Сейчас на сайте
Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Компьютер - инструмент обработки цифровой информации

Компьютер — это инструмент для обработки информации. Логика компьютера вытекает из реалий его мира, в котором он существует. К сфере его "размышлений" принадлежат продукты машинного производства — большие серии однотипных объектов, различающихся лишь номерами. Компьютер отличит яйцо от курицы лишь по номеру, и не по какому другому признаку (цвет, запах, форма, здравый смысл, наконец). Все это компьютеру недоступно в их естественном виде. Вот если перевести цвет, запах, форму и т.д. в цифры (в числа), то курица и яйцо представлять собой всего лишь разные последовательности двоичных цифр, и вот тут уже компьютер вступает в свои права и моментально отличит одно от другого. Прежде чем предоставить компьютеру информацию, ее надо предварительно оцифровать, представить в виде цепочек чисел, причем эти числа будут составлены всего из двух элементов — 0 и 1 (есть ток – нет тока).

Мы живем в мире аналоговой информации. Мы ориентируемся в событиях и явлениях по их аналогиям, и соответственно строим приборы по аналоговому принципу. Компьютер же аналогии не приемлет, ему необходимо предоставлять информацию в двоичных числах. Двоичное представление информации лежит в основе любого современного цифрового компьютера. Прежде чем отправить информацию в компьютер, ее надо преобразовать в двоичный вид. А цифровые устройства на выходе компьютера возвращают информации ее первоначальную форму. Каждое такое цифровое устройство можно представить как набор переключателей, управляющих потоком электронов. Эти переключатели (обычно из кремния) очень малы и срабатывают под действием электрических зарядов чрезвычайно быстро, тем самым обрабатывают информацию в цифровой форме (подсчитывают нули и единицы). Проходя затем через соответствующие конечные цифровые устройства — воспроизводят текст на экране монитора персонального компьютера, музыку на проигрывателе компакт-дисков или команды банкомату, который выдает вам наличные деньги

Вот несколько примеров аналоговой и соответствующей ей цифровой информации. Запись на виниловой (граммофонной) пластинке — это аналоговое представление звуковых колебаний. Звук (аудиоинформация) хранится на ней в виде микроскопических бугорков, расположенных в длинных спиральных канавках. Двигаясь по канавке, иголка звукоснимателя попадает на бугорки и вибрирует. Ее вибрация усиливается и звучит из динамиков как музыка. Если музыка звучит громче, значит, бугорки глубже врезаются в канавку, если нота выше, — значит, бугорки располагаются ближе друг к другу, теснее. Бугорки являются аналогами исходных колебаний — звуковых волн, улавливаемых микрофоном. Та же информация (музыка) в цифровом виде хранится на компакт-диске как микроскопическая впадинка на поверхности этого диска. Таких впадинок на диске более 5 миллиардов. Лазерный луч внутри проигрывателя компакт-дисков (цифрового устройства) проходит по каждой впадинке, а специальный датчик определяет состояние этой впадинки (0 или 1). Полученную информацию проигрыватель реконструирует в исходную музыку, генерируя определенные электрические сигналы, которые динамики преобразуют в звуковые волны.

Еще пример. Пусть имеется несколько осветительных приборов разной мощности (например, электрические лампочки). Мы говорим — сделай светлее/темнее и включаем/гасим в какой-то комбинации несколько ламп. Понятно, что на следующий день мы не сделаем точно такого же освещения, как накануне, а будем опять включать или гасить лампы «на глаз «, ориентируясь на аналогию — на нашу память. А если придет другой человек, и мы начнем ему объяснять, как нужно включить или погасить лампы, чтобы освещение стало как в прошлый раз, то вероятность расхождения еще больше усиливается. Но можно эту информацию перевести в цифровую форму и тогда уже вероятность ошибки будет равна нулю. Как это сделать? Нужно перенумеровать все лампы и сказать так: включи первую, вторую, пятую и восьмую, то есть информация будет звучать так: 1-2-5-8, или, предварительно расположив (мысленно или на самом деле) лампы в ряд, условившись, что включенная лампа будет обозначаться как 1, а выключенная как 0, тот же ответ приобретет такой вид — 11001001. Вот это уже информация в цифровой (двоичной) форме, и любой человек в любой день, зная этот шифр, сделает освещение точно такое же, какое было вчера или сто лет назад. То есть цифровая информация не искажается в принципе. Пожелание, выраженное в цифровой форме, будет выполнено безошибочно, и уровень освещения не будет зависеть от конкретных людей, как в аналоговом варианте. В аналоговом варианте точность воспроизведения освещения будет приблизительной, в цифровом варианте — абсолютной.

Аналоговыми устройствами являются обычные магнитофоны, фотоаппараты, видеокамеры, телефоны. Например, в случае с магнитофоном аналогом звука выступает намагниченность пленки. Даже телефоны с процессорами (кнопочные) представляют собой аналоговые устройства, потому что посылают аналоговый сигнал, и удобства, идущие от чипа (запоминание номеров, дозвон, дисплей и другие), картины не меняют.

Любой вид информации можно преобразовать в числа, пользуясь только нулями и единицами. Такие числа называются двоичными. Каждый ноль или единица — это бит информации (binary digit — "двоичная цифра"). Бит ( bit ) - единица информации в компьютере представляющая собой двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Количество двоичных разрядов часто используется как характеристика "вычислительной мощности" микропроцессора (бывают 16-битовые или 32-битовые микропроцессоры). Бит - атом информации, ее минимальная порция. Это ответ ДА или НЕТ на один вопрос, 0 или 1 в одном разряде двоичного числа. Термины "8-разрядный, 16-разрядный, 32разрядный" и т. д. говорят о том, сколько бит одновременно обрабатывает устройство или программа. Чем больше это число, тем мощнее соответствующий микропроцессор. Преобразованную таким образом информацию можно передать компьютерам и хранить в них как длинные строки бит. Эти числа и подразумеваются под цифровой информацией.

Таким образом, вычислительная машина (компьютер) имеет дело не с реальной действительностью, а с ее математическими моделями, которые строит человек, одаренный чувством числа. Конечно, на физическом уровне, в памяти компьютера не существует никаких двоичных чисел, а только электрические элементы, которые могут находиться либо в возбужденном, либо в невозбужденном состоянии. Однако при программировании удобно не учитывать этот факт, а представлять себе, что в компьютере действительно фигурируют единицы и нули.

Система перевода выглядит как создание числовых и формульных отображений реальных событий. Человек (математик и программист) реконструирует реальное событие, явление, факт в виде математических абстракций четкой формы, создает математический мир — как только возможно приближенный к реальному миру по своим параметрам, а затем передает свое творение в виде нулей и единиц компьютеру.

Однако двух цифр мало для перевода на машинный язык событий и явлений реальной жизни. Из двух цифр (0 и 1) можно составить всего четыре комбинации: 00, 01, 11, 10.

Первый шаг к сближению языка битов и языка людей — объединение 8 бит в один байт. Байт ( byte ) – единица хранения и передачи данных в компьютере. Байт состоит из 8 битов, что позволяет получить 256 разных комбинаций 1 и 0. Этого с избытком хватает, чтобы закодировать буквы русского и английского алфавитов, цифры и ряд других символов. Каждой комбинации из 8 бит ставится в соответствие одна буква, цифра или другой символ, понятный человеку. Все это закреплено в международных соглашениях. Соответствие между набором букв и двоичными числами называется кодировкой символов.

В байтах и более крупных единицах - килобайтах (Кб,1024 байта), мегабайтах (Мб, 1024 Кб), гигабайтах (Гб, 1024 Мб) измеряют размеры файлов и емкость запоминающих устройств. Заметим, что в 1 килобайте количество байт не 1000, а 1024 (2 10 , это самое приближенное к тысяче число, т.к. 2 9 =512, а 2 11 =2048), умножение килобайта на килобайт дает 1 мегабайт, который содержит 1024х1024 байт (1048576, т.е. 2 20 ).

Двоичная система при переводе больших десятичных чисел в двоичные дает очень длинные ряды цифр. И тогда была придумана 16-тиричная система счисления: число в двоичной системе разбивается на тетрады — по четыре двоичных знака в каждой. Каждая тетрада дает 2 в четвертой степени = 16 комбинаций. Каждой из этих шестнадцати комбинаций ставится в соответствие одна десятичная цифра от 0 до 9, таким образом, обозначаются первые десять шестнадцатеричных цифр, а оставшиеся шесть шестнадцатеричных цифр обозначаются первыми шестью буквами латинского алфавита. Например, десятичное число 396 в двоичной системе обозначается как 110001100, а в шестнадцатеричной системе как 18С.