Файл: Различные способы представления данных в инфо системах.pdf

Глава 2. Представление данных в компьютере

Компьютеры классифицируются по функциональности, физическим размерам и назначению.

Функциональные возможности: Компьютеры могут быть аналоговыми, цифровыми или гибридными. Цифровые компьютеры обрабатывают данные в дискретной форме, тогда как аналоговые компьютеры обрабатывают данные, которые являются непрерывными по своей природе. С другой стороны, гибридные компьютеры могут обрабатывать как дискретные, так и непрерывные данные.

В цифровых компьютерах ввод пользователя сначала преобразуется и передается в виде электрических импульсов, которые могут быть представлены двумя уникальными состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Состояние ВКЛ может быть представлено цифрой «1», а состояние выключения - цифрой «0». Последовательность ВКЛ и ВЫКЛ формирует электрические сигналы, которые компьютер может понять [3].

Цифровой сигнал внезапно повышается до пикового напряжения +1 в течение некоторого времени, затем внезапно падает до уровня -1, с другой стороны, аналоговый сигнал повышается до +1, а затем падает до -1 в непрерывной версии.

Хотя два графика выглядят по-разному, они повторяются через равные промежутки времени. Электрические сигналы или формы волны такого рода называются периодическими. Как правило, периодическая волна, представляющая сигнал, может быть описана с использованием следующих параметров:

• Амплитуда (А)
• Частота (f)
• периодическое время (T)

Амплитуда (A): это максимальное смещение, которое может достигать форма электрического сигнала.

Частота (f): количество циклов, совершаемых сигналом за одну секунду. Он измеряется в герцах. 1 герц соответствует 1 циклу в секунду.

Периодическое время (T): время, необходимое сигналу для завершения одного цикла, называется периодическим временем. Периодическое время задается формулой T = 1/f, где f - частота волны.

Когда цифровой сигнал должен быть отправлен по аналоговым телефонным линиям, например электронной почты, его необходимо преобразовать в аналоговый сигнал. Это делается путем подключения к цифровому компьютеру устройства, называемого модемом. Этот процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый сигнал известен как модуляция. На принимающей стороне входящий аналоговый сигнал преобразуется обратно в цифровую форму в процессе, известном как демодуляция.

---

2.1. Концепции представления данных в цифровых компьютерах

Данные и инструкции нельзя вводить и обрабатывать непосредственно в компьютерах, используя человеческий язык. Любой тип данных, будь то числа, буквы, специальные символы, звук или изображения, необходимо сначала преобразовать в машиночитаемую форму, то есть в двоичную форму. По этой причине важно понимать, как компьютер вместе со своими периферийными устройствами обрабатывает данные в своих электронных схемах, на магнитных носителях и в оптических устройствах.

Представление данных в цифровых схемах

Электронные компоненты, такие как микропроцессор, состоят из миллионов электронных схем. Наличие высокого напряжения (включено) в этих цепях интерпретируется как «1», а низкое напряжение (выключено) интерпретируется как «0». Эту концепцию можно сравнить с включением и выключением электрической цепи. Когда переключатель замкнут, высокое напряжение в цепи заставляет лампочку загораться (состояние «1»). С другой стороны, когда переключатель разомкнут, лампочка гаснет (состояние «0»). Это формирует основу для описания представления данных в цифровых компьютерах с использованием двоичной системы счисления.

Представление данных на магнитных носителях

Отраженный от земли лазерный луч интерпретируется как 1. Лазер, входящий в горшок, не отражается. Это интерпретируется как 0. Отраженный световой узор от вращающегося диска попадает на приемный фотоэлектрический детектор, который преобразует узор в цифровую форму. Наличие магнитного поля в одном направлении на магнитном носителе интерпретируется как 1; в то время как поле в противоположном направлении интерпретируется как «0». Магнитная технология в основном используется в запоминающих устройствах, покрытых специальными магнитными материалами, такими как оксид железа. Данные записываются на носитель путем расположения магнитных диполей некоторых частиц оксида железа так, чтобы они были обращены в одном направлении, а некоторые другие - в противоположном направлении.

Представление данных на оптических носителях

В оптических устройствах наличие света интерпретируется как «1», а его отсутствие интерпретируется как «0». Оптические устройства используют эту технологию для чтения или хранения данных. Возьмем, к примеру, компакт-диск: если поместить блестящую поверхность под мощный микроскоп, на поверхности будут обнаружены очень крошечные отверстия, называемые ямками. Участки, на которых нет ям, называются землей.

---

2.2. Причина использования двоичной системы в компьютерах

Оказалось, что разработать устройства, которые могут понимать естественный язык напрямую, сложно из-за сложности естественных языков. Однако проще построить электрические цепи на основе двоичной логики или логики включения и выключения. Все формы данных могут быть представлены в формате двоичной системы. Другие причины использования двоичного кода заключаются в том, что цифровые устройства более надежны, компактны и потребляют меньше энергии по сравнению с аналоговыми устройствами.

Термины биты, байты, полубайт и слово широко используются в отношении компьютерной памяти и размера данных.

• Биты: могут быть определены как двоичные, которые могут быть 0 или 1. Это основная единица данных или информации в цифровых компьютерах.
• Байт: группа битов (8 бит), используемая для представления символа. Байт считается основной единицей измерения объема памяти в компьютере.
• Полубайт: это полбайта, который обычно представляет собой группу из 4 байтов.
• Слово: два или более бит составляют слово. Термин «длина слова» используется как мера количества бит в каждом слове. Например, слово может иметь длину 16, 32, 64 бита и т.д.

Типы представления данных

Компьютеры обрабатывают не только числа, буквы и специальные символы, но и сложные типы данных, такие как звук и изображения. Однако эти сложные типы данных при кодировании в двоичной форме занимают много памяти и процессорного времени. Это ограничение требует разработки более эффективных способов обработки длинных потоков двоичных цифр.

В вычислениях используются более высокие системы счисления, чтобы преобразовать эти потоки двоичных цифр в управляемую форму. Это помогает повысить скорость обработки и оптимизировать использование памяти.

Системы счисления и их представление

Система счисления – это набор символов, используемых для представления значений, полученных из общей основы или системы счисления.

Что касается компьютеров, системы счисления можно разделить на основные категории:

• десятичная система счисления;
• двоичная система счисления;
• восьмеричная система счисления;
• шестнадцатеричная система счисления.

Термин «десятичный» происходит от латинского префикса «deci», что означает «десять». Десятичная система счисления состоит из десяти цифр от 0 до 9. Потому что в этой системе десять цифр; ее также называют десятичной или десятичной системой счисления.

---

Десятичное число всегда следует записывать с нижним индексом 10, например X_10.

Но поскольку это наиболее широко используемая система счисления в мире, нижний индекс обычно понимается и игнорируется в письменной работе. Однако, когда многие системы счисления рассматриваются вместе, всегда следует ставить нижний индекс, чтобы различать системы счисления.

А с помощью этих параметров можно определить величину числа.

• Абсолютная величина
• Место или позиционное значение
• Базовое значение

Абсолютное значение - это величина цифры в числе. например, цифра 5 в 7458 имеет абсолютное значение 5 в соответствии со своим значением в числовой строке.

Разрядное значение цифры в числе относится к позиции цифры в этом числе, т.е. десятки, сотни, тысячи и т. д.

Общее значение числа - это сумма разряда каждой цифры, составляющей число.

Базовое значение числа, также известное как основание системы счисления, зависит от типа используемой системы счисления. Значение любого числа зависит от системы счисления. например, число 10010 не эквивалентно 1002.

2.3. Двоичная система счисления

Она использует две цифры, а именно 1 и 0 для представления чисел. В отличие от десятичных чисел, где значение разряда увеличивается в десять раз, в двоичной системе значения разряда увеличиваются в 2 раза, двоичные числа записываются как X₂, рассмотрим двоичное число, такое как 10112. Крайняя правая цифра имеет разрядное значение 1 × 20, а у самого левого - разрядное значение 1 × 23.

Binary Coded Decimal - это 4-битный код, используемый только для представления числовых данных. Например, такое число, как 9, может быть представлено с использованием десятичного двоичного кода как 10012.

Десятичное число в двоичном коде в основном используется в простых электронных устройствах, таких как калькуляторы и микроволновые печи. Это потому, что это упрощает обработку и отображение отдельных чисел на экранах жидкокристаллических дисплеев (LCD).

Стандартный двоично-кодированный десятичный формат, расширенный формат двоично-десятичного числа, представляет собой 6-битную схему представления, которая может представлять нечисловые символы. Это позволяет представить 64 символа. Буква A может быть представлена ​​как 1100012 с использованием стандартного двоичного десятичного числа.

Расширенный двоично-десятичный код обмена (EBCDIC) - это 8-битная схема кодирования символов, используемая в основном на компьютерах IBM. По этой схеме можно закодировать 256 (28) символов. Например, символическое представление буквы A с использованием расширенного двоично-десятичного кода обмена - 110000012.

---

Американский стандартный код обмена информацией (ASCII) представляет собой 7-битный код, что означает, что могут быть представлены только 128 символов, то есть 27. Однако производители добавили в эту схему кодирования восемь бит, которая теперь может содержать 256 символов.

Эта 8-битная схема кодирования называется 8-битным американским стандартным кодом для обмена информацией. Символическое представление буквы A по этой схеме – 10000012.

Двоичные арифметические операции

В математике четыре основных арифметических операции, применяемые к числам – это сложение, вычитание, умножение и деление.

В компьютерах те же операции выполняются внутри центрального процессора арифметико-логическим устройством (ALU). Однако арифметическое и логическое устройство не может выполнять двоичное вычитание напрямую. Оно выполняет двоичное вычитание с использованием процесса, известного как умножение и деление, арифметический и логический блок использует метод, называемый сдвигом, перед сложением битов.

В десятичных числах число со знаком имеет префикс «+» для положительного числа, например. +2710 и «-» для отрицательного числа, например, -27

Однако в двоичном формате отрицательное число может быть представлено добавлением цифры 1 к числу, а положительное число может быть представлено префиксом цифры 0. Например, 7-битный двоичный эквивалент 127 - 11111112. Чтобы указать, что оно положительный, мы добавляем дополнительный бит (0) слева от числа, т.е. (0) 11111112.

Чтобы указать, что это отрицательное число, мы добавляем дополнительный бит (1), т.е. (1) 11111112.

Проблема использования этого метода заключается в том, что ноль можно представить двумя способами: (0) 00000002 и (1) 00000002.

Глава 3. Основные концепции информационных систем

Информация – это приращение знаний: она вносит вклад в общую структуру понятий и фактов, которые мы знаем. Информация зависит от контекста и общих знаний получателя для ее значения.

Данные – это только необработанные факты, материал для получения информации. Информационные системы используют данные, хранящиеся в компьютерных базах данных, для предоставления необходимой информации. База данных – это организованный набор взаимосвязанных данных, отражающих основной аспект деятельности фирмы.

1. Информационные системы собирают данные из организации (внутренние данные) и ее среды (внешние данные).

---