Как компьютер обрабатывает информацию. Виды информации, обрабатываемые компьютером (числовая, символьная, графическая, звуковая) Компьютер обрабатывает самую разную информацию

Случай на экзамене.
Профессор. Как работает трансформатор?
Студент. У-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у…

Мы давно уже привыкли к персональным . Включаем их и работаем, собственно говоря, ни мало не задумываясь над тем, как они устроены и как работают. Все это благодаря тому, что разработчики ПК и программного обеспечения к ним научились создавать надежные продукты, которые не дают нам повода лишний раз задуматься над устройством компьютера или обслуживающих его программ.

Тем не менее, вероятно, читателям блога небезынтересно узнать о принципах работы компьютера и программного обеспечения. Этому и будет посвящена серия статей, которые публикуются в рубрике «Как работает ПК».

Как работает ПК: часть 1. Обработка информации

Компьютер для автоматизации процессов обработки информации. Он устроен соответствующим образом, чтобы иметь все возможности для успешного выполнения своего предназначения.

Для того чтобы обрабатывать в компьютере информацию, с ней необходимо делать следующие основные операции:

– вводить информацию в компьютер:

Эта операция нужна для того, чтобы компьютеру было что обрабатывать. Без возможности ввода информации в компьютер он становится как бы вещью в себе.

– хранить введенную информацию в компьютере:

Очевидно, что если дать возможность вводить информацию в компьютер, то надо и иметь возможность эту информацию в нем хранить, и затем использовать в процессе обработки.

– обрабатывать введенную информацию:

Здесь надо понимать, что для обработки введенной информации нужны определенные алгоритмы обработки, иначе ни о какой обработке информации речи быть не может. Компьютер должен быть снабжен такими алгоритмами и должен уметь их применять к вводимой информации с тем, чтобы «правильно» преобразовывать ее в выходные данные.

– хранить обработанную информацию ,

Так же как и с хранением введенной информации, в компьютере должны храниться результаты его работы, результаты обработки входных данных с тем, чтобы в дальнейшем ими можно было бы воспользоваться.

– выводить информацию из компьютера :

Эта операция позволяет вывести результаты обработки информации в удобочитаемом для пользователей ПК виде. Понятно, что данная операция дает возможность воспользоваться результатами обработки информации на компьютере, иначе эти результаты обработки так и остались бы внутри компьютера, что сделало бы их получение совершенно бессмысленным.

Самое важное умение компьютера – это обработка информации, так как его прелесть как раз и состоит в том, что он может информацию преобразовывать. Все устройство компьютера обусловлено требованием обработки информации в кратчайшие сроки, наиболее быстрым способом.

Под обработкой информации на компьютере можно понимать любые действия, которые преобразуют информацию из одного состояния в другое. Соответственно, компьютер имеет специальное устройство, называемое , которое предназначено исключительно для чрезвычайно быстрой обработки данных, со скоростями, доходящими до миллиардов операций в секунду.

Процессор

Требуемые для обработки данные процессор получает (берет) из – от устройства, предназначенного для временного хранения как входных, так и выходных данных. Там же в оперативной памяти находится и место для хранения промежуточных данных, формируемых в процессе обработки информации. Таким образом, процессор как получает данные из оперативной памяти, так и записывает обработанные данные в оперативную память.

Оперативная память (ОЗУ)

Наконец, для ввода и вывода данных к компьютеру подключаются , которые позволяют вводить информацию, подлежащую обработке, и выводить результаты этой обработки.

Внешний винчестер, внешнее DVD-устройство, флешка, клавиатура, мышь

Процессор и оперативная память работают с одинаково большой скоростью. Как уже говорилось выше, скорость обработки информации может составлять многие миллионы и миллиарды операций в секунду. Никакое внешнее устройство ввода и вывода информации не может работать на таких скоростях.

Поэтому для их подключения в компьютере предусмотрены специальные контроллеры устройств ввода-вывода . Их задача состоит в том, чтобы согласовать высокие скорости работы процессора и оперативной памяти с относительно низкими скоростями ввода и вывода информации.

Эти контроллеры подразделяются на специализированные, к которым могут быть подключены только специальные устройства, и универсальные. Примером специализированного устройства контроллера служит, например, видеокарта, которая предназначена для подключения к компьютеру монитора.

Универсальный – значит пригодный для многих целей, выполняющий разнообразные функции. Давайте вспомним Компьютер – универсальная машина для работы с информацией в самых разных видах человеческой деятельности. !! Обработка информации Передача информации Хранение информации

Наука информатика занимается изучением всевозможных способов передачи, хранения и обработки информации. Давайте вспомним Данными называют самую разнообразную информацию, представленную в форме, пригодной для обработки компьютером. Компьютер обрабатывает данные по заданным программам. !!

Аппаратное обеспечение ПК Основные устройства Системный блок Монитор Клавиатура Дополнительные устройства Устройства ввода Устройства вывода Устройства хранения Устройства передачи Минимально необходимый комплект для работы пользователя Расширяет возможности пользователя Устройства ПК Компьютер (вычислитель) – электронная машина для работы с информацией

Главным в компьютере является системный блок, включающий в себя процессор, оперативную память, жёсткий диск, блок питания и другие составляющие. Как устроен компьютер ПроцессорПроцессор Долговременная память память (жесткий диск) Долговременная память память (жесткий диск) Оперативная память Блок питания Другие составляющие

НЖМД (винчестер) НГМД CD и DVD-ROM CD и DVD-RW Флэш-память Съемные диски Карты памяти Устройства памяти и обработки ВНУТРЕННЯЯВНЕШНЯЯ долговременная Оперативная память (ОЗУ - RAM) Постоянная память (ПЗУ - ROM) Кэш-память ОБРАБОТКА Процессор Память состоит из ячеек одинакового размера (1 байт = 8 бит). Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес.

Самое главное Изучением всевозможных способов передачи, хранения и обработки информации занимается наука информатика. Хранить, обрабатывать и передавать информацию человеку помогает компьютер универсальная машина для работы с информацией. В аппаратном обеспечении компьютера различают устройства ввода, обработки, хранения и вывода информации. Устройства ввода информации это клавиатура, мышь, сканер, микрофон и др. Устройство обработки информации процессор. Устройства хранения информации оперативная память, внешняя память на жёстких дисках. Устройства вывода информации монитор, принтер, акустические колонки.

Информация Сведения об интересующем нас предмете Компьютер Универсальное програмноуправляемое устройство для обработки информации Процессор Устройство, предназначенное для вычислений, обработки информации и управления работой компьютера Оперативная память Информация в этой памяти находится только во время работы компьютера Жесткий диск Используется для длительного хранения информации Клавиатура Устройство для ввода информации путем нажатия клавиш Монитор Устройство визуального отображения информации Мышь Устройство для быстрого перемещения по экрану и выбора нужной информации Принтер Устройство для печати информации на бумаге Данные Информация, представленная в форме, пригодной для обработки компьютером Аппаратное обеспечение Совокупность всех устройств компьютера Вопросы и задания?? 15 стр. 14

Найдите и зачеркните «лишнее» устройство в каждой группе. Вопросы и задания?? Графопостроитель Джойстик Принтер Монитор Графопостроитель Джойстик Принтер Монитор Сканер Клавиатура Монитор Микрофон Сканер Клавиатура Монитор Микрофон Клавиатура Мышь Сканер Акустические колонки Клавиатура Мышь Сканер Акустические колонки Принтер Монитор Сканер Наушники Принтер Монитор Сканер Наушники Проверка 17 стр. 15

Вот мы уже познакомились с устройством компьютера… Но так и не поняли главного – как именно он работает? На каком языке общается с человеком? Как удается ему понимать и обрабатывать столько разной информации – текст, картинки, звуки?

Человеку это удается просто – мы даже не задумываемся, как именно наш мозг справляется со всеми этими видами информации. Но ведь компьютер – не человек. Ни глаз, ни ушей у него нет, нет и мозга – в привычном нам значении этого слова. Думать, рассуждать компьютер не может. А значит, нужно как-то переводить все информацию, которую мы «скармливаем» нашему компьютеру, на понятный ему язык.

А понимает компьютер только один язык – цифровой! А в его азбуке нет букв – одни цифры – не зря же компьютерный язык называют еще и «цифровым». Да и цифр немного – всего две: 0 и 1.

Хорошая азбука, что и говорить! Такую даже первоклассник выучит за секунду… Да только мала - много ли слов составишь из ее «букв»?

Немного. Но для компьютера - вполне достаточно. «Слова» эти, в отличие от человеческого языка, одинаковы по длине, в каждом из них - ровно восемь знаков. И выглядят эти «слова» вот так:
10101000 10001111 10000110

Такая система счета называется «двоичной» - именно потому, что основана она всего на двух цифрах. Но благодаря ей можно описать все, что угодно: каждое двоичное «слово» может обозначать не только цифры, но и буквы…

Вот в бесконечный ряд этих «слов» и превращается вся информация, которая поступает в компьютер. И именно в таком виде она хранится и обрабатывается - а затем, когда это нужно человеку, снова превращается в привычные звуки, буквы, картинки…

Почему был выбран именно такой, не самый удобный и практичный «алфавит»? Причина проста: ведь вся информация в компьютере переносится электрическим током - точно так же, как кровь разносит кислород по всему нашему телу. А какой самый простой способ заставить ток передавать информацию? Либо дать ему доступ к какому-то важному участку, либо нет. Если сигнал есть - мы получаем единицу. Нет тока - понятное дело, перед нами ноль. Если бы мы захотели заложить в компьютерный алфавит большее количество сигналов, нам пришлось бы проделывать с электрическим током более сложные операции - например, постоянно менять напряжение. А так все удобно и просто - либо сигнал есть, либо его нет!

Конечно, двоичные числа иногда кажутся громоздкими – например, число 254 в двоичной системе выглядит так:
11111110

Но это только кажется. И вот тебе очень простой, но впечатляющий фокус для ваших знакомых. Как ты думаешь, сколько числе можно показывать с помощью пальцев рук? Тебе кажется – десять? А вот и не угадали: в двоичной системе с помощью десяти пальцев ты сможешь показать 1024 числа – любое число от 0 до 1023!
0 на двоичном языке – это 0000000000
1023 – 1111111111

Нетрудно догадаться, что двоичный «ноль» будет соответствовать согнутому пальцу, а единица-разогнутому!

Точно так же ты сможешь доказать, что число 4 и 100 – это одно и то же. И это правда – если число 4 принадлежит к нашей, десятичной системе, а 100 – к двоичной.

Почти в каждом доме есть компьютер и даже не один, а несколько. Но мало кто понимает, как компьютер обрабатывает информацию и понимает нас. Если вы недавно закончили школу или еще учитесь, то на уроках информатики наверняка проходили эту тему, а вот более старшее поколение этого наверняка не знает и даже не задумывается о том, что «разговаривает» с компьютером на языке цифр в двоичной системе исчисления.

Вся цифровая информация передается в битах. Бит – это единица информации, которую понимает компьютер. Все, что мы делаем на компьютере переводится в специальный двоичный код , который состоит из 0 и 1. Если есть сигнал, то это 1, если сигнала нет, то это 0. Для компьютера это не числа, а сигналы. Есть сигнал, нет сигнала. Любую цифру компьютер понимает по своему – в двоичной системе.

0 — 0 (ноль)

1 — 1 (один)

2 — 10 (один-ноль) (одна единица второго разряда)

3 — 11 (один-один)

4 — 100 (один-ноль-ноль) (одна единица третьего разряда

5 — 101 (один-ноль-один)

6 — 110 (один-один-ноль)

7 — 111 (один-один-один)

8 — 1000 (один-ноль-ноль-ноль) (одна единица четвертого разряда)

9 — 1001 (один-ноль-ноль-один)

10 – 1010 (один-ноль-один-ноль)

Если вы хотите понять язык компьютера, необходимо изучить двоичную систему исчисления.

Нули и единицы в компьютере называют битами , а группы из восьми битов называют байтами .

В один байт можно записать число от 0 до 255.

В двух байтах можно записать число от 0 до 65535.

В трех байтах можно записать число от 0 до 16 миллионов.

Например,

число 2000 = 00000111 11010000

записывается в двух байтах, по 8 битов в каждом.

С числами более-менее понятно, а как же компьютер понимает текст?

Любые буквы компьютер переводит в числа. Превратив букву в число, компьютер превращает число в сигналы и записывает их, как и числа, — битами, из которых собираются байты:

А – 192 – 11000000

Б – 193 — 11000001

В – 194 – 11000010

Г – 195 — 11000011

Полная таблица кодов русского алфавита Ascii

Нажимая на клавишу клавиатуры вы даете компьютеру сигнал в двоичной системе исчисления, (каждой клавише соответствует свой код). Он понимает ее и при помощи специальной программы переводит этот сигнал в понятный для нас символ и выводит его на монитор. Грубо говоря, получается, что клавиатура служит переводчиком между нами и компьютером.

Тоже самое происходит и с графической информацией. Для того, чтобы сохранить картинку и работать с ней на компьютере, ее необходимо превратить в сигналы, т.е. оцифровать . Для этой цели можно воспользоваться или цифровым фотоаппаратом или видеокамерой.

Каждая точка имеет свой код:

Черная точка: 0, 0, 0;

Белая точка: 255, 255, 255;

Коричневая: 153, 102, 51;

И т. д. У каждого цвета – свой шифр (цветовой код).

Таблица
соответствия цветов их шестнадцатиричным
RGB-составляющим .

Русское название	In English	Код / Сode
Белоснежный	Snow	FFFAFA
Призрачно-белый	Ghostwhite	F8F8FF
Белый-антик	Antique White	FAEBD7
Кремовый	Cream	FFFBF0
Персиковый	Peachpuff	FFDAB9
Белый-навахо	Navajo White	FFDEAD
Шелковый оттенок	Cornsilk	FFF8DC
Слоновая кость	Ivory	FFFFF0
Лимонный	Lemon Chiffon	FFFACD
Морская раковина	Seashell	FFF5EE
Медовый	Honeydew	F0FFF0
Лазурный	Azure	F0FFFF
Бледно-лиловый	Lavender	E6E6FA
Голубой с красным отливом	Lavender Blush	FFF0F5
Тускло-розовый	Misty Rose	FFE4E1
Белый	White (*)	FFFFFF
Черный	Black (*)	000000
Тускло-серый	Dim Gray	696969
Синевато-серый	Slate Gray	708090
Грифельно-серый	Light Slate Gray	778899
Серый	Gray	BEBEBE
Светло-серый	Light Gray	C0C0C0
Серый нейтральный	Medium Gray	A0A0A4
Темно-серый	Dark Gray	808080
Полуночно-синий	Midnight Blue	191970
Темно-синий	Navy (*), Dark Blue	000080
Васильковый	Cornflower	6495ED
Грифельно-синий	Slate Blue	6A5ACD
Светлый грифельно-синий	Light Slate Blue	8470FF
Голубой королевский	Royal Blue	4169E1
Синий	Blue	0000FF
Небесно-голубой	Sky Blue	87CEEB
Небесно-голубой светлый	Light Sky Blue	87CEFA
Синий со стальным оттенком	Steel Blue	4682B4
Голубой со стальным оттенком	Light Steel Blue	B0C4DE
Светло-синий	Light Blue	A6CAF0
Синий с пороховым оттенком	Powder Blue	B0E0E6
Бледно-бирюзовый	Pale Turquoise	AFEEEE
Бирюзовый	Turquoise	40E0D0
Зеленовато-голубой	Cyan (*)	00FFFF
Светлый циан	Light Cyan	E0FFFF
Темный циан	Dark Cyan	008080
Серо-синий	Cadet Blue	5F9EA0
Аквамарин	Aquamarine	7FFFD4
Цвет морской волны	Seagreen	54FF9F
Цвет морской волны, светлый	Light Seagreen	20B2AA
Бледно-зеленый	Pale Green	98FB98
Весенне-зеленый	Spring Green	00FF7F
Зеленая лужайка	Lawn Green	7CFC00
Зеленый	Green (*)	00FF00
Средне-зеленый	Medium Green	C0DCC0
Темно-зеленый	Dark Green	008000
Зеленовато-желтый	Chartreuse	7FFF00
Зелено-желтый	Green Yellow	ADFF2F
Лимонно-зеленый	Lime Green	32CD32
Желто-зеленый	Yellow Green	9ACD32
Зеленый лесной	Forest Green	228B22
Хаки	Forest Green	F0E68C
Бледно-золотистый	Pale Goldenrod	EEE8AA
Светло-желтый золотистый	Light Goldenrod Yellow	FAFAD2
Светло-желтый	Light Yellow	FFFFE0
Желтый	Yellow (*)	FFFF00
Темно-желтый	Dark Yellow	808000
Золотой	Gold	FFD700
Светло-золотистый	Light Goldenrod	FFEC8B
Золотистый	Goldenrod	DAA520
Желтоватый	Burly Wood	DEB887
Розово-коричневый	Rosy Brown	BC8F8F
Кожано-коричневый	Saddle Brown	8B4513
Охра	Sienna	A0522D
Бежевый	Beige	F5F5DC
Пшеничный	Wheat	F5DEB3
Рыжевато-коричневый	Tan	D2B48C
Шоколадный	Chocolate	D2691E
Кирпичный	Firebrick	B22222
Коричневый	Brown	A52A2A
Сомон	Salmon	FA8072
Светлый сомон	Light Salmon	FFA07A
Оранжевый	Orange	FFA500
Коралловый	Coral	FF7F50
Коралловый светлый	Light Coral	F08080
Оранжево-красный	Orange Red	FF4500
Красный	Red (*)	FF0000
Темно-красный	Dark Red	800000
Теплый розовый	Hot Pink	FF69B4
Розовый	Pink	FFC0CB
Светло-розовый	Light Pink	FFB6C1
Красно-фиолетовый бледный	Pale Violet Red	DB7093
Темно-бордовый	Maroon (*)	B03060
Красно-фиолетовый	Violet Red	D02090
Фуксин	Magenta (*)	FF00FF
Фуксин темный	Dark Magenta	800080
Фиолетовый	Violet	EE82EE
Темно-фиолетовый	Plum	DDA0DD
Орсель	Orchid	DA70D6
Фиолетово-синий	Blue Violet	8A2BE2
Пурпурный	Purple	A020F0

Если каждый цвет передавать тремя байтами, то можно зашифровать более 16 миллионов цветов.

Звук и видеоинформация тоже оцифровывается, и переводится в биты и байты. Для этого служит .

Вот таким образом компьютер понимает нас и обрабатывает всю информация. Весь мир вокруг состоит из цифр и сигналов.

Глава 1. Функции компьютера

Структура и функции компьютера, если рассматривать их на самом верхнем уровне абстракции, по существу довольно просты.

В самом общем смысле таких функций всего четыре:

Обработка данных;

Хранение данных;

Перемещение данных;

Управление.

На рис. 1.1 представлены ба­зовые функции, которые выполняет компьютер.

ОПЕРАЦИОННАЯ СРЕДА (источники и приемники данных)

Рис. 1.1. Базовые функции компьютера

Компьютер, естественно, в первую очередь обязан обрабатывать данные , которые могут принимать самые разные формы, а диапазон выполняемых опе­раций по их обработке также может быть очень широк. Однако, как будет показано ниже, все разнообразие операций может быть сведено к немногим базовым типам или методам обработки.

Существенное место занимает и функция хранения данных . Даже если компьютер обрабатывает данные на ходу, т.е. по мере их поступления из внешней среды, причем результат также немедленно отправляется получателю, компьютер должен обладать способностью, хотя бы временно, хранить промежу­точные результаты и фрагменты данных, которые обрабатываются в текущий момент времени. Таким образом, компьютер должен выполнять функцию хранения данных хотя бы и на короткое время. Но в большинстве случаев этого недоста­точно. От компьютера чаще всего требуется выполнение функции долговремен­ного хранения данных, которые могут обрабатываться или обновляться по мере необходимости.

Компьютер должен также обладать способностью перемещать данные , при­чем в обе стороны, т.е. получать первичные данные из внешней среды и отправлять результаты обработки внешним абонентам. Среда, в которой "живет" компьютер, состоит из устройств, играющих либо роль источников данных, либо роль приемников информации. Процесс перемещения данных между компьютером и внешней средой принято называть процессом ввода-вывода , а устрой­ства, входящие в состав операционной среды, - периферийными устройствами (или устройствами ввода-вывода). Когда данные передаются на большое расстояние, т.е. выполняется обмен дан­ными с удаленными устройствами, этот процесс принято называть передачей данных .

И, наконец, все эти три функции должны выполняться в определенной последовательности, т.е. от компьютера требуется еще и выполнение функции управления . В конечном счете, функция управления, в основном, ложится на пле­чи того, кто снабжает компьютер последовательностью команд - программы. В самом же компьютере функция управления сводится к распределению ресурсов и "дирижированию" выполнением других функций в процессе выполнения команд, заданных программой.

На этом, самом общем, уровне анализа множество операций, выполняемых в компьютере, можно разделить на ограниченное число видов. На рис. 1.2 схематически показаны четыре основных вида операций.

Рис. 1.2. Основные типы операций в компьютере:

а - перемещения данных от одного абонента к другому;

б - хранение данных; в, г - преобразование данных.

Компьютер может работать как устройство перемещения данных от одного абонента к дру­гому (рис.1.2,а), причем данные передаются без изменения смысла содержащей­ся в них информации.

Второй вариант - компьютер функционирует как устрой­ство хранения данных (рис. 1.2,6), обеспечивая циркуляцию информации в обе стороны между периферийными устройствами и средствами выполнения функ­ции хранения (т.е. данные записываются в компьютер или считываются из компьютера).

Последние два варианта включают обработку (преобразование) дан­ных - преобразуемые данные либо извлекаются из хранилища, и туда же от­правляются результаты (рис. 1.2,в), либо данные поступают из внешней среды, а результаты отправляются в хранилище (рис.1.2, г).

Приведенные рассуждения могут показаться слишком уж абстрактными, обобщенными настолько, что не имеют никакого практического применения. Но это не так - даже на верхнем уровне абстрагирования можно было бы более подробно дифференцировать его функции.

Возможности подстройки конфигурации компьютера под пере­чень выполняемых функций очень ограничены. Основная тому причина - компьютер по самой своей природе ориентирован на выполнение самых разнообразных задач, а потому практически вся его специализация проявляется на стадии программирования, а не на стадии проектирования.

На рис. 1.3 в самом общем виде представлен компьютер в его отношениях с внешним миром. Компьютер является объектом, способным некоторым образом взаимодействовать с внешней по отношению к нему средой через связи, которые можно разделить на две группы - связи с локальным периферийным оборудо­ванием и связи для передачи данных на большое расстояние. В дальнейшем внимание, в ос­новном, будет сосредоточено на внутренней структуре компьютера.

Рис. 1.3. Компьютер как элемент информационной среды

На рис. 1.4 в самом общем виде представлена внутренняя структура компьютера.

Рис. 1.4. Внутренняя структура компьютера

Основные компоненты структуры компьютера:

процессор - управляет функционированием всей системы и выполняет функции обработки информации.

оперативная память - хранит программы и всю информацию, необходимую для ихвыполнения.

устройства ввода-вывода - перемещают данные между компьютером и внешним миром.