3501

эффективными средствами и способами ставить и решать задачи специальной обработки данных.

―МикроЭВМ, ориентированная на разработку и использование прикладных программ ―непрограммирующим профессионалом‖, получила название персонального компьютера, а соответствующий режим использования вычислительной техники - режим персональных вычислений‖.

Основная цель использования ПЭВМ - формализация профессиональных знаний. Здесь, в первую очередь, автоматизируется рутинная часть работ специалистов, которая занимает более 75% их рабочего времени. Применение ПЭВМ позволяет сделать труд специалистов более творческим, интересным, эффективным. Персональные ЭВМ используются повсеместно, во всех сферах деятельности людей. Новые сферы применения изменили и характер вычислительных работ. Так, инженерно-технические расчеты составляют не более 9%, автоматизация управления сбытом, закупками, управление запасом - 16%, финансово-экономические расчеты -15%, делопроизводство - более 10%, игровые задачи - 8% и т.д.

Причинами стремительного роста индустрии персональных ЭВМ следует считать.

• высокую эффективность применения по сравнению с другими классами ЭВМ при малой стоимости (от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов в зависимости от типа и комплектации);

возможность индивидуального взаимодействия с ПК без какихлибо посредников и ограничений;

большие возможности по обработке информации (быстродействие

-сотни миллионов операций в секунду, емкость памяти: оперативной - единицы и десятки Мбайтов, внешней - сотни Кбайтов, единицы Гбайтов);

высокую надежность и простоту в эксплуатации;

возможность расширения и адаптации к особенностям применения;

наличие программного обеспечения, охватывающего практически все сферы человеческой деятельности, а также мощных систем для разработки нового программного обеспечения;

простоту использования, основанную на ―дружественном‖

взаимодействии с ПК, с помощью пакетов прикладных программ. Эффективная работа на ПЭВМ предполагает своевременное обеспечение ее необходимой входной информацией и распространение полученных результатов обработки. Поэтому все ПЭВМ имеют возможность сопряжения через сетевые адаптеры и модемы с каналами связи. Подключение ПЭВМ к вычислительным сетям в еще большей степени повышает эффективность их применения.

ПЭВМ, как и другие типы машин, выпускаются целыми семействами, что позволяет перекрыть достаточно широкий диапазон производительности,

30

обеспечить преемственность в разработках и возможность совершенствования систем обработки данных, построенных на их основе. Современные ПЭВМ строятся на сверхбольших интегральных схемах. Машины типа IBM PC, составляющие почти 80% парка ПЭВМ, комплектуются микропроцессорами Pentium различных модификаций.

Различают младшие, средние и старшие модели ПК. В основу такого деления положены особенности комплектации компьютера и обеспечиваемые этим его возможности.

К младшим моделям относят ПК с ограниченной конфигурацией, умеренной стоимостью, но с широкими возможностями расширения. Средние модели предназначаются для решения более широкого круга задач, а старшие - для обеспечения профессионально-ориентированных и интегрированных автоматизированных рабочих мест.

Одной из основных характеристик ПК является тип используемого в нем микропроцессора. Рынок микропроцессоров очень динамичен. Каждые годдва происходит обновление их основных типов. Так, фирма Intel полностью перешла на выпуск процессоров Pentium MMX, имеющих расширенный состав команд для обработки графической, аудио-, видео- и мультимедийной информации. Микропроцессором начального уровня теперь является Pentium 166 MMX, намечается переход на частоты 233 МГц и выше.

Конкурирующие фирмы AMD, Cyrix, Motorola, Hewlett Packard и др. также совершенствуют свои изделия.

Компьютеры оснащаются оперативной памятью 16-32 Мбайта с возможностью расширения до 128 (160) Мбайт, кэш-памятью второго уровня емкостью 256-512 Кбайт, жесткими дисками - до 2 Гбайт и более.

Компьютеры могут иметь высокоскоростные диски CD ROM, сетевые адаптеры, графические адаптеры и другие устройства.

Рассматривая класс ПЭВМ, нельзя не упомянуть о самой простейшей его разновидности - сетевом компьютере (СК), также относящегося к настольным вычислителям. Вполне возможно, что он-в ближайшее время станет еще одним стандартом, объединяющим целый класс компьютеров, который получит массовое производство и распространение.

Прообразом СК можно считать простейшие ―немые‖ терминалы, подключаемые к ЭВМ 2-го и 3-го поколений. Они имели достаточно простую конструкцию (дисплей, клавиатуру, небольшую буферную память и встроенный блок управления). Целью их создания и применения было обеспечение коллективного и удаленного доступа пользователей к вычислительным ресурсам достаточно мощной ЭВМ. Управление ими осуществляла ОС ЭВМ.

В настоящее время в связи с развитием сетей ЭВМ (локальных и глобальных) создание подобных ―сетевых приставок‖ на качественно новой основе становится вновь актуальным. Широкое развитие сетевых технологий позволяет аккумулировать вычислительные мощности и все виды

31

вычислительных услуг. В связи с этим отпадает необходимость каждому пользователю иметь собственные автономные средства обработки. Очень многие из них могут обращаться к вычислительным ресурсам сетей с помощью простейших средств доступа - сетевых компьютеров. Требуемая информация и нужные виды ее обработки будут выполнены серверами - управляющими ЭВМ сети, а пользователи будут получать уже готовые требуемые им результаты обработки. Таким образом, для подобного вида услуг образуется своеобразная ниша, которую должен заполнить сетевой компьютер.

Собственные средства обработки в СК представлены достаточно слабо или вообще отсутствуют. Основу СК составляет весьма скромный по своим возможностям встроенный микропроцессор или блок управления. Очень многие фирмы (Oracle, Sun, Philips, даже IBМ и др.) проявляют интерес к этому новому классу компьютеров и связывают с ним большие надежды. Уже появились первые разработки подобных устройств, но пока еще не выявлены единые принципы их структурного и функционального построения.

В литературе отсутствует и единое их наименование: ―тощие‖ ПК, Inemet - приборы, броузеры. WebPC, Java-терминал, NetComputerи др.

Видимо, понятие ―сетевой компьютер‖ в будущем будет отождествляться с целым спектром моделей, различающихся своими функциональными возможностями. Чаще всего под СК понимают достаточно дешевый компьютер с малой оперативной памятью, с отсутствием жесткого и гибкого дисков и со слабым программным обеспечением. Стоимость СК может быть значительно ниже стоимости ПК стандартной конфигурации.

Предполагается, что данный класс компьютеров найдет широкое распространение среди следующих категорий пользователей: различные фирмы (особенно крупные), учебные заведения и частные потребители.

фирмы, имеющие собственные локальные вычислительные сети, заинтересованы в построении терминалов на СК. Все обычные офисные ПК, рабочие места секретарей, менеджеров, бухгалтеров, журналистов можно перевести на СК. Это примерно на порядок сократит расходы по их техническому и программному оснащению и обслуживанию.

Низкая стоимость СК и удобствоих применения позволяют по-новому решать вопросы компьютеризации образования. С развитием индустрии СК появляется возможность доступа к вычислительным ресурсам всех категорий обучаемых во всех регионах страны.

СК должны найти широкое распространение и у частных пользователей, многие из которых просто незнакомы с вычислительной техникой. Объединение СК с телефонами и телевизорами позволит иначе решать многие информационные задачи: самообучение, электронная почта, доступ к общественно значимым базам данных, презентации, организация культурного обмена и др.

32

Для формирования и развития индустрии СК необходимо решить следующие проблемы:

создать языки программирования, не зависимые от особенностей построения СК;

разработать дешевые и быстродействующие микропроцессоры, составляющие основу СК;

обеспечить быстрый и легкий вход в глобальные и корпоративные сети;

создать компактное программное обеспечение для использования

СК и приложений для серверов, обслуживающих сети СК.

Самым распространенным языком программирования, обеспечивающим доступ к ресурсам сетей, является язык Java - интерпретационный язык высокого уровня. Его отличительными особенностями являются простота, независимость от аппаратуры и отсутствие связей со сложными операционными системами. Это делает совместимыми СК различных производителей, позволяет управлять ими с общих позиций. Поэтому многие фирмы приобрели лицензии на Java и обеспечивают его поддержку в своих разработках.

Сетевые компьютеры, являясь продолжением аппаратуры сети, не требуют оснащения дорогими и сложными микропроцессорами. Для обеспечения их функций можно использовать более простые схемы, типа ―Internet on a сhiр‖ (―Интернет на чипе‖). Подобная продукция может быть представлена десятками фирм.

Для подключения СК в сеть нужны каналы связи. Принципиально возможно использование любых каналов. Наиболее дешевыми, но малоскоростными являются телефонные линии связи. Их пропускная способность составляет до 30 Кбайт/с через аналоговые модемы и в несколько раз больше при переходе к цифровым методам связи. Каждый СК при работе с сетью Должен пользоваться сетевыми ресурсами, а это может вызывать перегруженность линий, обслуживающих большое число СК. Поэтому требуется повышать скорости передачи данных в сетях и качество используемых каналов. Для новых аппаратурных средств сети необходимы компактные управляющие программы и приложения для серверов. Индустрия соответствующего программного обеспечения только начинает свое развитие.

33

ГЛАВА 2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ

2.1. Позиционные системы счисления

Под системой счисления понимают способ представления любого числа с помощью некоторого алфавита символов, называемых цифрами. Существуют различные системы счисления. От их особенностей зависят наглядность представления числа при помощи цифр и сложность выполнения арифметических операций.

В ЭВМ используются только позиционные системы счисления с различными основаниями. Позиционные системы счисления характеризуются тем, что одна и та же цифра имеет различное значение, определяющееся позицией цифры в последовательности цифр, изображающих число.

Пример:

десятичная система счисления - позиционная, римская система счисления - непозиционная.

Количество S различных цифр, употребляющихся в позиционной системе счисления, называется ее основанием. В общем случае, любое число в позиционной системе счисления можно представить в виде полинома от основания S.

В качестве коэффициента могут стоять любые из S цифр, используемых в системе счисления. Однако для краткости число принято изображать в виде последовательности цифр.

X r r 1... 1 012...

Позиции цифры, отсчитанные от запятой (точки), отделяющей целую часть от дробной, называются разрядами. В позиционной системе счисления вес каждого разряда больше соседнего в число раз, равное основанию системы

S.

Пример:

Для десятичной системы счисления (основание S =10) имеем число 6321.564. Веса разряда и коэффициенты для этого числа будут следующими:

34

В настоящее время в ЭВМ применяют двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. В дальнейшем систему счисления, в которой записано число, будем обозначать подстрочным индексом, заключенным в круглые скобки. Например: 1101(2), 369(10), BF(16) и т.д.

2.2. Двоичная система счисления

Вдвоичной системе счисления основание S = 2, т.е. используются всего два символа: 0 и 1. Двоичная система счисления проще десятичной. Однако двоичное изображение числа требует большего (для многоразрядного числа примерно в 3,3 раза) числа разрядов, чем его десятичное представление. Тем не менее применение двоичной системы создает большие удобства для проектирования ЭВМ, так как для представления в машине разряда двоичного числа может быть использован любой простой элемент, имеющий всего два устойчивых состояния. Также достоинством двоичной системы счисления является простота двоичной арифметики.

Вобщем виде двоичное число выглядит следующим образом:

Таким образом, вес каждого разряда в двоичной системе счисления кратен 2

или 1/2.

Пример:

Двоичное число - 101101(2)

Как и в десятичной, в двоичной системе счисления для отделения целой части от дробной используется точка. Значение веса разрядов справа от точки равно основанию двоичной системы (2), возведенному в отрицательную степень. Такие веса - это дроби вида: 1/2, 1/22, 1/23, 1/24, 1/25

или 1/2, 1/4, 1/8, 1/16. Их можно выразить через десятичные дроби: 2-1 = 0.5, 2-2 = 0.25, 2-3 = 0.125, 2-4 = 0,0625.

В общем случае двоичное число имеет целую и дробную части, например,

1101101.10111.

Каждая позиция, занятая двоичной цифрой, называется бит. Бит является наименьшей единицей информации в ЭВМ. Наименьшим значащим битом

35

(МЗР) называют самый младший двоичный разряд, а самым старшим двоичным разрядом - наибольший значащий бит (СЗР). В двоичном числе эти биты имеют, соответственно, наименьший и наибольший вес. Обычно двоичное число записывают так, что старший значащий бит является крайним слева.

2.2.1. Преобразование двоичных чисел в десятичные Для преобразования двоичных чисел в десятичные необходимо сложить

десятичные веса всех разрядов двоичного числа, в которых содержатся единицы.

Пример:

Преобразуем целое двоичное число 11001100(2) в десятичное:

1 1 0 0 1 1 0 0

Преобразование вещественного двоичного числа 101.011(2) будет выглядеть следующим образом:

1 0 1 . 0 1 1

Если преобразуемое число большое, то операцию перевода удобнее делать отдельно для целой и дробной частей.

36

2.2.2. Преобразование десятичных чисел в двоичные При работе с ЭВМ, особенно с микропроцессорами, очень часто приходится выполнять преобразование десятичных чисел в двоичные.

Для преобразования целого десятичного числа в двоичное необходимо разделить его на основание новой системы счисления (S=2). Полученное частное снова делится на основание новой системы счисления, до тех пор, пока частное, полученное в результате очередного деления, не будет меньше основания новой системы счисления. Последнее частное (являющееся старшим значащим разрядом) и все полученные остатки от деления составляют число в новой системе счисления.

Проиллюстрируем преобразование на примере. Пример:

Перевести целое десятичное число 10(10) в двоичное число.

СЗР

Если процедуру перевода выполняет человек, то последний шаг получения частного, равного нулю, никогда не делается. Если перевод выполняется ЭВМ, то он необходим. Таким образом, полный вариант преобразования 10(10) будет иметь следующий вид:

Пример:

Десятичное число 57(10) преобразовать в двоичное число.

37

1 СЗР

Для перевода дробных чисел (или дробных частей вещественных чисел) требуется другая процедура преобразования. Рассмотрим ее на примере. Пример:

Десятичное число 0.375(10) преобразовать в двоичное число.

1.Умножим дробь на основание новой системы счисления S = 2:

2*0.375 = 0.75.

2.Если результат умножения меньше единицы, то СЗР присваивают значение 0. Если - больше единицы, то присваивают значение 1. Поскольку 0.75<1, то СЗР=0.

3.Результат предыдущей операции вновь умножаем на основание новой системы счисления 2. Если бы он был больше единицы, то в этой операции умножения участвовала бы только его дробная часть. В данном случае: 2*0.75=1.5.

4.Поскольку 1.5>1, то ближайшему разряду справа от СЗР присваивается значение один, а следующая операция умножения производится только над дробной частью числа 1.5, т.е. над числом

0.5: 2*0.5=1.

5.Шаги описанной процедуры повторяются до тех пор, пока либо результат умножения не будет точно равен 1 (как в рассматриваемом примере), либо не будет достигнута требуемая точность.

Таким образом, 0.375(10) = 0.011(2) .

Если в результате умножения на основание новой системы счисления S=2 результат не равен единице, операцию останавливают при достижении необходимой точности, а целую часть результата последней операции умножения используют в качестве значения МЗР.

Пример:

Десятичное число 0.34375(10) преобразовать в двоичное число.

38

Таким образом, 0.34375(10) = 0.01011(2)

Пример:

Десятичное число 0.3(10) преобразовать в двоичное число.

Далее будут следовать повторяющиеся группы операций и результатов. Поэтому ограничимся восемью разрядами, т.е. 0.3(10) = 0.01001100(2).

Из рассмотренных выше примеров видно, что если десятичное число дробное, то его преобразование в двоичное должно выполняться отдельно над его целой и дробной частью.

Следует иметь ввиду, что рассмотренные процедуры перевода целых и дробных чисел из десятичных в двоичные и обратно являются общими для перевода чисел в любых позиционных системах счисления (т.е. целое число делится на основание системы счисления, в которую число переводится, а правильная дробь умножается). Притом надо помнить, что при выполнении переводов чисел из одной системы счисления в другую, все необходимые арифметические действия выполняются в той системе счисления, в которой записано переводимое число.

2.2.3. Двоично-десятичная система счисления

Эта система имеет основание S=10, но каждая цифра изображается четырехразрядным двоичным числом, называемым тетрадой. Обычно данная

39