Как устроена оперативная память компьютера. Представление данных в памяти компьютера Для представления информации в памяти компьютера используются
Умные электронные машины уже давно и прочно вошли в повседневную жизнь человека. Но, несмотря на это, их устройство до сих пор вызывает элементарные вопросы у многих пользователей. Например, далеко не все знают, какие бывают виды памяти . А ведь здесь все не так уж сложно, хотя и не совсем просто. Существуют две основные разновидности – внутренняя память и внешняя, которые, в свою очередь, имеют собственную градацию.
Виды внутренней памяти компьютера
Внутренняя память называется так потому, что она встроена в основные блоки компьютера и является неотъемлемым элементом системы, обеспечивающим ее работоспособность. Удалить или извлечь ее без негативных последствий невозможно. Различают следующие ее виды:
- оперативная – представляет собой набор программ и алгоритмов, необходимых для работы миикропроцессора;
- кэш-память – это своеобразный буфер между оперативкой и процессором, который обеспечивает оптимальную скорость выполнения системных программ;
- постоянная – закладывается при изготовлении компьютера на заводе, в нее входят инструменты для контроля за состоянием ПК при каждой загрузке; программы, отвечающие за запуск системы и исполнение основных действий; программы настройки системы;
- полупостоянная – содержит в себе данные о параметрах настройки конкретного ПК;
- видеопамять – в ней сохраняются видеофрагменты, которые должны выводиться на экран, является частью видеоконтроллера.
Виды оперативной памяти компьютера
Быстродействие и «интеллектуальный уровень» компьютера во многом определяются его оперативной памятью. В ней хранятся данные, используемые во время активной работы электронной машины. Она также может быть разных видов, но чаще всего используются блоки DDR, DDR2,DDR3. Различаются они количеством контактов и скоростными характеристиками.
Виды внешней памяти компьютера
Внешняя память компьютера представлена различными видами съемных носителей информации. На сегодняшний день основными из них являются жесткие диски, usb-накопители, или флешки и карты памяти. Устаревшими считаются лазерные диски и дискеты. Но , хотя и является съемным, все же используется в качестве вместилища постоянной памяти и без него компьютер работать не будет. Однако его можно свободно достать и переместить в другой системный блок, поэтому его и относят к категории внешних устройств памяти.
Слайд 1
Описание слайда:
Слайд 2
Описание слайда:
Единицы измерения информации Единица информации называется битом. Термин "бит" предложен как аббревиатура от английского словосочетания "Binary digit", которое переводится как "двоичная цифра". 1 бит информации - количество информации, посредством которого выделяется одно из двух равновероятных состояний объекта. В компьютерной технике бит соответствует физическому состоянию носителя информации: намагничено - не намагничено, есть отверстие - нет отверстия. При этом одно состояние принято обозначать цифрой 0, а другое - цифрой 1. Выбор одного из двух возможных вариантов позволяет также различать логические истину и ложь. Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием (binary encoding).
Слайд 3
Описание слайда:
Слайд 4
Описание слайда:
Слайд 5
Описание слайда:
Слайд 6
Описание слайда:
Переполнение Если теперь внимательно посмотреть на полученные результаты, то можно заметить, что при последовательном увеличении на единицу мы доходим до максимального значения и возвращаемся к минимальному. При вычитании единицы получается обратная картина. Подобные свойства поведения чисел можно отобразить вместо традиционного отрезка математической числовой оси замкнутой окружностью. Обсуждаемая проблема выхода за отведенную разрядную сетку машины занимает важное место в реализации компьютерной арифметики и называется переполнением. Ситуация эта не совсем нормальная и для получения достоверных результатов ее следует избегать. Положение осложняется тем, что для процессора описанные результаты не являются чем-то "угрожающим", и он "спокойно" продолжает вычисления. Единственная тонкость заключается в том, что сам факт переполнения всегда фиксируется путем установки в единицу специального управляющего бита, который последующая программа имеет возможность проанализировать. Образно говоря, процессор "замечет" переполнение, но предоставляет программному обеспечению право принять решение реагировать на него или проигнорировать.
Слайд 7
Описание слайда:
Целые числа со знаком Для того, чтобы различать положительные и отрицательные числа, в двоичном представлении чисел выделяется знаковый разряд. По традиции для кодирования знака используется самый старший бит, причем нулевое значение в нем соответствует знаку "+", а единичное – минусу. Подчеркнем, что с точки зрения описываемой системы кодирования число ноль является положительным, т.к. все его разряды, включая и знаковый, нулевые. Представление положительных чисел при переходе от беззнаковых чисел к целым со знаком сохраняется, за исключением того, что теперь для собственно числа остается на один разряд меньше. Первое, что приходит в голову, это кодировать отрицательные значения точно так же, как и положительные, только добавлять в старший бит единицу. Подобный способ кодирования называется прямым кодом.
Слайд 8
Описание слайда:
Слайд 9
Описание слайда:
Представление вещественных чисел Принципиальное отличие между вещественными и целыми числами: целые числа дискретны, и отсюда (если не брать во внимание эффект переполнения) каждому целому числу соответствует уникальный двоичный код; вещественные числа, напротив, непрерывны, а значит, не могут быть полностью корректно перенесены в дискретную по своей природе вычислительную машину. Это означает, что некоторые вещественные числа, незначительно отличающиеся друг от друга, могут иметь одинаковый код. Существует два способа представления вещественных чисел: с фиксированной и с плавающей запятой. В старых машинах, использовавших фиксированное размещение запятой, положение последней в разрядной сетке ЭВМ было заранее обусловлено – раз и навсегда для всех чисел и для всех технических устройств. Поэтому отпадала необходимость в каком-либо способе ее указания во внутреннем представлении чисел. Все вычислительные алгоритмы были заранее "настроены" на это фиксированное размещение.
Слайд 10
Описание слайда:
Слайд 11
Описание слайда:
Слайд 12
Описание слайда:
Слайд 13
Описание слайда:
Слайд 14
Описание слайда:
Слайд 16
Слайд 17
Описание слайда: Описание слайда:
Универсальная система кодирования текстовых данных Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время, очевидно, что если, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим разрядом то и диапазон возможных значений кодов станет на много больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной - UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 216=65 536 различных символов - этого поля вполне достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.
Вся информация в компьютере представляется в цифровой форме. Для чисел это представление является естественным. Для нечисловой информации (например, текста) используется стандартный прием: все возможные значения нумеруются и вместо самих значений хранятся их номера (которые играют роль кодов). Так, для представлении текстовой информации используется таблица символов, содержащая все символы алфавита, которые могут встретиться в тексте, а текст, хранящийся в памяти компьютера, заменяется списком номеров символов в этой таблице. Аналогично кодируется информация других видов. В любом случае содержание представляемых нечисловых данных, хранящихся в компьютере, зависит от таблиц нумерации (называемых таблицами кодирования).
Количество двоичных разрядов, необходимых для записи одного кода при таком способе записи, зависит от общего объема таблицы. Наибольшее число, которое в двоичной системе счисления можно записать с помощью N цифр, состоит из N единиц. Это число равно 1 + 2 + 4 + ... + 2 N -1 = 2 N - 1. Например, с помощью 8 двоичных цифр можно различать 2 8 = 256 символов текста. Следовательно, для хранения кодов значений, общий объем которых равен числу M, необходимо примерно log 2 M двоичных разрядов.
Это рассуждение настолько важно для всей идеологии хранения информации в двоичном коде, что в информатике принято измерять объем данных и памяти компьютеров не в десятичной системе счисления, а в специальных единицах измерения, основанных на степенях двойки. Используя то обстоятельство, что 2 10 = 1024 не очень отличается от 10 3 = 1000, принято 1024 байта называть килобайтом (1Кб). Аналогично мегабайт (1Мб) - это 024 килобайта, а гигабайт (1Гб) - 1024 мегабайта. Количество информации в современном мире столь велико, что приходится вводить дополнительную единицу - терабайт (1Т6), равный 1024 гигабайтам. Если не нужна особая точность, то можно считать, что приблизительно 1 терабайт = 1 тыс. гигабайтов = 1 млн мегабайтов = = 1 млрд килобайтов = 1 трлн байтов.
Размерность информации За единицу информации принимают количество информации, заключенное в выборе одного из двух равновероятных событий. Эта единица называется двоичной единицей, или битом (binary digit, bit).
В информатике и вычислительной технике принята система представления данных двоичным кодом. Наименьшей единицей такого представления является бит.
Байт это группа взаимосвязанных битов. 1 байт = 8 бит. Одним байтом кодируется один символ текстовой информации.
1 Килобайт (Кб) = 1024 байт.
Однако, повсюду, где это не принципиально, считают, что 1 Кб равен 1000 байт. Условно можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста равна 2 Кб.
1 Мегабайт (Мб) = 1024 Кб.
1 Гигабайт (Гб) =1024 Мб.
1 Терабайт (Тб) = 1024 Гб.
Уже говорилось, что логически оперативная память компьютера представляет собой линейную последовательность байтов. Длина этой последовательности в современных персональных компьютерах достигает десятков и сотен мегабайтов. Еще больше память суперкомпьютеров.
Для хранения чисел в зависимости от их величины и точности выделяется несколько байтов памяти (от 1 до 10). Различают две основные формы представления числа в памяти компьютера. При первом способе все разряды выделенных для хранения числа байтов памяти последовательно нумеруются и двоичные цифры числа непосредственно записываются в соответствующие биты памяти. Один бит выделяется для представления знака числа (0 - плюс, 1 - минус). При втором способе число представляется в так называемой нормализованной (или экспоненциальной) форме: Х= М 10 n , где число М (называемое мантиссой) заключено от 1 до 10, число п (называемое порядком) - целое.
Используется несколько форматов представления целых и нормализованных чисел, которые отличаются объемом и наличием или отсутствием знакового бита. От этого зависит диапазон чисел, которые могут быть представлены в данном формате. Например, если заранее известно, что какая-то целая величина положительна и не может быть больше 255, то для ее хранения достаточно 1 байта. Для хранения величин, изменяющихся в диапазоне от -2 15 = -32 768 до 2 15 - 1 = 32 767, выделяется 2 байта. Если целое число не вмещается в этот диапазон, то для его хранения выделяется 4 байта (диапазон от -2 31 до 2 31 - 1).
В принципе, подобный подход годится и для дробных чисел. L память компьютера заносятся цифры числа, но при этом считается, что на определенном месте этой записи стоит десятичная точка. Такая форма записи называется представлением числа с фиксированной точкой. Максимальное число цифр в числе и конкретное положение запятой определяются форматом числа. Предусмотрено несколько вариантов формата представления чисел с фиксированной точкой в памяти компьютера.
Представление нормализованных чисел называется представ лением числа с плавающей точкой . Оно используется для хранения величин, которые могут принимать значения в очень большом диапазоне. В памяти компьютера порядок и мантисса хранятся отдельно в форме двоичных целых чисел со знаком. В современных компьютерах используется несколько форматов представления чисел с плавающей точкой, которые отличаются общим объемом представления чисел (6, 8 или 10 байтов), а также размерами памяти, отводимой отдельно для мантиссы и порядка. От этого зависят общий диапазон возможных значений числовой величины в компьютере и минимальная ошибка в вычислениях, проистекающая из-за невозможности запоминать в компьютере большее количество знаков после десятичной точки.
В действительности информация разнородна. Обычно делят данные на числовую, текстовую и логическую информацию. Под текстовой информацией понимается линейная последовательность символов. Для представления символа в памяти компьютера используется следующая схема: фиксируется множество допустимых символов текста (обычно их 2 8 = 256 символов), и каждому символу присваивается номер (от 0 до 255), который служит кодом символа. После этого последовательность символов заменяется на последовательность кодов, которые в памяти компьютера записываются в виде целых двоичных чисел (без знака). Код одного символа помещается в 1 байте памяти (именно поэтому исторически сложилось разбиение памяти на группы по 8 битов, так как оказалось, что оптимальное количество символов - 2 8 , а не, например, 2 9).
Множество допустимых символов и их кодов составляют таблицу кодирования символов. Естественно, эта таблица не должна зависеть от произвола программиста или производителя компьютеров, поскольку обмен информацией в этом случае будет сильно затруднен. В настоя шее время существует стандарт ASC / f (American Standard Code for Informational Interchange ), содержащий 128 основных символов (коды от 0 до 127) и 128 расширенных символов (коды от 128 до 255). Поскольку в этот стандарт не входят символы национальных алфавитов, в каждой стране 128 кодов расширенных символов (от 128 до 255) заменяются символами национального алфавита. Другими словами, каждый язык с алфавитом, отличным от английского, устанавливает свой стандарт. Осмысленный текст на одном языке будет бессмысленным на другом. Таким образом, для правильной работы с текстом важна не только сама информация, но и ее интерпретация. Программа, которая правильно интерпретирует коды символов в соответствии с таблицей кодирования в определенном алфавите, называется текстовым драйвером
Логическая величина - это величина, которая может принимать всего два значения: true и false («истина» и «ложь» ). Для хранения значения логической переменной достаточно 1 бита. Обычно значение «единица» бита памяти ассоциируется с истиной, значение «ноль» - с ложью.
Для хранения в памяти компьютера более сложных объектов, таких, как видеоизображения или звуки, описания этих объектов преобразуются в числовую форму. Существует достаточно много способов кодирования такого вида информации, но в итоге изображение или звук представляются в виде последовательности нулей и единиц, которые размещаются в битах памяти компьютера и при необходимости извлекаются оттуда и интерпретируются определенным образом.
Класс: 6
Цель урока: дать учащимся представления об информации в памяти компьютера и системах счисления
Задачи:
- Обучающая: изучение и первичное закрепление знаний учащихся о преставлении информации в памяти компьютера и системах счисления.
- Развивающая: стимулирование интереса учащихся к данной теме и предмету в целом; развитие мышления, умения применять полученные знания при решении задач различной направленности;
- Воспитательная: активизация взаимодействия между учащимися, навыков групповой работы; воспитание у учащихся самостоятельности, коллективизма, ответственности за себя и других членов коллектива;
Тип урока - Урок изучения и первичного закрепления нового материала
Используемые технологии - ТРКМ, дифференцированный подход, ИКТ, здоровьесбережения
Оборудование и материалы - компьютер, мультимедийный проектор, доска, экран, ноутбуки для учащихся, презентация, маркеры разных цветов, раздаточный материал для групповой и парной работы, запись МР3 для физкультминутки
Ход урока
I. Организационный момент (Создание благоприятного климата на уроке. Учащиеся занимают свои места за партами) На экране слайд презентации с темой урока.
II. Стадия Вызов
Посмотрите на экран. (Картинка компьютер ) Зачем человеку он нужен? (варианты ответов детей ) О чем-нибудь она вам говорит? Как вы думаете, о чем пойдет речь? У вас на столах есть листы бумаги, напишите, двумя словами, о чем пойдет речь, и знаете ли вы это. Теперь листочки переверните и отодвиньте на край парты.
Как Информация сохраняется в памяти компьютера. А разве на прошлом уроке мы об этом не говорили? Говорили. Давайте проверим с помощью электронной тетради насколько хорошо у вас в памяти материал прошлого урока сохранился. Быстро выполняем упражнения – у каждого уже написано, с какого задания он выполняет. Кто выполнил – возвращается на свое место.
(учащиеся садятся за ноутбуки и выполняют задания 11-20 (приложение 1), у всех разный набор заданий – дифференцированный подход )
Скажите, какой результат вам больше всего запомнился?
(дети проговаривают одну из поговорок, которую они запомнили )
Теперь мы работаем в трех группах. Каждая группа получила несколько значков и рисунок компьютера. (Приложение 2) Расположите эти значки. Что у вас получилось? (все значки должны располагаться на системном блоке )
III. Стадия Осмысление
Так какой вопрос возникает? Выходит, компьютер должен ухитриться и представить в своей памяти место и под музыку, и под картинки, и под текст, а ведь есть еще и исполняемые файлы.
Сейчас каждая группа будет решать свою задачу. (Приложение 3) Закодировать картину, мелодию и команды.
Придумайте какой-нибудь способ и покажите в ячейках памяти компьютера.
(проходит работа в группах )
Давайте, сравним – какие кодировки вы придумали
(вывешиваются на доску, каждая группа объявляет свой способ кодирования ). Удивляются похожести (при правильном выполнении задания)
Вот вы закрасили, нарисовали крестики, а я использовала две цифры 0 и 1. Вот мой рисунок. Похож на ваши? Сейчас нам в том, как же представлена информация в компьютере расскажут знакомые вам мультяшные герои Фиксики (слайды презентации 2 )
Так что же нам предложили Фиксики? Оказывается, используя только 2 цифры 0 и 1 можно в компьютере представлять любую информацию. И эти две цифры имеют свое название. Приставка, обозначающая количество два – би, поэтому эти цифры и назвали бит. 1 бит – это двоичный код.
Предлагаю вам поработать с небольшими текстами. Можете ставить на полях значки “+”, “-”, “//” (знаю, не знаю, слышал)
(Тексты для всех учащихся одинаковые .)
Для компьютера его память – это “клетки”-биты, заполненные 0 и 1.
Память компьютера – лист в клетку.
Бит – это каждая “клетка” памяти компьютера.
В каждой “клетке” хранится только одно из двух значений 0 или 1, соответствующих двум состояниям электронной схемы: 0 – “выключено” или 1 – “включено”.
Цифры 0 и 1, хранящиеся в “клетках” памяти компьютера, называются значениями битов .
Цифровое (двоичное) кодирование – представление самой разнообразной информации с помощью последовательности битов (0 и 1).
Числовая, текстовая, графическая, звуковая и видеоинформация в памяти компьютера представлена в виде цепочек из 0 и 1.
Преимущества цифровых данных: просто копировать и изменять; хранить и передавать одними и теми же методами, независимо от типа данных.
Каких значков на ваших полях больше всего? Хорошо, а сейчас
Физминутка
(Эмоциональная разрядка под веселую музыку дети встают и выполняют движения, головой, рукам, шеей, кистями рук, имитируют ходьбу )
Молодцы. Занимайте места. Чтобы вы быстрее включились в работу, предлагаю решить такую задачу
Задача-шутка. С помощью чего быстрее набрать текст – 2-кнопочной мыши или 102-клавишной клавиатуры?
Сейчас будем работать по заполнению вот такого кластера. Вам пригодитсяМатериал для любознательных : параграф 4.1.– параграф 4.10. с.81 .
Система счисления – это совокупность приёмов и правил для обозначения и именования чисел.
Составление (заполнение) кластера (приложение 4)
Работа с учебником, каждая из групп представляет один из видов систем счисления – унарная, позиционная непозиционная. Записывает примеры чисел. Проходит взаимопроверка
IV. Стадия Рефлексии
Посмотрите на свои листочки. И попробуйте ответить на ваше “не знаю” или “знаю” (Обсуждение)
Проблемная задача. Какое десятичное число соответствует восьмеричному числу 789?
Практическая работа
- Запустите приложение КАЛЬКУЛЯТОР и выполните команду ВИД-ИНЖЕНЕРНЫЙ. Обратите внимание на группу переключателей, определяющих систему счисления: DEC – десятичная система счисления, BIN-двоичная система счисления.
- Убедитесь, что КАЛЬКУЛЯТОР настроен на работу в двоичной системе счисления BIN. С помощью клавиатуры или мыши введите в поле ввода первое число с карточки. Активизируйте переключатель DEC и проследите за изменениями в окне ввода. Вернитесь в двоичную систему счисления BIN. Очистите поле ввода, нажав С.
- Повторите пункт 2 для остальных чисел с карточки, сверяя полученные ответы с ответами, полученными с помощью программы КАЛЬКУЛЯТОР.
Итоги урока, рефлексия (Дать качественную оценку работы класса и отдельных обучаемых,) вопросы:
Можете ли вы назвать тему урока?
Вам было легко или были трудности?
Что у вас получилось лучше всего и без ошибок?
Какое задание было самым интересным и почему?
Как бы вы оценили свою работу? (слайд 29)
Домашнее задание:
- Параграф 1.3 с.16-17, §4.3, вопросы.
- Проанализировать стихотворение по принципу “Верю, не верю”. (Приложение 5 )
Наше занятие мне хотелось бы закончить высказыванием Козьмы Пруткова: “Глядя на мир, нельзя не удивляться!”.
Список учебной и дополнительной литературы.
- Босова Л.Л. Информатика: учебник для 5 класса / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний 2013 - 184 с.: ил.
- Босова Л.Л. Информатика. Программа для основной школы: 5-6 классы. 7-9 классы / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 88 с.: ил. – (Программы и планирование)
- Электронная тетрадь по информатике для учащихся 6 класса (демоверсия)
Загрузка...
