Тема 1.2 Меры и единицы представления, измерения и хранения информации

Единицы представления данных

Существует множество систем представления данных. С одной из них, принятой в информатике и вычислительной технике, двоичным кодом, мы познакомились выше. Наименьшей единицей такого представления является бит (двоичный разряд).

Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или иные данные, образует некий битовый рисунок. Практика показывает, что с битовым представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму. В настоящее время в качестве таких форм используются группы из восьми битов, которые называются байтами.

Понятие о байте как группе взаимосвязанных битов появилось вместе с первыми образцами электронной вычислительной техники. Долгое время оно было машиннозависимым, то есть для разных вычислительных машин длина байта была разной. Только в конце 60-х годов понятие байта стало универсальным и машиннонезависимым.

Во многих случаях целесообразно использовать не восьмиразрядное кодирование, а 16-разрядное, 24-разрядное, 32-разрядное и более. Группа из 32 взаимосвязанных бит (четырех взаимосвязанных байтов) называется словом. Соответственно, группы из двух взаимосвязанных байтов (16 разрядов) называются полусловом, а группы из восьми байтов (64 разряда) – удвоенным словом. На сегодняшний день, такой системы обозначения достаточно.

Единицы измерения данных

Существует много различных систем и единиц измерения данных. Каждая научная дисциплина и каждая область человеческой деятельности может использовать свои, наиболее удобные или традиционно устоявшиеся единицы. В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы данных имеют универсальное двоичное представление и потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.

Наименьшей единицей измерения является байт. Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объему в символах.

Более крупная единица измерения – килобайт (Кбайт). Условно можно считать, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Условность связана с тем, что для вычислитель­ной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел в виде степени двойки и потому на самом деле 1 Кбайт равен 2¹⁰ байт (1024 байт). Однако всюду, где это не принципиально, с инженерной погрешностью (до 3 %) «забывают» о «лишних» байтах.

В килобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Условно можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.

· 1 Кбайт = 1024 байт = 2¹⁰ байт ≈ 10³ байт.

· 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 2¹⁰ Кбайт = 2²⁰ байт = 1.048.576 байт ≈ 10⁶ байт.

· 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 2¹⁰ Мбайт = 2³⁰ байт = 1.073.741.824 байт ≈ 10⁹ байт.

· 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 2¹⁰ Гбайт = 2⁴⁰ байт = 1.099.511.627.776 байт ≈ 10¹² байт.

· 1 Пбайт = 1024 Тбайт = 2¹⁰ Тбайт = 2⁵⁰ байт = 1.125.899.906.842.624 байт ≈ 10¹⁵ байт.

Таким образом, например, минимальный объем видеопамяти необходимый для LCD-монитора с разрешением 1280´1024 dpi в режиме цветопередачи True Color (32 бита) составит:

1280´1024´32 бит = 41.943.040 бит = 5.242.880 байт = 5.120 Кбайт = 5 Мбайт.

Единицы хранения данных

При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом, как мы уже знаем, образуется «паразитная нагрузка» в виде адресных данных. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру.

Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

Проще всего представить себе файл в виде безразмерного канцелярского досье, в которое можно по желанию добавлять содержимое или извлекать его оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл),и файл, имеющий любое число байтов.

В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно, поскольку по имени файла они могут автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла.

Понятие о файловой структуре

Требование уникальности имени файла очевидно – без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически – создать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, не может ни пользователь, ни автоматика.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога-1>\...\<имя каталога-N>\<собственное имя файла>

Пример записи двух файлов, имеющих одинаковое собственное имя и размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть полным именем:

· С:\Windows\Temp\document.doc.

· С:\Documents and Settings\All Users\Документы\document.doc.

Тема 1.3 Системы счисления

Система счисления (СС) – система приемов и правил, которые позволяют устанавливать взаимно однозначное соответствие между любым числом и его представлением в виде совокупности конечного числа символов.

В зависимости от способа изображения чисел с помощью цифр системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах любое число определяется как некоторая функция от численных значений совокупности цифр, которые представляют это число. Цифры в непозиционных системах исчисления отвечают некоторым фиксированным числам. Пример непозиционной системы – римская система исчисления.

В электронных цифровых устройствах применяются позиционные системы счисления. Позиционной системой счисления называется потому, что значение каждой входящей в число цифры зависит от ее положения в записи числа.

Любая позиционная СС с основанием q может быть представлена в виде полинома:

A _(q) = r_nqⁿ + r_{n –1} q^{n –1} + r_{n –2} q^{n –2} + … + r ₁ q ¹ + r ₀ q ⁰ + r _–1 q ^–1 + …,

где A – число в позиционной СС с основанием q; r_i – коэффициент; n – степень и индекс.

Позиционные СС бывают различными в зависимости от основания:

1) Десятичная с основанием 10

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

236₁₀ = 2∙10² + 3∙10¹ + 6∙10⁰

2) Восьмеричные с основанием 8

[0 1 2 3 4 5 6 7]

236₈ = 2∙8² + 3∙8¹ + 6∙8⁰ = 158₁₀

3) Шестнадцатеричная с основанием 16

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F]

2АF₁₆ = 2∙16² + A∙16¹ + F∙16⁰ = 2∙16² + 10∙16¹ + 15∙16⁰ = 687₁₀

4) Двоичная с основанием 2

[0 1]

1011₂ = 1∙2³ +0∙2² + 1∙2¹ + 1∙2⁰ = 11₁₀

Таблица 1.3.1 – Методы перевода целых и дробных чисел в десятичную СС

Таблица 1.3.2 – Методы перевода целых и дробных чисел из десятичной СС

Для перевода чисел из одной СС в другую удобно использовать промежуточное преобразование числа в двоичную СС.

Таблица 1.3.3 – Методы перевода целых чисел из одной СС в другую СС

Двоичная арифметика

Арифметические действия над двоичными числами выполняются следующим образом:

Сложение двух многоразрядных двоичных чисел проводится поразрядно с учетом единиц переполнения от предшествующих разрядов:

Вычитание многоразрядных двоичных чисел, аналогично сложению, начинается из младших разрядов. Если занять единицу в старшем разряде, образуются две единицы в младшем разряде:

Умножение представляет собой многоразовое сложение промежуточных сумм и сдвиги:

Процесс деления состоит из операций вычитания, которые повторяются:

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: