Элементная база вычислительных систем и сетей

Download Report

Transcript Элементная база вычислительных систем и сетей

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Система счисления

—

это способ наименования и изображения чисел с помощью ограниченного набора символов, имеющих определенные количественные значения.

Позиционные и непозиционные системы счисления

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Позиционная система счисления

a m

 1

P m

 1 

a m

 2

P m

 2   

a

0

P

0 

a

 1

P

 1 

a

 2

P

 2   

a

s P

s

P основание системы счисления m количество цифр в целой части числа s количество цифр в дробной части

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Позиционная система счисления

Максимальное целое число, которое может быть представлено в

m

разрядах:

N

max 

P m

 1

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Позиционная система счисления

Минимальное значащее (не равное 0) число, которое можно записать в

s

разряд дробной части:

N

min 

P

s

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Перевод целых чисел из десятичной системы счисления в двоичную:

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Перевод целых чисел из десятичной системы счисления в двоичную, восьмеричную, шестнадцатиричную: 53:2=(1)26:2=(0)13:2=(1)6:2=(0)3:2=(1)1 110101 2 = 1*32+1*16+0*8+1*4+0*2+1*1 53:8=(5)6, 65 8 =6*8+5 53:16=(5)3, 35 16 =3*16+5

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Перевод дробных чисел : 0,625*2=(1)250*2=(0)500*2=(1)000, 0,101 2 0,625*8=(5)000, 0,5 8 0,625*16=(10)000, 0,А 16

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Перевод из 2-ной в 8-ную и наоборот, из 2-ной в 16-ную и наоборот, из 8 ной в 16-ную и обратно : При переводе в 8-ную систему или из нее необходимо группировать в тройки биты При переводе в 16-ную или из нее – группировать их в четверки битов.

Можно добавлять, если нужно, незначащие нули (слева от целой части и справа от мантиссы) или отбрасывать их.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Перевод из 2-ной в 8-ную и наоборот, из 2-ной в 16-ную и наоборот, из 8 ной в 16-ную и обратно : При переводе в 8-ную систему или из нее необходимо группировать в тройки биты При переводе в 16-ную или из нее – группировать их в четверки битов.

Можно добавлять, если нужно, незначащие нули (слева от целой части и справа от мантиссы) или отбрасывать их.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Из 2-ной системы в 8-ную (двоично-восьмеричное изображение):

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

из 8-ной системы в 2–ную (восьмерично-двоичное изображение):

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

из 2-ной системы в 16-ную (двоично-шестнадцатеричное изображение):

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

из 16-ной системы в 2-ную (шестнадцатерично-двоичное изображение):

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных

Каждому сопоставляется символу определенное алфавита целое число (например, порядковый номер).

Восемь двоичных разрядов кодирование 256 различных символов (все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, общепринятые символы специальные основных арифметических действий и некоторые символы, например символ §).

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных

Технически - очень просто, однако -

веские организационные сложности

техники .

В первые годы развития вычислительной

отсутствие необходимых стандартов

В настоящее одновременно действующих и противоречивых

стандартов

.

время кодировал текстовые данные, нужны

Единые таблицы кодирования изобилие

Для того чтобы весь мир одинаково (это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера)

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных ASCII

Институт стандартизации США (ANSI -

National Standard Institute

)

American

ввел в действие систему кодирования

ASCII

(

American Standard Code for Information Interchange

стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены

две таблицы кодирования

базовая и расширенная.

Базовая

таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а

расширенная

относится к символам с номерами от 128 до 255.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных Первые аппаратных устройств).

32 кода средств (в базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям первую очередь производителям компьютеров и печатающих Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных Таблица кодов ASCII

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных Система кодирования КОИ-7

(код обмена информацией, семизначный).

Американский

код

кодирования, определяющая

ASCII

уровень международного стандарта, и Национальные систем кодирования - вторая, расширенная часть системы

значения кодов со 128 по 255

.

Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать

устаревших три действующих стандарта кодировки и еще два

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных

КОИ-8

восьмизначный).

Ее (код обмена информацией, происхождение относится ко временам Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ-8 имеет

в компьютерных сетях на территории России и в

действия

широкое распространение российском

Совета

секторе Интернета

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных

Кодировка символов русского языка

Windows-1251 компанией Microsoft

Эта была введена "извне" кодировка используется на большинстве работающих на локальных компьютеров,

платформе Windows

.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных Кодовая таблица Windows (CP-1251)

Верхняя половина кодовой таблицы совпадает с таблицей ASCII

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных Альтернативная кодовая таблица (СР866)

Верхняя половина кодовой таблицы совпадает с таблицей ASCII

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование текстовых данных

Восемь двоичных разрядов - кодирование всего лишь 256 различных символов – ограничение.

Система, основанная на

16 разрядном кодировании символов

, получила название

универсальной - UNICODE

.

Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить

уникальные коды для 65 536 различных символов

этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

(все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее)

Кодирование текстовых данных UNICODE

16 - 65536

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных

Два основных способа кодирования информации: векторный и растровый.

Векторный

простых геометрических фигур

Растр

кодирование всех точек строки и строк кадра.

– графической рисунок - комбинация последовательное

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных Растр

– последовательное кодирование всех точек строки и строк кадра Построчная развертка

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование цветных изображений RGB

Цвет и его модели

CMYK HSB

L*a*b

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование цветных изображений

Принцип декомпозиции

RGB – система

R(red) Красный G(green) Зеленый B(blue) – Синий (8 бит –каждый цвет 24бита – цвет каждой точки, однозначное определение более16,5 млн. различных цветов )

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных CMYK – система

C (cyan) Голубой M (magenta) Пурпурный Y (yellow) Желтый K (black) черный

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных

Модель HSB

Применима и для аддитивных, и для субстративных цветов.

HSB — это трехканальная модель цвета.

цветовой тон (hue), насыщенность (saturation), яркость (brightness).

Цветовой тон Насыщенность Яркость

характеризуется положением на цветовом круге и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов. (процент добавления к цвету белой краски) — это параметр цвета, определяющий его чистоту (процент добавления черной краски) — это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Кодирование графических данных

L*a*b — трехканальная цветовая модель.

светлота (L)

Два хроматических компонента:

- a

изменяется в диапазоне от зеленого до красного.

- b

изменяется в диапазоне от синего до желтого

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

X

1 

X i

X n

ЭВМ

Y

1 

Y j

Y m y j

f

x

1 ,...

x n

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Правила сложения двоичных цифр Машинные коды:

• • • •

Прямой код Обратный код Дополнительный код Модифицированные обратные и дополнительные коды

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Булева алгебра Утверждения

.T.

ИСТИНА

, 1 .F.

ЛОЖЬ

, 0 .

T .

 .F.

.

F .

 .T.

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Булева алгебра

.T.

 .T.

 .T.

.F.

 .F.

 .F.

.T.

 .T.

 .T.

.F.

 .F.

 .F.

.T.

 .F.

 .T.

.T.

 .F.

 .F.

x x  x x x x  x x    x x  x x   x  x  x x  1  0

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Булева алгебра

X X

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Булева алгебра

X Y X Y x x   y y   x x   y y x  y  x  y 

желтый Зел + желт + кр

x y  x y

З + кр

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Количество функций N от n аргументов

n

 0

N

 2 2

n

y

0  0

y

1  1

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Таблица функций от одной переменной

X

0

Y

j

1

n

 1

Y

0 0 0

Y

1 1 1

N

 4

Y

2 0 1

Y

3 1 0

y

0  0

y

1  1

y

2 

x

повторитель

y

3 

x

инвертор

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Таблица функций от двух переменных

y

4 

x

1 

x

2 Логическое сложение, дизъюнкция

X

1

X

2

Y

j

n

 2

00 01 10 11

N

 16 …

Y

4 0 1 1 1

Y

5 1 0 0 0

Y

6 0 0 0 1

Y

7 1 1 1 0

Y

8

Y

9 … 1 0 0 1 0 1 1 0 Логическая равнозначность

y

5 

y

4 

x

1 

x

2

y

6 

x

1 

x

2

y

7 

y

6 

x

1 

x

2

y

8 

x

1 

x

2 

x

1 

x

2 Стрелка Пирса Логическое умножение, конъюнкция Отрицание конъюнкции Штрих Шеффера Исключающее ИЛИ (сложение по модулю 2)

y

9 

y

8 

x

1 

x

2 

x

1 

x

2

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Законы алгебры логики Простейшие свойства

x

 1  1

x

x

 1

x

 0 

x

x

x x x

 0  0

x

 1 

x x

x

 0

x

x

x x

x

  

x

x x

x

  

x

x

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Законы алгебры логики Коммутатив ный

(

переместит ельный

)

x

1 

x

2 

x

2 

x

1

x

1 

x

2 

x

2 

x

1

Ассоциатив ный

(

сочетатель ный

) 

x

1 

x

1  

x

2

x

2  

x

3   

x

3 

x

1  

x

1

x

3    

x

2

x

2  

x

1

x

3   

x

2 

x

3 

Дистрибути вный

(

распредели тельный

)

x

1

x

1   

x

2

x

2  

x

3

x

3    

x

1

x

1  

x

2

x

2 

x

1 

x

1  

x

3

x

3 

x

1 

x

1 

x

2 

Закон поглощения

x

1

x

1  

x

1 

x

2  

x

1

x

1

x

2 

x

1

x

2 

Fx

F x

x

1

F

Законы склеивания

x

1 

x

 

x

2

F

  

x

1 

x

 

x

2

F

   

x

1

F x

x F

x

F

Закон свертки

x

x

F

 

xF

Правило д е Моргана

x

1 

x

2 

x

1 

x

2

x

1 

x

2 

x

1 

x

2

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ

Таблица истинности функции

Y=f(x

1

, x 2 , x 3 ) x

1 0 0 1 1 0 0 1

x

2 0 0 0 1 1 1 0

x

3 0 1 1 0 0 1 0

Y

1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1

y

x

1

x

2

x

3 

x

1

x

2

x

3 

x

1

x

2

x

3 

x

1

x

2

x

3 

x

1

x

2

x

3 

x

1

x

2

x

3

Элементная база вычислительных систем и сетей Арифметические и логические основы ЭВМ Аналитический метод

– метод Квайна – МакКласки

Таблично-графический метод

диаграммы Вейча

x

1

x

1

x

2

x

3 Диаграмма Вейча функции

y x

2

x

2

x

1

x

2

x

3 *

x

1

x

2

x

3 *

x

1

x

2

x

3 *

x

1

x

1

x

2

x

3 *

x

1

x

2

x

3 *

x

1

x

2

x

3

x

1

x

2

x

3 *

x

3

x

3

x

3

y

x

1

x

2 

x

2

x

3 

x

1

x

3 

x

1

x

2 

x

2

x

3 

x

1

x

3

y

2

y

3

y

5   

x x

1 1

x x x

1

x

3 2 2 

x

2

x

3  

x

1

x

3  

x

1

x

2 

x x

1 1

x x x

1

x

2 3 2   

x x

1 1

x x x

1

x

2 3 3

y y

4 1  

x

1

x

2

x

1

x

3  

x

1

x

3

x

2

x

3  

x

2

x

3

x

1

x

2