Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети

Кодирование звука Из курса физики вам известно, что звук - это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой - аналоговый - сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел. Поступим следующим образом. Будем измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его - аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование (для него служит цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал. Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований, предъявляемых к его качеству и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые компромиссные значения. Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. Но бывают случаи, когда выгодней действовать по-иному. Человек издавна использует довольно компактный способ представления музыки - нотную запись. В ней специальными символами указывается, какой высоты звук, на каком инструменте и как сыграть. Фактически, ее можно считать алгоритмом для музыканта, записанным на особом формальном языке. В 1983 г. ведущие производители компьютеров и музыкальных синтезаторов разработали стандарт, определивший такую систему кодов. Он получил название MIDI. Конечно, такая система кодирования позволяет записать далеко не всякий звук, она годится только для инструментальной музыки. Но есть у нее и неоспоримые преимущества: чрезвычайно компактная запись, естественность для музыканта (практически любой MIDI-редактор позволяет работать с музыкой в виде обычных нот), легкость замены инструментов, изменения темпа и тональности мелодии. Заметим, что существуют и другие, чисто компьютерные, форматы записи музыки. Среди них следует отметить формат MP3, позволяющий с очень большим качеством и степенью сжатия кодировать музыку. При этом вместо 18-20 музыкальных композиций на стандартный компакт-диск (CDROM) помещается около 200. Одна песня занимает примерно 3,5 Mb, что позволяет пользователям сети Интернет легко обмениваться музыкальными композициями. Типы данных Основными типами данных в вычислительной технике являются: бит, байт и слово. Компьютеры работают в основном с байтами, которые являются основной операционной единицей компьютерных данных. Машинное слово (слово) технический термин, означающий 16 бит или 2 байта одновременно. Двойное слово – 4 байта, расширенное слово – 8 байт. Старший бит (15) Бит Младший бит (0) 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Байт Байт С Л О В О Для представления данных существует три основных формата: двоичный с фиксированной запятой; двоичный с плавающей запятой; двоично-кодированный десятичный (BCD). Если надо закодировать целое число со знаком, то старший бит регистра (ячейки памяти) используется для хранения знака (0 при положительном знаке числа и 1 при отрицательном) – формат с фиксированной запятой. Знак числа 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Цифры числа Исходные возможности компьютера позволяют ему работать только с целыми числами, к тому же не самыми большими. Даже в случае 2х байтового слова, мы можем записать максимальное число 65536, учитывая необходимость отображения, как положительных чисел, так и отрицательных получаем только половину всех числовых значений. Способы представления чисел и программное обеспечение позволяют значительно расширить возможности компьютера. Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму: 3,1415926 = 0,31415926 * 101 500 000 = 0,5 * 106 123 456 789 = 0,1 * 1010 Первая часть числа называется мантиссой - М, а вторая – порядком q Для того чтобы оперировать дробными числами или числами очень большой длины, используется понятие плавающей запятой. Плавающая запятая действует по принципу экспоненциального формата – числа вида ­­­­ ­-+M *q+p 15 14 13 8 7 0 Знак числа (мантиссы) Знак порядка Модуль Модуль мантиссы порядка Необходимо отметить что, вычисления с целыми числами выполняются очень быстро, в то время как вычисления с плавающей запятой в сотни раз медленнее. Для реализации скоростных вычислений с плавающей запятой применяются числовые сопроцессоры (FPU – floating point unit). Данные в нем хранятся в 80-ти разрядных регистрах. В двоично-кодированном десятичном формате каждая десятичная цифра представляется в виде 4-х битного двоичного эквивалента. Существует две основные разновидности этого формата: упакованный и неупакованный. В упакованном BCD-формате цепочка десятичных цифр хранится в виде последовательности 4-х битовых групп. В неупакованном формате каждая десятичная цифра находится в младшей тетраде байта, а содержимое старшей тетрады определяется используемой ЭВМ конкретной системой кодирования, и в данном случае несущественно. Аналогичным образом (в виде двоичных чисел) кодируются команды – инструкции на выполнение каких-либо операций со словами данных. Например, трехадресная команда в двухбайтовом формате будет выглядеть следующим образом: 15 12 11 8 7 4 3 0 Код операции Адрес 1-го Адрес 2-го Адрес операнда операнда результата Кроме этого, данные бывают в виде строк – непрерывная последовательность бит или байт, символьные данные, поддерживаемые кодом ASCII и данные типа указатель. Более подробно мы с ними познакомимся после изучения архитектуры компьютера.

Похожие:

	Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов...		Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной... Целью настоящего курса является дать понятие о микропроцессорах и однокристальных микро-эвм, области их применения, дать основы функционирования...
	Программа разработана в соответствии с: Федеральному Государственному... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов для направления 230100. 68...		Программа дисциплины «История России» для направления 230100. 62... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, и студентов направления подготовки «Информатика и вычислительная...
	Рабочая программа дисциплины интерфейсы средств вычислительной техники... Целью дисциплины является изучение принципов взаимодействия устройств, входящих в состав систем		Программа дисциплины «Сети ЭВМ и телекоммуникации» для специальности...
	«архитектура ЭВМ и систем» Новосибирск сгга содержание Эвм различных классов; параллельные системы понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах; матричные и ассоциативные...		Программа дисциплины «Системы управления, ориентации и навигации»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки специальности...
	Рабочая программа дисциплины «Сети ЭВМ и телекоммуникации» Перевозник Ю. Я. Рабочая программа дисциплины «Сети ЭВМ и телекоммуникации» по специальности 230101. 65 Вычислительные машины, комплексы,...		Программа дисциплины «Навигационные системы» для специальности... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки специальности...
	Конспект лекций Рыбинск 2010 Гос впо по специальности 230101. 65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети, утвержденный Министерством образования РФ «27»...		Рабочая программа дисциплины системы и сети пакетной коммутации (сспк)... Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины «Системы и сети пакетной коммутации» студентам заочной сокращенной формы...
	Рабочая программа дисциплины «История россии» «Учебно-методический портал кафедры вт». Ниже приводятся аннотации всех рабочих программ направления «Информатика и вычислительная...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания предназначены для студентов специальностей ”эвм и системы“, “Автоматизированные системы обработки информации...
	Программа дисциплины «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем» Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 230100. 62 "Информатика...		Программа дисциплины «Лазерная гироскопия» для специальности 230100.... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки специальности...