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Almacenamiento de datos en la memoria de la computadora. Organización de datos en una computadora Conceptos básicos de la organización del almacenamiento de información en una computadora

El procesador central tiene acceso a los datos en la RAM. La computadora comienza a trabajar con los programas de usuario después de que los datos se leen desde la memoria externa a la RAM.

La RAM funciona sincrónicamente con el procesador central y tiene un tiempo de acceso corto. La RAM almacena datos solo cuando está encendida. Apagar la alimentación conduce a una pérdida irreversible de datos, por lo tanto, se recomienda a un usuario que trabaja con grandes cantidades de datos durante mucho tiempo que guarde periódicamente los resultados intermedios en un medio externo.

RAM

Funciones de memoria

1) recibir información de otros dispositivos;

2) memorización de información;

3) transmisión de información previa solicitud a otros dispositivos de la máquina.

Periféricos

Las funciones de los dispositivos periféricos incluyen la entrada y salida de información.

Cada dispositivo tiene un conjunto de características que le permiten elegir la configuración de dispositivos más adecuada para resolver una determinada gama de tareas utilizando una computadora.

El propósito principal de los dispositivos periféricos.

Asegurar el ingreso al PC desde el entorno de programas y datos para su procesamiento, así como la emisión de los resultados del PC en una forma adecuada para la percepción humana o para su transferencia a otra computadora, o en cualquier otra forma necesaria.

Periféricos se puede dividir en varios grupos por propósito funcional:

1. Dispositivos de entrada-salida- diseñado para ingresar información en una PC, enviarla en un formato requerido por el operador o intercambiar información con otras PC. Este tipo de PU incluye unidades externas, módems.

2. Dispositivos de salida- diseñado para mostrar información en el formato requerido por el operador. Este tipo de dispositivo periférico incluye: impresora, monitor, sistema de audio.

3. Los dispositivos de entrada- Los dispositivos de entrada son dispositivos a través de los cuales se puede ingresar información en una computadora. Su objetivo principal es implementar el impacto en la máquina. Este tipo de dispositivo periférico incluye: teclado, escáner, tableta gráfica, etc.

4. PU adicional- como el manipulador de "mouse", que solo proporciona un control conveniente de la interfaz gráfica de los sistemas operativos de PC y no tiene funciones pronunciadas aporte ya sea mostrando información; Cámaras WEB que facilitan la transmisión de información de video y audio en Internet, o entre otras PC. Este último, sin embargo, se puede atribuir a dispositivos aporte, gracias a la capacidad de guardar información de fotos, video y audio en medios magnéticos o magneto-ópticos.

Código binario

La información siempre tiene la forma de un mensaje y el mensaje está codificado con uno u otro conjunto de caracteres, símbolos, números. Desde un punto de vista técnico, lo más conveniente y eficiente es utilizar un código binario, es decir, un conjunto de caracteres, un alfabeto formado por un par de números (0,1). Dado que el código binario se utiliza para almacenar información en las computadoras, también se denomina código de máquina.

Los números 0 y 1 que componen el conjunto (0,1) suelen denominarse números binarios porque se utilizan como alfabeto en el llamado sistema numérico binario. El sistema numérico es un conjunto de reglas y técnicas para nombrar y escribir números, así como para obtener el valor de los números a partir de los símbolos que los representan. El número de caracteres del alfabeto del sistema numérico suele reflejarse en su nombre: binario, ternario, octal, decimal, hexadecimal, etc. En general, se pueden considerar sistemas numéricos con cualquier número de caracteres en el alfabeto. Actualmente, el sistema de numeración decimal generalmente aceptado es el árabe, cuyo alfabeto consta de diez dígitos (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9). Sin embargo, para su uso en una computadora, el sistema decimal es demasiado complicado, ya que para su aplicación es necesario seleccionar métodos técnicos de visualización de diez números diferentes. Desde el punto de vista de la implementación técnica de una computadora, es mucho más fácil trabajar con solo dos dígitos del sistema binario (0,1).

El dispositivo de memoria elemental de una computadora, que se usa para mostrar un dígito binario, se llama dígito binario o bit.

La profundidad de bits interna del procesador determina cuántos bits puede procesar simultáneamente al realizar operaciones aritméticas.

La profundidad de bits externa del procesador determina cuántos bits puede recibir o transmitir simultáneamente a dispositivos externos.

Literatura

1. A.V. Mogilev, N.I. Pak, E.K. Henner. Ciencias de la Computación. M., 2000.

2. A. Ya. Saveliev. Fundamentos de la informática. M., 2001.

3. Artículos de revistas Compas para 2007.

4. Ciencias de la Computación: Curso Básico, 2ª Edición. Editorial "Peter", 2005

3.1 Presentación de datos en una computadora

Al realizar cálculos matemáticos, los números dentro de una computadora se pueden representar utilizando formas de notación naturales y normales.

Un ejemplo de notación natural es 456,43. Para registrar tal número, la palabra de máquina (operando) se divide en dos campos fijos (partes). El primer campo está reservado para registrar la parte entera del número y el segundo, para registrar la parte fraccionaria del número. El bit más significativo se utiliza para indicar el signo del número.

En informática, se acostumbra separar la parte entera de un número de la parte fraccionaria con un punto. Dado que en este caso la posición del punto entre el número entero y la parte fraccionaria está claramente definida, tal representación de números se denomina representación con punto fijo... A continuación en la Fig. 3.1 muestra una palabra de máquina con una longitud de 16 bits (2 bytes).

Palabra de máquina es una unidad estructural de información informática. Con la ayuda de palabras de máquina, se escriben números, símbolos y comandos. En las computadoras modernas, la longitud de las palabras de máquina es de 32 ... 128 bits. Físicamente, cada bit de una palabra de máquina es un elemento de memoria separado (activador o capacitor de almacenamiento).

Arroz. 3.2. Representación entera

La forma normal de escribir un número es la siguiente:

donde m - mantisa números; pag - pedido; D - base sistema de numeración.

El orden indica la ubicación en el número del punto que separa el entero de la parte fraccionaria del número. Dependiendo del orden, el punto se mueve (flota) a lo largo de la mantisa. Esta forma de representación de números se llama la forma con punto flotante... Arroz. 3.3 ilustra la forma de un número de coma flotante utilizando una palabra de máquina de 32 bits como ejemplo.

Por ejemplo, sea m = 0.3, d = 10, y el orden será diferente:

0,3 · 10 -1 = 0,03; 0,3 · 10 -2 = 0,003; 0,3 · 10 2 = 30; 0,3 · 10 3 = 300.

En el ejemplo dado, se puede ver que debido al cambio en el orden, el punto se mueve (flota) a lo largo de la mantisa. Además, si el orden es negativo, el punto se desplaza a lo largo de la mantisa hacia la izquierda, y si es positivo, hacia la derecha.

…

Arroz. 3.3. Representación de punto flotante

En este caso, la palabra máquina se divide en dos campos principales. En un campo se escribe la mantisa del número, en el segundo se indica el orden del número. El rango de números de coma flotante es significativamente mayor que el rango de números de coma fija. Sin embargo, la velocidad de las computadoras cuando procesan números de punto flotante es mucho menor que cuando procesan números de punto fijo.

3.2 Representación de comandos en una computadora

El programa informático consta de una secuencia de comandos.

Debajo equipo Se entiende como información que proporciona la generación de señales de control generadas en el dispositivo de control del procesador para que la máquina realice una determinada acción.

El campo de comando consta de dos partes: sala de operaciones y dirigido... En la parte operativa se indica el código de operación (CPC). El código determina la acción que debe realizar la computadora (aritmética - suma, resta, lógica - inversión, etc.).

La parte de dirección del comando contiene las direcciones de los operandos (números o símbolos) involucrados en la operación. Debajo Dirección significa el número de la celda RAM o ROM donde se registra la información necesaria para ejecutar el comando.

Por lo tanto, la computadora (más precisamente, el procesador) realiza una acción, que está determinada por el código de operación, sobre los datos, cuya ubicación se indica en la parte de dirección del comando.

El número de direcciones especificadas en el comando puede ser diferente. Dependiendo del número de direcciones, se distinguen los siguientes formatos de comando: una, dos y tres direcciones. También hay comandos sin dirección. En la Fig. 3.4 muestra la estructura de los distintos comandos.

CPC	A1
CPC	A1	A2
CPC	A1	A2	A3

Dirección operativa parte del comando

parte del equipo

Arroz. 3.4. Estructura de equipo

Comando de tres direcciones que realiza, por ejemplo, una operación de suma, debe contener un código de operación de suma y tres direcciones.

Las acciones realizadas por este comando se describen en la siguiente secuencia de operaciones.

1. Tome el número almacenado en la primera dirección A1.

2. Tome el número almacenado en la segunda dirección A2 y agréguelo al primer número.

3. Registre el resultado de la adición a la tercera dirección A3.

En el caso de un comando de dos direcciones, la tercera dirección está ausente y el resultado puede escribirse en la segunda dirección (con la pérdida de información que se escribió allí) o dejarse en el registro sumador donde se realizó la operación de suma. realizado. Luego, para liberar el registro sumador, se requiere un comando adicional para reescribir el número en la dirección requerida. Al organizar la suma de dos números almacenados en las direcciones A1 y A2 con el registro del resultado en A3 usando comandos de unidifusión, ya se requieren tres comandos.

1. Llame al sumador (ALU) del número almacenado en la dirección A1.

2. Llame al número almacenado en A2 y agréguelo al primer número.

3. Registrar el resultado en A3.

Por lo tanto, cuantas menos direcciones contenga un comando, más comandos se requieren para componer el mismo programa de máquina.

Al aumentar el número de direcciones en un comando, es necesario aumentar la longitud de la palabra de la máquina para asignar los campos necesarios para la parte de dirección de los comandos. Con un aumento en la cantidad de memoria de la computadora, aumenta la longitud del campo requerido para indicar una dirección. Al mismo tiempo, no todos los comandos hacen un uso completo de los campos de dirección. Por ejemplo, para que un comando escriba un número en una dirección determinada, solo se requiere un campo de dirección. Un aumento injustificado de la longitud de una palabra de máquina para el uso de comandos de multidifusión conduce a una disminución de la velocidad de la computadora, ya que los campos más largos deben procesarse.

Hay comandos sin dirección que contienen solo el código de operación, y los datos necesarios se colocan previamente en ciertos registros del procesador.

Las computadoras modernas ejecutan automáticamente varios cientos de comandos diferentes. Todos los comandos de la máquina se pueden dividir en grupos según los tipos de operaciones realizadas:

· Operaciones de transferencia de datos;

· Operaciones aritmeticas;

· Operaciones lógicas;

· Operaciones de acceso a dispositivos informáticos externos;

· Controlar las operaciones de transferencia;

· Servicio y operaciones auxiliares.

Al diseñar nuevos procesadores, los desarrolladores deben resolver la difícil tarea de elegir la longitud de la instrucción y determinar la lista de instrucciones requeridas (conjunto de instrucciones). Los requisitos de configuración de instrucciones en conflicto han llevado a la creación de procesadores con diferentes formatos de instrucción (arquitecturas CISC y RISC).

3.3 tabla de códigos

Tabla de codificación Es la representación interna (codificada) en la máquina de letras, números, símbolos y señales de control. Entonces, la letra latina A en la tabla de códigos está representada por el número decimal 65D (dentro de la computadora este número estará representado por el número binario 01000001B), la letra latina C - por el número 67D, la letra latina M - 77D, etc. Así, la palabra "SAMARA" escrita en mayúsculas latinas circulará dentro de la computadora en forma de números:

67D-65D-77D-65D-80D-65D.

Para ser más precisos, dentro de la computadora esta palabra se almacena y se usa en forma de números binarios:

01000011V-01000001V-01001101V-01000001V-0101000V-01000001V

Los dígitos (por ejemplo, 1 - 49D, 2 - 59D) y los símbolos (por ejemplo,! - 33D, + - 43D) se codifican de manera similar.

Junto con los caracteres alfanuméricos, las señales de control se codifican en la tabla de códigos. Por ejemplo, 13D hace que el cabezal de impresión de la impresora vuelva al comienzo de la línea actual, mientras que 10D mueve el papel cargado en la impresora una línea hacia adelante.

La tabla de códigos se puede representar no solo con el SS decimal, sino también con el SS hexadecimal. Nótese nuevamente que las señales que circulan dentro de la computadora están representadas en el sistema numérico binario, y en la tabla de códigos, para mayor legibilidad por parte del usuario, en SS decimal o hexadecimal.

Cada letra, número, signo de puntuación o señal de control se codifica en un número binario de ocho bits. Con un número de ocho bits (número de un byte), puede representar (codificar) 256 caracteres arbitrarios: letras, números y cualquier imagen gráfica.

En todo el mundo, se ha adoptado como estándar la tabla de códigos ASCII (Código estándar americano para el intercambio de información). La tabla ASCII regula (define estrictamente) exactamente la mitad de los caracteres posibles (letras latinas, números arábigos, signos de puntuación, señales de control). Los códigos de 0D a 127D se utilizan para codificarlos.

La segunda mitad de la tabla de códigos ASCII (con códigos de 128 a 255) no está definida por el estándar estadounidense y está destinada a acomodar símbolos de los alfabetos nacionales de otros países (en particular, cirílico - letras rusas), símbolos pseudográficos y algunos símbolos matemáticos. En diferentes países, en diferentes modelos de computadora, en diferentes sistemas operativos, se pueden usar diferentes versiones de la segunda mitad de la tabla de códigos (se llaman extensiones ASCII). Por ejemplo, la tabla utilizada en el sistema operativo MS-DOS se llama CP-866. Usando esta tabla para codificar la palabra "SAMARA" escrita en letras rusas, obtenemos los siguientes códigos:

145D-128D-140D-128D-144D-128D.

Cuando se trabaja en el sistema operativo Windows se utiliza la tabla de códigos CP-1251, en la cual la codificación de letras latinas coincide con la codificación de las tablas CP-866 y ASCII, y la segunda mitad de la tabla tiene su propio diseño (codificación ) de personajes. Por lo tanto, la palabra "SAMARA", escrita en mayúsculas en ruso, tendrá una representación diferente dentro de la computadora:

209D-192D-204D-192D-208D-192D.

Por lo tanto, una palabra aparentemente idéntica (por ejemplo, "SAMARA") dentro de una computadora se puede representar de diferentes maneras. Naturalmente, esto provoca ciertos inconvenientes. Cuando se trabaja en Internet, el texto nacional a veces se vuelve ilegible. La razón más probable en este caso es una falta de coincidencia en las codificaciones de la segunda mitad de las tablas de códigos.

Un inconveniente común de todas las tablas de códigos de un solo byte (utilizan números binarios de ocho bits para la codificación) es la falta de información en el código de caracteres que indique a la máquina qué tabla de códigos se usa en este caso.

Por la comunidad de empresas Unicode se ha propuesto como estándar otro sistema de codificación de caracteres. En este sistema, se utilizan dos bytes (16 bits) para representar (codificar) un carácter, y esto le permite incluir en el código del carácter información sobre a qué idioma pertenece el carácter y cómo debe mostrarse en una pantalla de monitor o en una impresora. Dos bytes le permiten codificar 65.536 caracteres. Es cierto que la cantidad de información ocupada por el mismo texto se duplicará. Pero los textos siempre serán "legibles" independientemente del idioma nacional y del sistema operativo utilizados.

3.4 Organización del almacenamiento de datos en discos magnéticos

3.4.1. Discos

Discos- dispositivos para el almacenamiento permanente de información. Cualquier computadora tiene una unidad de disco duro para leer y escribir en un disco magnético duro no extraíble (disco duro) y una unidad de disquete (o unidad) que se utiliza para leer y escribir en disquetes (disquetes). Además, puede haber unidades para trabajar con CD, discos magneto-ópticos, etc.

Cualquier disco duro o disco magneto-óptico se puede dividir en varias partes, que para el usuario se verán en la pantalla de la misma forma que los discos existentes físicamente. Estas partes se llaman unidades lógicas... Cada unidad lógica tiene un nombre (letra) mediante el cual se puede acceder a ella. Por lo tanto, una unidad lógica es parte de un disco duro normal que tiene su propio nombre. Por ejemplo, un disco duro de 3 GB se puede dividir en dos unidades lógicas: unidad C: de 2 GB y unidad D: de 1 GB.

El disco en el que está escrito el sistema operativo se llama sistémico(o arrancable) disco. El disco duro C: se utiliza con mayor frecuencia como disco de arranque.

En los sistemas operativos DOS y Windows, cada disco puede recibir adicionalmente nombres (etiqueta), que reflejan su contenido, por ejemplo: Sistema, Gráficos, Textos, Distribuciones, etc.

3.4.2. Archivos

La información de los discos (discos duros, disquetes, discos magnetoópticos, CD, etc.) se almacena en archivos.

Expediente Es un conjunto de datos interconectados, percibidos por una computadora en su conjunto, que tienen un nombre común, ubicados en un disco u otro medio de almacenamiento. Los archivos pueden almacenar textos de programas, documentos, programas listos para ejecutar, dibujos, etc.

Para que el sistema operativo y otros programas accedan a los archivos, los archivos deben tener un nombre. Esta designación se llama nombre del archivo. El nombre del archivo suele tener dos partes- el nombre en sí (en DOS, de 1 a 8 caracteres, en Windows - de 1 a 254 caracteres) y extensiones de hasta 3 caracteres. El nombre y la extensión están separados por un punto. A menudo, un nombre y una extensión se denominan colectivamente como nombre. Ejemplos de nombres de archivo:

vova.doc tetris.exe doc.arj config.sys

El nombre y la extensión pueden constar de letras latinas mayúsculas y minúsculas (también son posibles las letras rusas), números y símbolos, excepto los caracteres y símbolos de control \ /: *?< >; , + =. Las letras rusas en los nombres de los archivos deben usarse con precaución; algunos programas no "entienden" los nombres con letras rusas. Los nombres de archivo pueden incluir los caracteres "-" (guión), "_" (guión bajo), "$" (dólar), "#" (almohadilla), "&" (ampersand, tipográfico "y" en los países ingleses), " @ ”(“ Perro ”),“! ”,“% ”, Corchetes, comillas,“ ^ ”(“ mayúscula ”),“ '”(apóstrofo),“ ~ ”(tilde u“ onda ”).

La extensión del nombre de archivo es opcional. Por lo general, describe el contenido del archivo, por lo que usar la extensión es muy conveniente. Muchos programas establecen una extensión de nombre de archivo específica para que pueda saber qué programa creó el archivo. Además, muchos programas (por ejemplo, programas de shell) le permiten llamar al programa correspondiente por la extensión del nombre del archivo e inmediatamente cargar este archivo en él. Ejemplos de extensiones típicas:

com, exe - archivos ejecutables (listos para ejecutar programas); si selecciona un archivo con esta extensión y presiona la tecla Enter, el programa comenzará a funcionar inmediatamente;

bat - archivos de comando (por lotes);

txt, doc, wp, wri: archivos de texto (documentos). La extensión doc es dada a sus documentos por MS Word, wp - WordPerfect, wri - MS Write. Los archivos con la extensión txt generalmente contienen texto sin ningún tipo de decoración (solo texto, solo texto);

bak: la última versión del texto (copia de seguridad);

tif, pcx, bmp, pic, gif, jpg, cdr - archivos gráficos de diferentes formatos;

arj, zip, lzh, rar: archivos especialmente comprimidos (zip);

hlp: archivos de ayuda, consejos para varios programas;

drv, ega, vga, sys, dll y varios otros: utilidades y programas de controladores con los que una computadora aprende a trabajar con diferentes monitores, teclados, impresoras, ratones y a usar el idioma ruso. Estos programas no se ejecutan como archivos ejecutables;

ttf, fon, fnt, sfp, stl, xfr: fuentes para diferentes programas;

bas, c, pas, asm: contiene el texto de los programas en BASIC, C, Pascal, Assembler.

Puede haber archivos con otras extensiones.

La característica más importante de un archivo es su el tamaño... Se mide en bytes, KBytes, MBytes.

3.4.3. Carpetas

Los nombres de los archivos se registran en discos en directorios (o directorios). En Windows, los directorios se denominan carpetas.

Carpetas Es un lugar especial en el disco que almacena los nombres de los archivos, información sobre el tamaño de los archivos, la hora en que se actualizaron por última vez, los atributos (propiedades) de los archivos, etc. Si el nombre de un archivo está almacenado en una carpeta, se dice que este archivo está en esta carpeta. Cada disco puede tener varias carpetas.

Cada carpeta tiene un nombre. Los requisitos para los nombres de las carpetas son los mismos que para los nombres de los archivos. Generalmente, no se utiliza la expansión de nombres para carpetas, aunque no está prohibida.

Nombre de archivo completo tiene la siguiente forma (los corchetes [y] indican elementos opcionales):

[unidad:] [ruta \] nombre de archivo

Camino Es una secuencia de nombres de carpeta (directorio) o caracteres “..” separados por “\”. Ruta especifica la ruta desde la carpeta actual o raíz del disco a la carpeta en la que se encuentra el archivo. Si la ruta comienza con el carácter "\", entonces la ruta se calcula desde la carpeta raíz del disco, de lo contrario, desde la carpeta actual. Cada nombre de carpeta en la ruta corresponde a una entrada en una carpeta con ese nombre, el símbolo ".." corresponde a una entrada en una carpeta un nivel más alto. Por ejemplo:

A: \ text1.txt: el archivo text1.txt se encuentra en la carpeta raíz de la unidad A:;

C: \ WORKS \ PASCAL \ prog1.pas: el archivo prog1.pas se encuentra en la carpeta PASCAL, que, a su vez, se encuentra en la carpeta WORKS ubicada en la carpeta raíz de la unidad C :.

3.4.4. Estructura de archivos del disco

Para registrar información en un nuevo disco magnético, debe estar formateado previamente. Formateo Es la preparación del disco para grabar información.

Durante el formateo, la información de servicio se escribe en el disco (se realiza el marcado), que luego se utiliza para escribir y leer información. El marcado se realiza mediante un campo electromagnético creado por el cabezal de grabación del variador.

La información es registrada por caminos, y cada pista se divide en sectores, por ejemplo, 1024 bytes cada uno (Fig. 3.5). Un disquete de 3,5 pulgadas con 1,44 MB de capacidad contiene 80 pistas y 18 sectores.

Arroz. 3.6. Cilindro Winchester

La figura muestra dos cilindros (el primero y el segundo), formados por pistas equidistantes en tres unidades de disco duro. Cuando el disco duro está en funcionamiento, varios cabezales leen simultáneamente información de las pistas de un cilindro.

Para acceder a los datos de un archivo, debe conocer la dirección del primer sector de aquellos en los que se almacenan los datos del archivo. La dirección del sector está determinada por tres coordenadas: número de pista (cilindro), número de superficie y número de sector.

El sistema operativo (SO) se encarga de almacenar esta información para cada archivo. Para implementar el acceso al archivo del sistema operativo, se utilizan el directorio raíz, la tabla de asignación de archivos FAT (Tabla de asignación de archivos) y el sector de arranque del disco. Estos elementos forman área del disco del sistema(o disquetes) y se crean durante la inicialización (formateo) del disco.

El sector de arranque, la tabla de asignación de archivos, el directorio raíz y el espacio libre restante en disco, llamado área de datos, son elementos de estructura de archivos de disco.

Un disco duro se puede dividir en varias particiones. Por tanto, los sectores iniciales del disco duro contienen información sobre el número de particiones, su ubicación y tamaño. En lo que sigue, las particiones del disco duro se consideran discos independientes, cada uno de los cuales se inicializa por separado, tiene su propia designación de letra (C:, D:, E:, F:, etc.) y sus propios elementos de estructura de archivo.

Sector de arranque(Registro de arranque) Es la tarjeta de visita del disco, que contiene los datos necesarios para operar el disco. Se encuentra en cada disco en el sector lógico número 0. Las siguientes características se registran en el sector de arranque:

identificador del sistema, si el sistema operativo está registrado en el disco;

tamaño de los sectores del disco en bytes;

el número de sectores en el clúster;

el número de artículos en el catálogo;

el número de sectores en el disco, etc.

Si el disco está preparado como un disco de sistema (arranque), entonces el sector de arranque contiene el programa de arranque del sistema operativo. De lo contrario, contiene un programa que, cuando se intenta arrancar el sistema operativo desde este disco, muestra un mensaje que indica que este disco no es del sistema.

El sector de arranque en el disco va seguido de la tabla de asignación de archivos.

Tabla de asignación de archivos(Tabla de asignación de archivos, abreviada como FAT) contiene una descripción del orden en el que se encuentran todos los archivos en los sectores de un disco determinado, así como información sobre las áreas defectuosas del disco. A la tabla FAT le sigue su copia exacta, lo que aumenta la confiabilidad de guardar esta tabla tan importante.

A medida que los usuarios trabajan en la computadora, el contenido del disco cambia: se agregan nuevos archivos, se eliminan los innecesarios, algunos archivos se expanden o reducen, etc.

La realización de estas operaciones requiere un mecanismo especial para asignar espacio de almacenamiento en disco entre archivos y proporcionar acceso a ellos. Este mecanismo se implementa mediante una tabla de asignación de archivos.

Al realizar operaciones de lectura-escritura de datos, el intercambio de información entre la unidad de disco y la memoria de la computadora se realiza en bloques. El tamaño mínimo de bloque es igual a un sector. Para reducir el número de accesos al disco por cada acceso, la información se puede escribir o leer desde varios sectores ubicados secuencialmente, formando una especie de superbloque, llamado grupo... Por lo tanto, grupo- varios sectores ubicados secuencialmente que se leen o escriben en el archivo en una sola llamada. El tamaño del grupo puede variar.

A un archivo escrito en el disco se le asigna un número entero de clústeres, y los clústeres asignados se pueden ubicar en diferentes lugares del disco. diferente a archivos continuos ubicados en un área de la memoria, los archivos que ocupan varias áreas del disco se denominan fragmentado... El propósito de FAT es almacenar datos sobre la ubicación de los fragmentos de archivos en el disco.

El mecanismo para acceder a archivos usando FAT se implementa de la siguiente manera. Un área de datos de disco se ve como una secuencia de grupos numerados. A cada grupo se le asigna un elemento FAT con el mismo número. Por ejemplo, el elemento 2FAT corresponde al grupo 2 del área de datos del disco, el elemento 3FAT al grupo 3, y así sucesivamente. En el directorio que contiene información sobre los archivos en el disco, para cada archivo, se enumera el número del primer clúster ocupado por el archivo. Este número se llama punto de entrada FAT. El sistema, habiendo leído el número del primer grupo del archivo en el directorio, accede a este grupo, por ejemplo, escribe datos en él. En FAT, el primer grupo de un archivo contiene el número del segundo grupo del archivo, o un carácter de fin de archivo, etc. En la Tabla se presenta un ejemplo de un mecanismo de acceso a archivos que usa FAT. 3.1.

Cuadro 3.1

Mecanismo de acceso a archivos usando FAT

Inicio de sesión FAT

Número de elemento FAT

Valores de los elementos FAT

La memoria de la computadora consta de elementos de almacenamiento binarios: bits (Dígito binario en inglés: un dígito binario). Las computadoras convencionales usan celdas que constan de cuatro bytes consecutivos (palabras), pero las primeras computadoras usaban celdas de uno o dos bytes (medias palabras) y algunas supercomputadoras usaban celdas de ocho bytes.

Cada celda de memoria puede contener solo un número o un comando. El código binario se almacena en la celda hasta que se escribe un nuevo código binario en ella o hasta que se desenergiza la máquina. La división de la memoria en palabras para computadoras de cuatro bytes se muestra en la Fig. 2.16.

Procesador de 64 bits

Procesador de 32 bits

16 bits

UPC

Media palabra

Palabra doble

Arroz. 2.16. Dividir la memoria en palabras en una PC

En las computadoras modernas, se adopta el direccionamiento de 32 bits, lo que significa que puede haber un total de 2 32 direcciones independientes. Por tanto, es posible el direccionamiento directo a un campo de memoria de tamaño 2 32 = 4 294 967 296 bytes (4,3 GB).

Distinga entre dispositivos de almacenamiento, implementados en forma de circuitos electrónicos, y dispositivos de almacenamiento de información, con la ayuda de los cuales los datos se registran en cualquier medio (Fig. 2.17), por ejemplo, magnético u óptico (medios de papel usados anteriormente: tarjetas perforadas y cinta perforada).

La memoria externa reside en discos magnéticos u ópticos. Escribir y leer información cuando se trabaja con una memoria externa es más lento que cuando se trabaja con YAM, pero la memoria externa tiene un gran volumen y su contenido no cambia cuando la computadora está apagada.

La memoria no volátil está representada por un microcircuito de memoria en el que se registra información sobre el tipo de hardware de la computadora.

Circuitos electrónicos Dispositivos de almacenamiento de información

Magnético Operacional Magnético

dispositivo de almacenamiento (RAM, RAM) o memoria de acceso aleatorio

Dispositivo de almacenamiento de solo lectura (ROM, ROM)

discos de cinta

Rígido flexible

discos magnéticos discos magnéticos

(disquetes) (discos duros)

Discos magneto-ópticos ópticos

Simple con grabación (CD)

Arroz. 2.17. Clasificación de unidades y dispositivos.

almacenamiento de información

tera y su entorno. La configuración de la PC se puede cambiar a petición del usuario, por lo tanto, la memoria no volátil permite no solo leer datos de ella, sino también escribirlos. Esencialmente, utiliza un microcircuito RAM convencional, pero fabricado con una tecnología CMOS especial que proporciona un bajo consumo de energía durante el funcionamiento de este dispositivo, por lo tanto, la memoria no volátil a menudo se denomina memoria CMOS. Todos los microcircuitos para computadoras portátiles se fabrican con tecnología CMOS para garantizar el funcionamiento a largo plazo de sus baterías. El microcircuito de memoria no volátil está conectado a la batería, que guarda los datos registrados en el microcircuito cuando la PC se apaga de la red.

Los dispositivos, que son circuitos electrónicos, tienen un tiempo de acceso a datos corto, pero no permiten almacenar grandes cantidades de información. Los dispositivos de almacenamiento de información, por el contrario, permiten almacenar grandes volúmenes de información, pero el tiempo de grabación y lectura es largo, por lo tanto, el trabajo efectivo en una computadora solo es posible con el uso conjunto de dispositivos de almacenamiento de información y dispositivos de almacenamiento. implementado en forma de circuitos electrónicos.

BIOS de microcircuito (chip) (sistema básico de entrada / salida - sistema básico de entrada y salida). Este es un software que está integrado en la computadora y está disponible sin acceder al disco; un conjunto de programas diseñados para probar dispositivos automáticamente después de encender la computadora y cargar el sistema operativo en la RAM.

El papel del BIOS es doble: por un lado, es una parte integral del hardware (Hardware) y, por otro lado, es un módulo importante de cualquier sistema operativo (Software). El BIOS contiene el código necesario para controlar el teclado, la tarjeta de video, los discos, los puertos y otros dispositivos.

Normalmente, el BIOS se encuentra en un chip ROM (ROM) ubicado en la placa base de una computadora (por lo tanto, este chip a menudo se denomina BIOS ROM). Esta tecnología permite que la BIOS esté siempre disponible, a pesar de los daños, por ejemplo, en el sistema de disco, y permite que la computadora se inicie sola. Debido a que la RAM (memoria de acceso aleatorio) es mucho más rápida que la ROM, los fabricantes de computadoras diseñan sistemas para que cuando la computadora esté encendida, copie el BIOS de la ROM a la RAM.

La memoria permanente está diseñada para almacenar información sin cambios, que el fabricante de la computadora escribe en el chip de memoria permanente. El BIOS incluye un programa de autocomprobación de la computadora cuando está encendido, controladores para algunos dispositivos (monitor, unidades de disco, etc.), así como un programa para iniciar el sistema operativo desde dispositivos de disco. En la actualidad, casi todas las placas base están equipadas con un microcircuito para el almacenamiento permanente del código ejecutable inicial para cargar el BIOS FLASH de la computadora, que en cualquier momento se puede sobrescribir en el microcircuito ROM utilizando un programa especial.

Dispositivo de almacenamiento externo (OVC). Este dispositivo se divide en memoria de acceso aleatorio, memoria de solo lectura y memoria caché.

La memoria externa está diseñada para el almacenamiento a largo plazo de programas y datos, y la integridad de su contenido no depende de si la computadora está encendida o apagada. Los dispositivos de memoria externa adicionales son:

FDD (Floppy Disk Drive) - unidad de disquete, capacidad - 1,44 MB;
CD-ROM y R / W - unidad de disco compacto láser, capacidad - 800 MB;
DVD-ROM y R / W - unidad de DVD láser, capacidad - hasta 16 GB;
HDD (unidad de disco duro): unidad de disco duro, capacidad: más de 100 GB;
FLASH: dispositivo de almacenamiento en chips de memoria, capacidad: hasta 8 GB.

La memoria de la computadora debe constar de varias celdas numeradas, cada una de las cuales puede contener datos procesados o instrucciones de programa. Todas las celdas de memoria deben ser igualmente accesibles para otros dispositivos en la computadora.

Memoria de acceso aleatorio(RAM, English Random Access Memory, RAM): destinado a la escritura, lectura y almacenamiento temporal de programas (sistema y aplicación), datos iniciales, resultados intermedios y finales.

Cuando apaga la computadora, se borra la información en la RAM. En las computadoras modernas, la cantidad de memoria suele oscilar entre 128 MB y 2 GB. La capacidad de memoria es una característica importante de una computadora; afecta la velocidad de la computadora y el rendimiento de los programas. Los programas de aplicación modernos a menudo requieren más de 4 MB de memoria para ejecutarse; de lo contrario, el programa simplemente no puede funcionar. Una porción de RAM llamada "memoria de video" contiene datos correspondientes a la imagen actual en la pantalla.

Estructuralmente, los elementos de RAM se fabrican en forma de microcircuitos DIP (paquete doble en línea) o en forma de módulos de memoria SIP (paquete único en línea).

Una computadora personal contiene cuatro tipos de memoria de acceso aleatorio: módulos SIMM usados en computadoras obsoletas basadas en procesadores 386, 486 y Pentium; DIMM más avanzados utilizados en computadoras desde Pentium II y Celeron hasta Pentium III y Athlon; DIMM y MMM DDR más modernos, que se utilizan con procesadores y placas base más nuevos. La memoria de acceso aleatorio se basa en chips de memoria con acceso aleatorio a cualquier celda. La memoria de acceso aleatorio es estática (en disparadores) y se llama SRAM (RAM estática) o dinámica (basada en celdas de condensadores) - DRAM (RAM dinámica).

En la RAM estática, se utiliza un disparador estático como ES, que puede mantener el estado 0 o 1 indefinidamente (cuando la PC está encendida). Las DRAM se basan en condensadores implementados dentro de un cristal de silicio. La EF dinámica (condensadores) con el tiempo se autodescarga y la información registrada se pierde, por lo que la EF dinámica requiere una recuperación periódica de la carga: regeneración. Durante la regeneración, debería prohibirse el registro de nueva información.

En comparación con las DRAM estáticas, las DRAM tienen una mayor capacidad específica y un menor costo, pero un mayor consumo de energía y un menor rendimiento. La memoria de acceso aleatorio tiene una estructura modular. El aumento de la capacidad RAM se lleva a cabo instalando módulos adicionales. El tiempo de acceso a la DRAM es de 60 a 70 ns.

Las computadoras modernas tienen 512-1024 MB de RAM. Un procesador de computadora solo puede trabajar con datos que están en RAM. Los datos del disco se leen en la RAM para su procesamiento. Los principales fabricantes de memorias son IBM, Seagate, Maxtor, Western, Digital, Fujitsi y Kingston. La participación en las ventas de memoria DIMM está disminuyendo significativamente, dando paso a DDR DIMM (256 y 512 MB) o RIMM (128 y 256 MB).

Almacenamiento de solo lectura(ROM, English Real Only Memory - ROM - memoria de solo lectura) - memoria no volátil utilizada para almacenar datos que nunca necesitan ser cambiados.

Los módulos y casetes ROM tienen una capacidad, por regla general, que no excede de varios cientos de kilobytes. Estructuralmente, la memoria principal consta de millones de celdas de memoria individuales con una capacidad de 1 byte cada una. La capacidad total de la memoria principal de las PC modernas suele oscilar entre 1 y 32 MB.

Memoria reprogramable de solo lectura(Memoria FLASH): memoria no volátil que permite la reescritura múltiple de su contenido desde un disquete.

Registrar caché - memoria de alta velocidad, que es un búfer entre la memoria principal y el microprocesador, lo que permite aumentar la velocidad de las operaciones. Es aconsejable crearlo en una computadora personal con una frecuencia de reloj del oscilador maestro de 40 MHz o más. Los registros de caché son inaccesibles para el usuario, de ahí el nombre caché (inglés, caché - caché). Según el principio de registro de los resultados, se distinguen dos tipos de memoria caché:

Escritura diferida: los resultados de las operaciones, antes de escribirlas en la RAM, se registran en la memoria caché y luego

el controlador de la memoria caché sobrescribe de forma independiente estos datos en la RAM;

Escritura simultánea: los resultados de las operaciones se escriben simultáneamente en la memoria caché y en la RAM en paralelo.

Para acelerar las operaciones con la memoria principal, la memoria caché de registro se utiliza dentro del microprocesador (caché de primer nivel) o fuera del microprocesador en la placa base (caché de segundo nivel). Para acelerar las operaciones con memoria de disco, la memoria caché está organizada en celdas de memoria electrónica.

Los microprocesadores Pentium y Pentium Pro tienen una memoria caché por separado para los datos y por separado para las instrucciones, y si el Pentium tiene una pequeña capacidad de esta memoria - 8 KB cada uno, entonces en el Pentium Pro llega a 256-512 KB. Debe tenerse en cuenta que para todos los MP, se puede utilizar una memoria caché adicional ubicada en la placa base fuera del MP, cuya capacidad puede alcanzar varios megabytes.

El propósito principal del uso de la memoria caché es compensar la diferencia en la velocidad de procesamiento de la información por parte del procesador (sus registros son los más rápidos) y la RAM algo más lenta. La memoria caché no está disponible para el usuario, la computadora la usa automáticamente. Tenga en cuenta que la caché de 256 KB aumenta el rendimiento de la PC en aproximadamente un 20%.

Memoria principal La computadora se divide en dos áreas lógicas: memoria direccionable directamente, que ocupa los primeros 1024 Kbytes de celdas con direcciones de 0 a 1024 Kbytes - 1, y memoria extendida, cuyo acceso a las celdas es posible mediante un software controlador especial.

Memoria estándar(Área de memoria convencional - CMA) se denomina memoria directamente direccionable en el rango de 0 a 640 KB. La memoria directamente direccionable en el rango de direcciones de 640 a 1024 KB se denomina memoria superior(UMA - Área de memoria superior). La memoria superior está reservada para la memoria del monitor (memoria de video) y la memoria de solo lectura. Sin embargo, por lo general hay áreas libres en él, "ventanas", que el administrador de memoria puede usar como memoria de acceso aleatorio de propósito general.

Memoria extendida - memoria con direcciones de 1024 Kbytes y superiores. El acceso directo a esta memoria solo es posible en el modo protegido del funcionamiento del microprocesador. En modo real, hay dos formas de acceder a esta memoria, pero solo cuando se utilizan controladores: de acuerdo con las especificaciones XMS (Especificación de memoria extendida) y EMS (Especificación de memoria expandida).

El acceso a la memoria extendida de acuerdo con la especificación XMS se organiza mediante controladores XMM (Extended Memory Manager). Esta memoria a menudo se denomina memoria adicional, dado que en los primeros modelos de computadoras personales, esta memoria se encontraba en tarjetas adicionales independientes. La especificación EMS es anterior y se accede a ella asignando campos de memoria expandida a un área específica de la memoria superior. En este caso, no se almacena información procesada, sino solo direcciones que brindan acceso a esta información. La memoria organizada de acuerdo con la especificación EMS se llama desplegado.

La memoria extendida se puede utilizar principalmente para almacenar datos y algunos programas del sistema operativo. La memoria expandida se usa a menudo para organizar discos virtuales (electrónicos).

Memoria de video(VRAM) es un tipo de RAM de acceso aleatorio que almacena imágenes codificadas. Esta memoria está organizada de tal manera que su contenido está disponible para dos dispositivos a la vez: el procesador y el monitor, por lo que la imagen en la pantalla cambia simultáneamente con la actualización de los datos de video en la memoria.

Controladores y adaptadores son conjuntos de circuitos electrónicos que se suministran a los dispositivos informáticos con el fin de garantizar la compatibilidad de sus interfaces. Los controladores también controlan directamente los dispositivos periféricos a petición del microprocesador.

Puertos de dispositivo son circuitos electrónicos que contienen uno o más registros de E / S y le permiten conectar periféricos de computadora a los buses externos del microprocesador.

La placa del sistema (madre) de la computadora. Placa madre: la placa de circuito impreso principal (Figura 2.18), que alberga:

procesador (un microcircuito que realiza la mayoría de las operaciones informáticas);
conjunto de microprocesadores (conjunto de chips): conjunto de microcircuitos que controlan el funcionamiento de los dispositivos internos de la computadora;
tres buses (conjuntos de conductores a través de los cuales se intercambian señales entre los dispositivos internos de la computadora);
memoria de acceso aleatorio (RAM): un conjunto de microcircuitos destinados al almacenamiento temporal de datos;
ROM: un microcircuito diseñado para el almacenamiento de datos a largo plazo;
conectores (ranuras) para conectar dispositivos adicionales;
medios para monitorear el estado de la placa del sistema.

Áreas de conectores externos Ranuras para tarjetas

periféricos de expansión incorporados

Arroz. 2.18. Placa base de computadora

Sincronización y overclocking de la placa base. El reloj de la placa base principal genera una frecuencia de referencia muy estable que se utiliza para sincronizar el procesador, la memoria y los buses de E / S. Dado que el rendimiento de estos subsistemas es significativamente diferente, cada uno de ellos puede sincronizarse con su propia frecuencia. En los conjuntos de chips asíncronos, las frecuencias son relativamente independientes, lo que abre oportunidades para la optimización del rendimiento y el overclocking. El objetivo de overclocking más común es la CPU. Es bastante obvio que el rendimiento de un procesador en particular depende de la frecuencia del reloj central y de la frecuencia del bus del sistema. El primer componente determina la velocidad de procesamiento y el segundo determina la velocidad de entrega de instrucciones y datos. La velocidad de reloj máxima permitida está determinada por los retrasos entre diferentes señales y la disipación de energía del procesador.

Memoria caché - memoria de pequeña capacidad, pero extremadamente alta velocidad (el tiempo de acceso al MPP, es decir, el tiempo necesario para buscar, escribir o leer información de esta memoria, se mide en nanosegundos). Está diseñado para almacenamiento a corto plazo, registro y emisión de información en los próximos ciclos de reloj de la máquina directamente involucrada en los cálculos.

UPC. Es la parte central de cualquier computadora moderna que controla otros dispositivos. Contiene una unidad aritmética lógica, una unidad de control y registros para el almacenamiento temporal de información. El procesador lee datos de la RAM (memoria de acceso aleatorio) de la computadora y envía el resultado de la acción sobre estos datos al mismo lugar. El procesador puede realizar las siguientes operaciones en números binarios: operaciones aritméticas, lógicas, de comparación, operaciones de memoria y operaciones de transferencia de control.

El procesador realiza todas las acciones solo de acuerdo con el programa, es decir, una cierta secuencia de instrucciones. La mayoría de los errores informáticos durante el trabajo están asociados precisamente con los errores del programador, que no pudo prever todas las situaciones posibles.

El procesador realiza las siguientes funciones:

procesamiento de datos de acuerdo con un programa dado realizando operaciones aritméticas y lógicas;
control de software del funcionamiento de dispositivos informáticos.

La velocidad del procesador está determinada por su frecuencia de reloj. Cuanto más grande sea, más rápido será el procesador. Los procesadores modernos funcionan a frecuencias superiores a 3 GHz (Tabla 2.3).

Cada procesador específico solo puede funcionar con una cierta cantidad de RAM. La cantidad máxima de memoria que el procesador puede atender se llama

Cuadro 2.3. Fabricantes de procesadores

está espacio de direcciones del procesador y es una característica importante de una computadora. El espacio de direcciones está determinado por el ancho del bus de direcciones.

La arquitectura de una computadora se entiende como un conjunto de información sobre los principales dispositivos de una computadora y su finalidad, sobre cómo se presentan los programas y datos en una máquina, sobre las características de su organización y funcionamiento.

Los principios de la computadora son los siguientes:

1. Una computadora es una máquina con un programa almacenado (en la memoria de la computadora), presentado como una secuencia de comandos.

2. Comandos y operandos ejecutados por la computadora, es decir los datos sobre los que se realiza la operación especificada por el comando se presentan en la computadora en forma de un código binario con un cierto número de bits.

3. La memoria de la computadora está organizada en forma de una secuencia de memorización

celdas, en cada una de las cuales se pueden almacenar (memorizar)

Algún código binario: un número o código de un símbolo del alfabeto que representa los datos que se procesan, un código de comando de computadora. En un momento específico, puede acceder para escribir o leer a cualquiera de estas celdas, independientemente de su ubicación en la memoria, especificando la dirección (el número ordinal de esta celda. De esta manera, la memoria organizada se denomina acceso aleatorio memoria.

4. La computadora usa memoria compartida tanto para almacenar datos como para

para almacenar comandos. Al mismo tiempo, los propios códigos de los datos y comandos no contienen signos que permitan distinguirlos claramente entre sí. El procesador distingue entre datos e instrucciones solo por el contexto del programa que se está ejecutando.

5. Tampoco se indica explícitamente la finalidad de los datos, su tipo y método de uso. Están definidos y diferenciados por el contexto del programa que se está ejecutando.

Una computadora digital típica tiene tres componentes principales:

procesador, memoria y dispositivos externos. Su diagrama de bloques generalizado se presenta a continuación.

Un procesador o unidad central de procesamiento (CPU) es un dispositivo diseñado para realizar operaciones básicas de procesamiento de datos, operaciones aritméticas y lógicas con números y controlar el funcionamiento de otras partes de una computadora.

Memoria o memoria de acceso aleatorio (RAM) - dedicada

Está destinado a almacenar los códigos de instrucción que componen el programa que está ejecutando la computadora, y los datos u operandos, es decir, números o códigos binarios sobre los cuales el procesador de la computadora realiza las operaciones especificadas por los comandos.

A través de dispositivos de entrada-salida o dispositivos externos (periféricos), la computadora interactúa con el mundo exterior.

Los componentes de la computadora están conectados entre sí mediante un bus o canal de computadora especial, que es un conjunto de líneas de comunicación diseñadas para transferir información y señales de control entre los componentes de la computadora.

Al implementar computadoras modernas, se utiliza un principio modular. La esencia de este principio se reduce al hecho de que una computadora se construye a partir de un conjunto de dispositivos y bloques, módulos que implementan funciones completas y no dependen de otros módulos.

Estructuralmente, el módulo también es un elemento completo. Los módulos individuales se pueden interconectar en la configuración requerida sin cambiar los circuitos (funciones) de los módulos individuales.

Las principales ventajas del principio modular:

La posibilidad de mejorar la computadora sin cambiar su organización funcional, incluso durante el funcionamiento, reemplazando bloques individuales por otros nuevos (más rápidos, más pequeños, consumiendo menos energía, más baratos) o agregando nuevos módulos;

Posibilidad de ensamblar a partir de módulos de una gran cantidad de computadoras de diferentes características, más adecuadas para una aplicación específica;

Reducir el tiempo de recuperación de una computadora en caso de fallas al simplificar la resolución de problemas y la reparación.

Los módulos están conectados entre sí mediante buses. Físicamente, el bus es un conductor de corriente eléctrica y consta de líneas de comunicación. Cada una de estas líneas en un momento determinado le permite transmitir un dígito binario (0 o 1), es decir, un poco de información. En general, los autobuses pueden transportar información en ambas direcciones.

Normalmente, un bus de computadora se divide funcionalmente en tres grupos de líneas de comunicación: un bus de direcciones, un bus de datos y un bus de control. El bus de direcciones transporta información sobre dónde buscar instrucciones (comandos) o datos en la memoria de la computadora, es decir, las direcciones de las celdas de memoria correspondientes; el bus de datos lleva estos datos o instrucciones al procesador central; el bus de control proporciona la transmisión de señales de control entre el procesador y los dispositivos externos.

El conjunto de buses que conectan dos módulos y el algoritmo que determina el orden de intercambio de información entre ellos se denomina interfaz (apareamiento).

La interfaz se caracteriza por el ancho (o capacidad) de sus buses constituyentes (principalmente informativos) y la velocidad del intercambio de información. En los primeros modelos de PC se utilizaron buses de datos de 8 y 16 bits, diseñados para transferir y procesar, respectivamente, bytes y palabras de información (estándar ISA). Hasta hace poco, la mayoría de los modelos de PC utilizaban los estándares EISA, VCA, VL-BUS, centrados en la transferencia de datos de 32 bits. Las últimas PC utilizan buses de datos de 64 bits. El ancho del bus de direcciones determina el tamaño del espacio de direcciones de la memoria interna (el número de bytes de RAM y ROM), a la que puede acceder directamente el procesador de la computadora.

Los primeros modelos de PC tenían un bus de direcciones de 16 bits y, utilizando un método de direccionamiento especial, proporcionaban a la CPU acceso a 1 MB de RAM y ROM. Los modelos modernos tienen buses de direcciones de 32 y 64 bits y brindan acceso a más de 4 GB de la memoria interna de la computadora.

La forma más sencilla y natural de conectar dispositivos (módulos) entre sí para formar una computadora es utilizar una única interfaz, una interfaz a la que están conectados todos los dispositivos que componen la computadora. Esta forma de organización se implementa en el PC (Fig. 1).

Arroz. 3 Principio de implementación de PC modular

La base de una PC es una placa electrónica, que se denomina placa del sistema o placa base, ya que alberga los principales dispositivos informáticos: un microprocesador y chips de memoria interna (RAM y ROM). Además, la placa del sistema contiene una serie de dispositivos operativos y de otro tipo adicionales que garantizan el funcionamiento de la computadora.

Todos los dispositivos de la placa base están conectados a los buses de una única interfaz, que también se encuentra en la placa, y forman un solo circuito electrónico de PC.

Como se señaló anteriormente, las principales funciones de una computadora son almacenamiento, procesamiento, recepción y transmisión datos. Su computadora está equipada con varios dispositivos para realizar estas funciones. Cada uno de ellos realiza una u otra función específica. Cualquier computadora moderna incluye:

Memoria: un grupo de dispositivos que proporcionan almacenamiento programas y datos;

Procesador: uno o más dispositivos que proporcionan procesamiento específico del programa datos;

Dispositivos de entrada-salida: un grupo de dispositivos que proporcionan intercambio, es decir recepción y transmisión datos entre un usuario y una máquina, o entre dos o más máquinas.

Varios dispositivos informáticos están conectados entre sí mediante hardware estandarizado y unificado: cables, conectores, etc. En este caso, los dispositivos intercambian información y señales de control entre sí, que también se reducen a algunas formas estándar.

La combinación de estas herramientas y formularios estándar forma una interfaz de un dispositivo o computadora en su conjunto. "Una interfaz es un conjunto de acuerdos estándar unificados, hardware y software, métodos y reglas para la interacción de dispositivos o programas, así como dispositivos o programas con un usuario. Tenga en cuenta que para denotar un conjunto de dispositivos que pueden incluirse en la composición de una computadora de un modelo en particular, así como los medios de su conexión, se utiliza el término Hardware.

Conceptos básicos de almacenamiento de computadora

Como se señaló anteriormente, la información siempre tiene la forma de un mensaje y el mensaje está codificado con uno u otro conjunto de caracteres, símbolos y números. Se ha demostrado teórica y experimentalmente que el uso más conveniente y eficaz en informática es código binario, es decir, un conjunto de caracteres, un alfabeto que consta de un par de números (0,1). Dado que el código binario se utiliza para almacenar información en las computadoras, también se denomina codigo de maquina.

Los números 0 y 1 que componen el conjunto (0, 1) suelen denominarse números binarios porque se utilizan como alfabeto en el llamado sistema numérico binario. El sistema numérico es un conjunto de reglas y técnicas para nombrar y escribir números, así como para obtener el valor de los números a partir de los símbolos que los representan. El número de caracteres del alfabeto del sistema numérico suele reflejarse en su nombre: binario, ternario, octal, decimal, hexadecimal, etc. Desde el punto de vista de la implementación técnica de una computadora, es mucho más fácil trabajar con sólo dos dígitos en el sistema binario (0, 1).

El dispositivo de memoria elemental de una computadora que se utiliza para almacenar un dígito binario del código de máquina de un programa o datos se denomina dígito o bit binario.

La palabra "bit" proviene del término inglés bit, que es una abreviatura de la frase dígito binario. Técnicamente, un bit se puede implementar de muchas formas diferentes. Sin embargo, cmo exactamente

se hace de forma concreta en una computadora, para nosotros es completamente indiferente. Solo es importante comprender el propósito, las propiedades y las funciones de la broca.

· Un bit solo puede estar en uno de los dos estados posibles, uno de los cuales se considera la imagen del dígito "O" y el otro, la imagen del dígito "1". El bit conserva su estado durante el tiempo que sea necesario, hasta que se cambia de forma forzada, por lo tanto, el bit puede guardar la información registrada en él.

· En cualquier momento, puede averiguar en cuál de los dos estados se encuentra el bit: en el estado "O" o en el estado "1", mientras que el estado actual del bit permanecerá sin cambios. En otras palabras, puedes leer información escrita en un poco (sin perderla).

· Siempre que surja la necesidad, e independientemente del estado actual, puede transferir un poco de un estado a otro. En otras palabras, por bit puedes anote nueva información.

Entonces, el bit proporciona la base para almacenar información, una de las tres funciones más importantes de la computadora.

Un poco es un dato muy pequeño. Por lo tanto, al igual que para la imagen de números decimales, se usan varios lugares decimales: el lugar de las unidades, el lugar de las decenas, centenas, etc., por lo que para la imagen de números binarios y códigos de máquina binarios, se usan varios dígitos binarios, varios bits.

Para almacenar números binarios en una computadora, se usa un dispositivo, que generalmente se llama celda de memoria. Las celdas se forman a partir de varios bits, al igual que los números binarios se forman a partir de dígitos binarios. Y toda la memoria de la computadora se puede imaginar figurativamente como una cámara de almacenamiento automática, que consta de una gran cantidad de celdas separadas, en cada una de las cuales puede colocar, anote algún número binario, código de máquina binario.

En general, las celdas de diferentes computadoras pueden constar de diferentes números de bits. Sin embargo, esto crea importantes dificultades para organizar el intercambio de información entre diferentes modelos de computadoras. Por tanto, empezando por los coches de la tercera generación, estándar son celdas que se componen de ocho bits.

Un elemento de la memoria de la computadora, que consta de 8 bits, se llama byte.

En el procesamiento de información por computadora, uno tiene que lidiar con información de texto, gráfica, numérica, sonora y otra. Se utilizan diferentes métodos de codificación para almacenar datos de diferente naturaleza. Además, para el mismo tipo de información, también se pueden utilizar diferentes métodos de codificación, que difieren entre sí en eficiencia, así como diferentes requisitos de recursos informáticos.

Cuantas más líneas y puntos, más clara y mejor será la imagen. Actualmente, se considera que la resolución mínima aceptable es de 800 x 600, es decir, 800 puntos por línea y 600 líneas por pantalla.

Las líneas que componen la imagen se pueden ver de arriba a abajo una tras otra, como componiendo una línea sólida a partir de ellas. Después de un escaneo completo de la primera línea, se visualiza la segunda, seguida de la tercera, luego la cuarta, y así sucesivamente hasta la última línea de la pantalla. Este proceso es muy similar a la forma de leer textos, aceptada en la mayoría de países del mundo, cuando las líneas se escanean una tras otra de izquierda a derecha y de arriba a abajo. Esta forma de trabajar con cadenas se denomina exploración de líneas, o exploración. Y dado que cada una de las líneas es una secuencia de píxeles, la imagen completa estirada en una línea también puede considerarse una secuencia lineal de puntos elementales. En este caso, esta secuencia consta de 800 600 = 480 000 píxeles. Primero, veamos los principios de la codificación. monocromo imagen, es decir, una imagen que consta de dos colores contrastantes: blanco y negro, verde y blanco, marrón y blanco, etc. Para facilitar la discusión, asumiremos que uno de los colores es negro y el otro es blanco. Entonces, cada píxel de la imagen puede ser blanco o negro. Al asignar el código binario "0" al negro y el código "1" al blanco (o viceversa), podremos codificar el estado de un píxel de una imagen monocromática en un bit. Y dado que un byte consta de 8 bits, una línea que consta de 800 puntos requerirá 100 bytes de memoria y, para la imagen completa, 60.000 bytes. Sin embargo, la imagen resultante tendrá un contraste excesivo. Una imagen en blanco y negro real no solo se compone de blanco y negro. Incluye muchos tonos intermedios diferentes: gris, gris claro, gris oscuro, etc. Si, además de los colores blanco y negro, usa solo dos gradaciones adicionales, digamos gris claro y gris oscuro, entonces para codificar el estado de color uno pixel ya requiere dos bits. En este caso, la codificación puede ser, por ejemplo, la siguiente: negro, color - 00 2, gris oscuro - 01 2, gris claro - 10 2, blanco - 11 2. Hoy en día es generalmente aceptado, dando razonablemente realistas monocromo Se considera que una imagen es la codificación del estado de un píxel utilizando un solo byte, lo que permite la transmisión de 256 tonos diferentes de gris desde completamente blanco hasta completamente negro. En este caso, para transferir todo el ráster de 800 x 600 píxeles, no se necesitarán 60.000, sino los 480.000 bytes.

De colores la imagen se puede formar de varias formas. Uno de ellos es el método RGB(de las palabras Rojo, Verde, Azul - rojo, verde, azul), que se basa en el hecho de que el ojo humano percibe todos los colores como la suma de tres colores primarios: rojo, verde y azul. Por ejemplo, lila es la suma de rojo y azul, amarillo es la suma de rojo y verde, etc. Para obtener un píxel de color, se envían no uno, sino tres rayos de colores al mismo lugar de la pantalla. Para simplificar la situación, asumiremos que un bit es suficiente para codificar cada uno de los colores. Un cero en un bit significará que este color básico está ausente en el color total y un uno está presente. Por lo tanto, se necesitan 3 bits para codificar un píxel de color, uno para cada color. Deje que el primer bit corresponda al rojo, el segundo al verde y el tercero al azul. Entonces, el código 101 2 significa color lila: el rojo es, el verde no, el azul es y el código 110 2 es amarillo: el rojo es, el verde es, el azul no. Con este esquema de codificación, cada píxel puede tener uno de los ocho colores posibles. Si cada uno de los colores se codifica utilizando un byte, como es habitual para una imagen monocromática realista, será posible transmitir 256 tonos de cada uno de los colores primarios. Y en total, en este caso, se proporciona la transmisión de 256 256 256 = 16 777 216 colores diferentes, lo que se acerca bastante a la sensibilidad real del ojo humano. Por lo tanto, con este esquema de codificación de colores, se requieren 3 bytes o 24 bits de memoria por imagen de un píxel. Esta forma de mostrar gráficos en color se conoce comúnmente como modo Verdadero. Color(color verdadero) o a todo color modo.

El modo a todo color consume mucha memoria. Entonces, para el ráster de 800 x 600 discutido anteriormente, usar el método RGB requiere 1,440,000 bytes. Para ahorrar memoria, se están desarrollando varios modos y formatos gráficos que reproducen un poco peor el color, pero requieren mucha menos memoria. En particular, podemos mencionar el modo Color de alta(color alto), en el que se utilizan 16 bits para representar el color de un píxel y, por lo tanto, se pueden transmitir 65.535 tonos de color, así como modo de índice, que se basa en la tabla de matices de color utilizada en ella previamente creada para este dibujo. A continuación, se selecciona el color de píxel deseado de esta tabla utilizando un número de índice, que ocupa sólo un byte de memoria. Al grabar una imagen en la memoria de la computadora, además del color de los puntos individuales, es necesario registrar mucha información adicional: el tamaño del patrón, la resolución, el brillo de los puntos, etc. formato gráfico. Los formatos de codificación de información gráfica basados en la transmisión del color de cada píxel individual que conforma la imagen son referidos al grupo raster o BMP(Bit MaP - mapa de bits) formatos.

Información de audio y video

El desarrollo de métodos para codificar información de audio, así como imágenes en movimiento - animación 1 y grabaciones de video - se llevó a cabo con un retraso en relación con los tipos de información discutidos anteriormente. Formas aceptables de almacenar y reproducir grabaciones de audio y video usando una computadora.

Tenga en cuenta que por animación se entiende una "animación" de imágenes similar a la animación, pero realizada con la ayuda de gráficos por computadora. La animación es una secuencia de imágenes generadas por computadora ligeramente diferentes que capturan estados de movimiento de un objeto cerca en el tiempo.

apareció solo: en los años 90. Siglo XX Estas formas de trabajar con sonido y video se denominan tecnologías multimedia.

El sonido es una vibración continua bastante compleja del aire. Las señales continuas también se denominan a menudo cosa análoga. Resulta que tales señales continuas pueden ser aproximadamente, pero con suficiente precisión, representadas como la suma de un cierto número de las oscilaciones sinusoidales más simples. Además, cada término, es decir, cada sinusoide, puede especificarse con precisión mediante un determinado conjunto de parámetros numéricos: amplitud, fase y frecuencia, que pueden considerarse como código de sonido en algún momento. Este enfoque para grabar sonido se llama digitalizando, digitalizando o muestreo, ya que se reemplaza el pitido continuo discreto(es decir, que consta de elementos separados y aislados) un conjunto de valores de señal - cuenta señal - en algunos momentos sucesivos en el tiempo El número de muestras de señal por unidad de tiempo se llama tasa de muestreo. Actualmente, la grabación de audio en tecnologías multimedia utiliza frecuencias de 8.11, 22, 44 kHz hasta 192 kHz.La frecuencia de muestreo de 44 kHz significa que un segundo de sonido continuo es reemplazado por un conjunto de 44 mil muestras de señal separadas. Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, mejor será la calidad del sonido digitalizado.

La calidad de convertir el sonido en forma digital está determinada no solo por la frecuencia de muestreo, sino también por el número de bits de memoria asignados para grabar el código de una muestra. Este parámetro se suele llamar conversión de bits. Actualmente, se utilizan habitualmente 8,16 y 24 bits. Los principios descritos anteriormente se basan en el formato Wav(de WAVeform-audio - Waveform Audio) codificación de audio. Puede obtener una grabación de sonido en este formato desde un micrófono, tocadiscos, grabadora, TV y otros dispositivos de audio de uso común conectados a su computadora. Sin embargo, el formato WAV ocupa una gran cantidad de memoria (cuando se graba audio estéreo a una frecuencia de muestreo de 44 kHz, se requieren 16 bits, aproximadamente 10 millones de bytes de memoria por minuto de grabación).

Además del formato de onda WAV, el formato se usa ampliamente para grabar sonido. MIDI(Interfaz digital de instrumentos musicales). De hecho, este formato es un conjunto de instrucciones, comandos de los llamados sintetizador de musica- un dispositivo que simula el sonido de instrumentos musicales reales. Puede obtener una grabación de sonido en formato MIDI solo de instrumentos musicales eléctricos especiales que admitan la interfaz MIDI. El formato MIDI proporciona un sonido de alta calidad y requiere mucha menos memoria que el formato WAV. La codificación de video es un problema aún más complicado que la codificación de audio, ya que es necesario cuidar no solo el muestreo de movimientos continuos, sino también la sincronización de la imagen con el sonido. Actualmente, se utiliza un formato para esto, que se llama AVI(Audio-Video Interleaved - audio y video intercalados).

Los principales formatos multimedia AVI y WAV consumen mucha memoria. Por lo tanto, en la práctica, se utilizan varios métodos de compresión, es decir, compresión de códigos de audio y video. Métodos de compresión propuestos por MPEG(Grupo de expertos en imágenes en movimiento - Grupo de expertos en imágenes en movimiento). En particular, estándarMPEG-1 incluye varios actualmente populares formatos grabación de sonido. Entonces, por ejemplo, al grabar en el formato MRZ con prácticamente la misma calidad de sonido, se requiere diez veces menos memoria que con el formato WAV. Existen programas especiales que convierten grabaciones de audio de formato WAV a formato MP3. Estándar MPEG-2 describe métodos de compresión de video que brindan calidad de imagen de televisión y sonido estéreo y tienen requisitos de memoria aceptables. Estándar MPEG-4 le permite grabar una película en color de larga duración con banda sonora en un CD.

Para representar información en la memoria de la computadora (tanto numérica como no numérica), se utiliza un método de codificación binaria.

Una celda de memoria elemental de una computadora tiene una longitud de 8 bits (1 byte). Cada byte tiene su propio número (llamado dirección). La secuencia más grande de bits que una computadora puede procesar como un todo se llama palabra de máquina. La longitud de una palabra de máquina depende del bitness del procesador y puede ser igual a 16, 32 bits, etc.

Un byte es suficiente para codificar caracteres. En este caso, se pueden representar 256 caracteres (con códigos decimales de 0 a 255). El juego de caracteres de la computadora personal suele ser una extensión del código ASCII (Código estándar estadounidense de intercambio de información).

En algunos casos, cuando se representan números en la memoria de la computadora, se usa un sistema numérico binario-decimal mixto, donde se necesita un nibble (4 bits) para almacenar cada lugar decimal y los dígitos decimales del 0 al 9 están representados por los números binarios correspondientes. de 0000 a 1001. Por ejemplo, el formato decimal empaquetado, diseñado para almacenar enteros con 18 dígitos significativos y que ocupan 10 bytes en la memoria (el más significativo de los cuales tiene signo), utiliza esta opción.

Otra forma de representar números enteros es código adicional... El rango de valores de los valores depende del número de bits de memoria asignados para su almacenamiento. Por ejemplo, los valores de tipo Integer van desde
-32768 (-2 15) a 32677 (2 15-1) y se asignan 2 bytes para su almacenamiento: del tipo LongInt - en el rango de -2 31 a 2 31-1 y ubicados en 4 bytes: del Word tipo - en el rango de 0 hasta 65535 (2 16-1) Se utilizan 2 bytes, etc.

Como puede ver en los ejemplos, los datos se pueden interpretar como números con y sin signo. En el caso de una cantidad con signo, el dígito más a la izquierda (más significativo) indica un número positivo si contiene un cero y un número negativo si contiene uno.

En general, los dígitos se numeran de derecha a izquierda, comenzando en cero.

Código adicional un número positivo coincide con su codigo directo... El código directo de un número entero se puede representar de la siguiente manera: el número se convierte en un sistema numérico binario, y luego su notación binaria a la izquierda se complementa con tantos ceros insignificantes como lo requiera el tipo de datos al que pertenece el número. Por ejemplo, si el número 37 (10) = 100101 (2) se declara un valor de tipo Integer, entonces su código directo será 0000000000100101, y si un valor de tipo LongInt, entonces su código directo será. Para una notación más compacta, a menudo se usa un código hexadecimal. Los códigos resultantes se pueden reescribir respectivamente como 0025 (16) y 00000025 (16).

El código complementario de un entero negativo se puede obtener mediante el siguiente algoritmo:

anote el código directo del módulo del número;
invertirlo (reemplazar unos con ceros, ceros con unos);
agregue uno al código de inversión.

Por ejemplo, escribamos el código adicional del número -37, interpretándolo como un valor de tipo LongInt:

el código directo del número 37 es 1
codigo inverso
código complementario o FFFFFFDB (16)

Al recibir un número con un código adicional, en primer lugar, es necesario determinar su signo. Si el número resulta ser positivo, simplemente traduzca su código al sistema numérico decimal. En el caso de un número negativo, se debe realizar el siguiente algoritmo:

restar 1 del código;
invertir el código;
convertir a notación decimal. Anote el número resultante con un signo menos.

Ejemplos. Anotemos los números correspondientes a los códigos complementarios:

0000000000010111.
Dado que cero está escrito en el bit más significativo, el resultado será positivo. Este es el código del número 23.
1111111111000000.
Aquí está el código de un número negativo, ejecutamos el algoritmo:
1. 1111111111000000 (2) - 1 (2) = 1111111110111111 (2) ;
2. 0000000001000000;
3. 1000000 (2) = 64 (10)

Se utiliza un método ligeramente diferente para representar números reales en la memoria de una computadora personal. Considere la representación de cantidades con punto flotante.

Cualquier número real se puede escribir en la forma estándar M * 10 p, donde 1 ≤ M< 10, р- целое число. Например, 120100000 = 1,201*10 8 . Поскольку каждая позиция десятичного числа отличается от соседней на степень числа 10, умножение на 10 эквивалентно сдвигу десятичной запятой на 1 позицию вправо. Аналогично деление на 10 сдвигает десятичную запятую на позицию влево. Поэтому приведенный выше пример можно продолжить: 120100000 = 1,201*10 8 = 0,1201*10 9 = 12,01*10 7 ... Десятичная запятая плавает в числе и больше не помечает абсолютное место между целой и дробной частями.

En la notación anterior, M se llama mantisa números, yp es su ordenado... Para mantener la máxima precisión, las computadoras casi siempre almacenan la mantisa en una forma normalizada, lo que significa que la mantisa en este caso es un número que se encuentra entre 1 (10) y 2 (10) (1 ≤ М< 2). Основные системы счисления здесь, как уже отмечалось выше,- 2. Способ хранения мантиссы с плавающей точкой подразумевает, что двоичная запятая находится на фиксированном месте. Фактически подразумевается, что двоичная запятая следует после первой двоичной цифры, т.е. нормализация мантиссы делает единичным первый бит, помещая тем самым значение между единицей и двойкой. Место, отводимое для числа с плавающей точкой, делится на два поля. Одно поле содержит знак и значение мантиссы, а другое содержит знак и значение порядка.

Ordenador personal IBM PC con coprocesador matemático 8087 permite trabajar con los siguientes tipos válidos (el rango de valores se indica en valor absoluto):

Puede ver que el bit más significativo, asignado a la mantisa, es el número 51, es decir, la mantisa ocupa los 52 bits menos significativos. La barra aquí indica la posición del punto binario. El punto decimal debe estar precedido por un bit de la parte entera de la mantisa, pero como siempre es igual a uno, este bit no se requiere aquí y el bit correspondiente no está en la memoria (pero está implícito). El valor de la orden no se almacena aquí como un entero en complemento a dos. Para simplificar los cálculos y comparar números reales, el valor del pedido en la computadora se almacena en el formulario número desplazado, es decir. se agrega un desplazamiento al valor actual del pedido antes de almacenarlo en la memoria. El desplazamiento se elige de modo que cero corresponda al valor mínimo del pedido. Por ejemplo, para Double, el orden es de 11 bits y varía de 2 -1023 a 2 1023, por lo que el desplazamiento es 1023 (10) = 1111111111 (2). Finalmente, el bit 63 indica el signo del número.

Así, de lo anterior, se sigue el siguiente algoritmo para obtener una representación de un número real en la memoria de la computadora:

convertir el módulo de un número dado al sistema numérico binario;
normalizar un número binario, es decir escribir en la forma M * 2 p, donde M es la mantisa (su parte entera es igual a 1 (2)) y R- el orden escrito en el sistema numérico decimal;
agregar una compensación a la orden y convertir la orden de compensación al sistema numérico binario;
teniendo en cuenta el signo del número dado (0 - positivo; 1 - negativo), escriba su representación en la memoria de la computadora.

Ejemplo. Anotemos el código del número -312.3125.