Лекции по "Информатике"

Для измерения объема памяти используют единицы, называемые КБ, МБ, ГБ. Каждая единица измерения памяти формируется по отношению к предыдущей с помощью одного и того же коэффициента – 2¹⁰ (=1024) => 1 КБ = 1024 байтам, 1 МБ = 1024 КБ, 1 ГБ = 1024 МБ.

Длина «машинного слова», объем оперативной памяти, объем КЭШ-памяти, объем ДЗУ – одни из основных характеристик ЭВМ. Чем длиннее «машинное слово», тем больше объемы оперативной и КЭШ-памяти и тем выше быстродействие. Чем больше объем ДЗУ, тем больше информации можно хранить в компьютере. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Представление данных в ЭВМ

Любая информация представляется в компьютере как последовательность байтов. В самих байтах нет информации о том, как их надо трактовать. В любом случае информация кодируется в виде последовательности 0 и 1, т.е. положительных целых двоичных чисел. Если в программе присутствует последовательность команд, ориентированных на работу с числами, то байты рассматриваются, как числа. Если в программе предполагается действие с текстовыми данными, то байты интерпретируются, как условные числовые коды, обозначающие знаки текста. 

I.Системы счисления

Любое число представляет собой кратную  запись суммы (например, 168 = 100 + 60 + 8 = 1•10² + 6•10¹ + 8•10⁰), т.е. число – последовательность коэффициентов при степенях числа 10 => если имеем число d = a₁a₂…a_n (a₁a₂…a_n – цифры), то d = a₁ •10^n-1 + a₂ •10^n-2 +…a_n • 10⁰.

Кратко подобные суммы записываются следующим образом:         n

                                                                                                           d = ∑ a_i • 10^n-i

                                                                                                                i=1 

Число 10 – основание десятичной системы  счисления, Система счисления задается величиной основания и множеством цифр. Цифры – специальные знаки, используемые для записи чисел. Их количество обязательно должно быть равно величине основания.

Любое число можно представить в  различных системах счисления, эти  представления будут строго соответствовать друг другу.

К примеру, определим 16-ричную систему счисления: основание = 16 =>должно быть 16 цифр (0-15) = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F. Здесь A-F – цифры 10,11,12,13,14,15. Такие обозначения используют в связи с тем, что цифры нельзя записывать с помощью других цифр, иначе возникнет путаница в чтении чисел. Запишем, как будет выглядеть в этой системе счисления десятичное число 168, имея в виду общий закон записи числа, а также то, что здесь основанием является 16, имеем: 168₍₁₀₎ = А •16¹ + 8 •16⁰ => А8_(16).

К примеру, в 8-ричной системе счисления ₊15 = 1 • 8 ¹+ 5 • 8⁰ =>₊13

                                                                         ₌14 = 1 • 8¹ + 4 • 8⁰ =>₌12

                                                                           31 ₍₈₎                                          25

                                                                          3 •8¹  +1 • 8⁰

В компьютере все данные представляются в двоичной системе счисления. Например, число 5 в двоичной форме запишется как 101. Аналогично двоичное число 1111 соответствует десятичному числу 15: 1111₍₂₎ = 1 • 2³ + 1 • 2² + 1 • 2¹ + 1 • 2⁰

Т.е. четырьмя битами можно представить не более 16 десятичных чисел (0-15).

Программы, обеспечивающие «непосредственную» работу человека с памятью ЭВМ, при взаимодействии с ним автоматически преобразовывают двоичное представление данных в 16-ричное и обратно. Любое данное, записанное в 1 байте, представляется всего двумя 16-ричными цифрами, первая из которых соответствует первое четверке битов, а вторая цифра – второй четверке битов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II.Типы данных и их представления

Одним байтом (8 бит) можно представить 256 положительных  целых чисел (0-255). Такой тип данных называется однобайтовым целым без знака.

Числа, превышающие 255, требуют более одного байта для своего представления. Для работы с ними используются типы:

1)двухбайтовые целые без знака – обеспечивают представление целых положительных чисел (0-65535)

2)четырехбайтовые целые без знака - обеспечивают представление целых положительных чисел (0-≈4,2 млрд.)

число должно быть только положительным => называются «без знака». Они отличаются объемом памяти, который отводится  для хранения числа. Такие типы используются для числового кодирования знаков текста, цвета, интенсивности графических точек, нумерации элементов и т.д.

Для работы с целыми числами, используют типы:

1)однобайтовые целые со знаком

2)двухбайтовые целые со знаком

3)четырехбайтовые целые со знаком

Они отличаются объемом памяти, который отводится  для хранения каждого числа.

общее количество числовых кодов, возможных  для данного количества байтов (например, для однобайтового – 256), делится  пополам, одна половина используется для  представления положительных чисел  и нуля, другая – отрицательных  чисел. Отрицательные числа для однобайтового число (-1) = 255, (-2) – 254 и т.д. до 128, которое обозначает число (-128) => однобайтовое целое со знаком позволяет работать с целыми числами от (-128) до 127, двухбайтовое – от (- 32768) до 32767, четырехбайтовое – от (≈-2,1 млрд.) до 2,1 млрд. (2147483648).

При взаимодействии с программами используются следующие  типы данных:

1)целый короткий (SHORT)

2)целый обычный (INTEGER)

3)целый длинный (LONG INTEGER)

4)вещественный с одинарной точностью (FLOAT/REAL)

5)вещественный с двойной точностью (DOUBLEFLOAT/REAL)

6)символьный (строковый, текстовый) (CHAR)

7)логический (LOGIKAL)

Целый короткий– типы соответственно однобайтовое целое со знаком, двухбайтовое целое со знаком, четырехбайтовое целое со знаком.

В информатике  при записи чисел в качестве знака, разделяющего дробную и целую часть, используется не запятая, а точка (например, 68.314). Эта точка фиксирует позицию, после которой указана дробная часть. Изменение местоположения точки приводит к изменению числа => такой вид записи (формат записи) вещественных чисел называется форматом с фиксированной точкой.

Вещественное  число с плавающей точкой состоит  из 2 частей:

1)мантисса

2)порядок

Они разделены  специальным знаком (E,D). Мантисса представляет собой вещественное число с фиксированной точкой, порядок задается целым числом, указывающим в какую степень надо возвести число 10, чтобы при умножении на мантиссу получить число, которое имеется в виду. Например, 68.314 в таком формате можно записать как  6.8314Е+1 = 0.68314Е+2 = 683.14Е-1, что означает 6.8314 • 10¹ = 0.68314 • 10² = 68.314 • 10^-1.

Обычно  различают число с одинарной и двойной точностью. В первом случае при вводе или выводе числа в качестве разделителя мантиссы и порядка указывается E. В памяти ЭВМ такое число занимает обычно 4 байта. Во втором случае в качестве разделителя – D, в памяти ЭВМ число с двойной точностью занимает обычно 8 байтов. Этот тип обеспечивает значительно большую точность вычисления, чем одинарная точность.

Символьные  данные составлены из отдельных текстовых знаков. Каждый знак представляется в памяти ЭВМ определенным числовым кодом. Для числового кодирования текстовых знаков используются специальные таблицы кодирования Величины логического типа принимают только два значения:

1)TRUE (истина)

2)FALSE (ложь)

К ним можно применять логические операции, основными из которых являются and (и), or (или), not (отрицание). And, or –к двум логическим величинам (a>c and a = b). Not – к одной логической величине (not a = b). Результатом выражения с логическими данными (логического выражения) является логическая величина. Результат операции and = TRUE только в одном случае, если обе величины = TRUE. Результат операции or = FALSE только в одном случае, если обе величины = FALSE. Операция not изменяет значение логической величины.

В смешанных  выражениях приоритет у арифметических операций, затем – у сравнения, в последнюю очередь – у  логических операций. Среди них наибольший приоритет у операции not, затем – and, после – or. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Файлы и их хранение

Любой информационный объект хранящийся на диске и имеющий название является файлом. Информация о файлах хранится в каталогах. Каталог – таблица, в каждой строке которой содержится информация о каком-либо файле или другом каталоге. Каталог = файл специального вида. При записи файлов на диск сведения о них автоматически записываются в те каталоги, которые указал пользователь. Условно для краткости речи говорят: «копировать файл из каталога в каталог», «создать каталог в каталоге», «удалить файл в каталоге» и т.п.

При формировании каждого диска на нем автоматически  создается каталог, который называется корневым. Он занимает определенное место фиксируемого размера на диске. Его название состоит из 2 знаков: имя диска и двоеточие.

В корневом каталоге можно создать другие каталоги, которые называются подкаталогами или каталогами первого уровня иерархии. В свою очередь каталоги первого уровня иерархии могут создать каталоги второго уровня и т.д. Таким образом формируется иерархическая (древовидная) файловая структура данных на диске. Созданные пользователем каталоги – файлы. Каждый файл или каталог имеет название, состоящее из двух частей, разделенных точкой. Левая часть – имя, правая – расширение. Стандартным считается использование в названии только латинских букв, цифр и знака подчеркивания.

Если  требуется использовать какой-либо файл, необходимо указать в каком  каталоге этот файл находится. Это делается с помощью указания пути (маршрута) к файлу.

 Маршрут (путь) – это список каталогов по мере их вложенности (от внешнего к внутреннему), разделенных знаком обратной черты (\ - обратный слеш). При указании файлов перед его названием указывается маршрут, а затем через \ - название файла (например, C:\Windows\win.com -  означает,  что файл win.com находится в каталоге Windows, который находится  в корневом каталоге диска C). Такая запись называется полной спецификацией файла. Файлы могут быть записаны частями в разных местах диска. хранения файлов осуществляется с помощью так называемой таблицы размещения файлов FAT. Она создается на каждом диске автоматически при его формировании и используется для запоминания мест хранения частей файла. В каждой клетке может содержаться 0 (указывает, что соответствующий кластер свободен), номер следующего кластера данного файла или специальный числовой код, обозначающий окончание цепочки кластеров для данного файла. различают 16 битовый FAT (16 разрядный), 32 битовый FAT (32 разрядный). В качестве специального кода, означающего окончание цепочки кластера, используется максимальное число, которое может быть представлено в клетке FAT. Для 16 разрядного таким числом является 65535 (в шестнадцатиричной форме – FFFFF).