мы и разрезали ленточку с надписью «Welcome» нашего микро-гайда в мир компьютеров. Если вы смогли воодушевиться и выбрать компьютеры и всё что с ними связано своим хобби на всю жизнь, значит я не зря нажал клавиши на клавиатуре несколько тысяч раз. Даю вам слово – вы не пожалеете!

Напоследок я хочу оставить ещё пару «помогалок».

Не бойтесь, если у вас что-то не получается. Не заставляйте себя, а делайте всё с удовольствием. Не воздерживайтесь от помощи «бывалых». Крупнейшим ресурсом знаний на пространстве СНГ является конференция Overclockers.ru. Большинство камрадов и просто продвинутых пользователей охотно готовы помочь новичкам. А если кто-либо попытается вас обидеть, то на страже справедливости всегда стоят добровольные супер-герои Мстители-модераторы, готовые постоять за честь любого, выписывая желто-красные оплеухи нарушителям порядка. Но не забудьте и про себя. Корректно и чётко ставьте свои вопросы, не забывая прочитать правила каждой ветки. Уделяйте вашему хобби столько времени, сколько хочется именно вам. Иногда лучше оставить изучение какого-либо вопроса на потом. Не забывайте делиться и своим опытом. Это благодарное хобби. Оно даст вам очень многое. На этом прощаюсь с вами.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Использование компьютера для игр

Приобретая компьютер для задач, совершенно не связанных с развлечениями, например, учёбы или работы, вы всё равно вряд ли сможете пройти мимо такого интересного, в некотором понимание познавательного явления как компьютерная игра. Здесь нет ничего зазорного, как думают некоторые, ведь познавание детища технологий — компьютера ещё лучше и быстрее проходит играючи, усталость от понимания азов, вероятность получить гораздо меньше, не говоря о получение удовольствия и хорошего настроения. Не стоит забывать, что и сам компьютер развивался и развивается параллельно с играми.

Кто из нас не задумывался над предназначением компьютера? Сколько этот «робот» делает за нас, помогает нам как в рабочий, так и в выходной день! Как много времени мы ему посвящаем, но сколько же и экономим! Компьютер – это устройство, которое прочно укоренилось в нашей жизни, помогает выполнять самые простые и трудные задачи, развлекает и развивает.

Что это?

Часто ли вы задумывались о том, зачем нужны компьютеры? Мало кто в полной мере понимает весь массив заданий, над которыми трудятся эти «машины». Но откуда они появились и как так быстро вошли в нашу жизнь? Компьютер с английского языка переводится как «вычислитель». Данная функция являлась было самой первой задачей устройства. Грубо говоря, поначалу машина служила калькулятором.

Сейчас же такой механизм способен выполнять определенные поставленные задачи. Считается, что большинство этих заданий являются вычислительными или манипулятивными. Но последнее время, с развитием социальных сетей, важной является и функция ввода-вывода. Чтобы все операции совершались с правильной последовательностью, используют программу, которая специально для этого и создается.

История

Вообще, вспоминая самый первый компьютер, историки углубляются в анализ событий времен Древнего Вавилона. Именно тогда были изобретены первые вариации вычислений – счеты абак. Но если не углубляться так далеко, то можно вернуться во времени меньше чем на 100 лет. Именно в 1941 году мир увидел первое подобное устройство. Его разработал американский математик из Гарварда Говард Эйксон.

Он и еще парочка инженеров из компании IBM создали самый первый компьютер на базе наработок Чарлза Бэббиджа. Официально машину запустили лишь в 1944 году. Ей дали имя «Марк 1». Разместили технику в университете Гарварда.

Интересно, что в то время на разработку такого ПК было потрачено 500 тысяч долларов. При этом сборка компьютера выполнялась из дорогих и качественных материалов. Механизм поместили в нержавеющую сталь и стекло. В длину устройство заняло более 17 метров, его высота составила около 2,5 метра. Соответственно этим параметрам вес техники составил более 4-х тонн. Чтобы компьютер привести в работу, нужно было использовать различные рычаги, реле, переключатели, которых имелось более 750 штук.

Интересно, что машина обзавелась проводами, длина которых составила 800 километров. Тем не менее, мощный компьютер выполнял довольно примитивные задачи. Он справлялся с ограниченным количеством чисел – всего 72, они состояли из 23 десятичных разрядов. Система могла вычитать и слагать и тратила на эти все процессы не более 3 секунд. Для умножения ему требовалось уже 6 секунд, деление выполнялось за 15 секунд.

В итоге ученым удалось получить усовершенствованный арифмометр, для которого использовали перфорированную бумажную ленту, чтобы ввести данные. Несмотря на его очевидную слабость перед нынешними техническими монстрами, он все же делал все вычисления без помощи человека, а значит, уже произошел огромный шаг к автоматизации.

Другие теории

Вообще то, что «Марк 1» является первым компьютером, дело спорное. На этот счет существует огромное количество теорий. Здесь часто вспоминают Конрада Цузе с его машиной Z1, которая была создана еще в 1938 году. Также известен первый электронный цифровой компьютер из США, о котором заговорили в 1942 году. Он хотя и не был окончательно завершен, все же мог быть прототипом и вдохновителем последующих машин.

Разнообразие

Когда человек ставит перед собой вопрос: «Зачем нужны компьютеры?», он чаще представляет стандартный вариант ПК или на крайний случай ноутбук. Но это лишь небольшая часть устройств под таким именем. Кроме всего прочего, настольные ПК могут делиться на домашние и серверные, есть рабочие станции, персональные варианты, моноблоки, игровые приставки, медиацентры и т.д.

К компьютерам относят и более упрощенные устройства, среди которых нетбуки, планшеты, неттопы. Существуют суперкомпьютеры, к которым относят мини, супермини, персональный и мейнфрейм. Последний вариант – это очень мощный компьютер, предназначенный для высокопроизводительных и ресурсоемких задач. У него обычно огромное количество оперативной и внешней памяти, устройство используется для пакетной обработки и других заданий.

К малым и мобильным компьютерам относятся всеми нами любимые смартфоны, ноутбуки, карманные персональные компьютеры, планшеты, электронные книги и прочее. Многие забывают, что терминал в ресторанах и магазинах – это также компьютер, как и электронный переводчик, калькулятор и т.п.

Из такого огромного количества устройств становится понятно, что их назначение может быть самым разным и порой довольно неожиданным.

Конструкция

За все время совершенствования современные машины обзавелись самыми разнообразными способами конструкции. Сборка компьютера, который находится у многих пользователей, — практически ничто по сравнению с конструкцией серверных станций и подобных мощных моделей. Но все же существуют определенные стандарты и алгоритм, по которым собираются все типы компьютеров.

Когда начинают размышлять о проектировании устройства, часто задумываются, будет ли это машина цифрового типа или с аналоговой системой. Для первого варианта применимы дискретные численные или символьные переменные. Аналоговый тип же предназначен для обработки большого потока информации. Естественно, первый вариант наиболее популярен среди пользователей.

К аналоговым ныне стоит отнести номограммы, логарифмические линейки, астролябии, осциллографы, телевизоры и даже мозг.

Применение

Возвращаясь к главной теме статьи «Для чего можно использовать компьютер», важно понять, что до сих пор полный спектр выполняемых им задач трудно исследовать. И вряд ли все текущие процессы, которые компьютер исполняет, являются пределом его возможностей.

Тем не менее, если говорить об общеизвестных методах использования, то первое, что приходит на ум: ПК востребован в работе и для развлечений. Последнее сейчас особенно популярно, а вместе с образовательной составляющей помогает многим студентам автоматизировать свое обучение и получать больше информации.

Развлечение

Все помнят об игре в шахматы с компьютером. Когда появилась такая возможность, люди просто поражались возможностям машины. Далее стали внедряться различные карточные игры и другие головоломки. Сейчас же охватить одним обзором все игры нереально. В мире проходят крупные турниры по компьютерным играм, которые собирают стадионы болельщиков, а призовые превышают 20 миллионов долларов.

О развлечениях нам напоминают не только геймерские ПК и ноутбуки, но и игровые приставки, карманные ПК и смартфоны. Последние, конечно, имеют рабочие функции, но все же частенько используются в качестве развлекающего девайса, который помогает скоротать время в дороге.

Помимо игр в шахматы с компьютером и вообще разнообразных геймерских проектов к развлечениям относят просмотр кино, роликов и телепередач, прослушивание аудиозаписей, радиостанций или книг. Виртуальные походы в музеи, театры, на выставки, представления и т.д.

Образование

Многие молодые люди стали забывать, что компьютер, помимо развлечений, предназначен для обучения. Это его одна из самых важных функций, которая позволяет не только дополнять имеющиеся знания, но и приобретать новые. Так, сидя за компьютером, мы легко проходим дистанционное обучение, занимаемся самообразованием, читаем книги, слушаем и смотрим видеокурсы, осваиваем разнообразные процессии и расширяем кругозор.

Сферы применения компьютера настолько разнообразны, что часто переплетаются между собой. Так, к примеру, общение и образование легко помогает нам изучать новые языки или находить друзей по всему миру.

Общение

То, что ПК применяется в качестве средства для общения, не стоит и упоминать. Об этом знают все. Сейчас использование компьютера в качестве платформы для знакомства и общения, наоборот, вызывает определенные проблемы общества. Люди становятся зависимыми от социальных сетей, форумов и блогов. Хотя, если рассматривать этот вариант с положительной стороны, то компьютер и вправду облегчил нам знакомство с людьми из разных уголков земного шара.

Он сделал коммуникацию оперативной, облегчил получение данных как для работы, так для учебы и других задач.

Работа

Компьютер для работы, несомненно, также важный инструмент. Сейчас трудно представить кого-то из сотрудников, кто не использовал бы это устройство. В магазинах продавцы вносят артикулы продуктов в ПК, осуществляют безналичный расчет через терминалы и т.д.

Крупные компании благодаря компьютерам настраивают рабочую сеть для передачи данных, их быстрого исправления и корректировки. Некоторые крупные предприятия устанавливают на свои ПК огромные системные программы для управления компанией. Также неудивительно встретить ПК на рабочем столе писателя, журналиста или копирайтера, ведь печатные машинки давно вышли из моды и стали лишь интересным аксессуаром или украшением интерьера.

В итоге, если вы до сих пор не знаете, зачем нужны компьютеры, то подумайте, с помощью чего люди создают изображения, рисунки, редактируют их, основывают сайты, верстают книгу, журнал, газету, различные печатные материалы и электронные форматы. Как сейчас создается музыка и кино, как работают с математическими вычислениями. Наконец, кто проектирует, конструирует, чертит или программирует.

Профессии

Если говорить о более конкретных задачах, то сейчас практически все и каждый может сказать вам, зачем нужны компьютеры и где их применяют. Так, в военном деле системой противоракетной обороны или космосом управляют ПК. Все физические явления или исследования построенных моделей разрабатывается с помощью автоматизированной техники.

Проведение математических, химических, физических и других анализов и вычислений осуществляется машинами. Рабочие места давно автоматизировались, причем не только у тех, кто связан с расчетами, но даже у врачей.

Строительство на этапе проектирования также автоматизировано и регулируется системами ПК. Все крупные мероприятия, в том числе соревнования, развлекательные шоу и т.д. поддерживаются благодаря компьютеру и людям, которые им управляют.

В общем, описать степень важности ПК в жизни каждого человека, общества и государства в целом очень трудно. Сейчас, куда ни глянь, мы видим компьютер в разных своих модификациях. С появлением интернета этот механизм прочно проник в нашу жизнь, для некоторых заменил телевизор и традиционные СМИ, общение с друзьями и родственниками. Другим стал незаменимым помощником в работе и учебе, а кому-то — работодателем.