Wstęp do Informatyki. Reprezentacja liczb w komputerze Arytmetyka stało- i zmiennoprzecinkowa Przechowywanie danych pliki i foldery

Podobne dokumenty
Arytmetyka stało i zmiennoprzecinkowa

Wprowadzenie do architektury komputerów systemy liczbowe, operacje arytmetyczne i logiczne

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Wykład 5 Liczby w komputerze

ARCHITEKTURA SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH

Liczby rzeczywiste są reprezentowane w komputerze przez liczby zmiennopozycyjne. Liczbę k można przedstawid w postaci:

Technologie Informacyjne

Systemy liczbowe. 1. Przedstawić w postaci sumy wag poszczególnych cyfr liczbę rzeczywistą R = (10).

Dr inż. Grażyna KRUPIŃSKA. D-10 pokój 227 WYKŁAD 2 WSTĘP DO INFORMATYKI

Arytmetyka binarna - wykład 6

Naturalny kod binarny (NKB)

Wielkości liczbowe. Wykład z Podstaw Informatyki dla I roku BO. Piotr Mika

Metody numeryczne Technika obliczeniowa i symulacyjna Sem. 2, EiT, 2014/2015

Podstawy Informatyki. Metalurgia, I rok. Wykład 3 Liczby w komputerze

Stan wysoki (H) i stan niski (L)

Wielkości liczbowe. Wykład z Podstaw Informatyki. Piotr Mika

Pracownia Komputerowa wykład IV

Dane, informacja, programy. Kodowanie danych, kompresja stratna i bezstratna

Wstęp do informatyki. Pojęcie liczebności. Zapis liczb. Liczenie bez liczebników. Podstawy arytmetyki komputerowej. Cezary Bolek

Teoretyczne Podstawy Informatyki

Reprezentacja stałoprzecinkowa. Reprezentacja zmiennoprzecinkowa zapis zmiennoprzecinkowy liczby rzeczywistej

Pracownia Komputerowa wykład VI

Podstawy Informatyki

Instrukcja do ćwiczeń nr 4 typy i rodzaje zmiennych w języku C dla AVR, oraz ich deklarowanie, oraz podstawowe operatory

Przedmiot: Urządzenia techniki komputerowej Nauczyciel: Mirosław Ruciński

Wstęp do informatyki. Pojęcie liczebności. Liczenie bez liczebników. Podstawy arytmetyki komputerowej. Cezary Bolek

Języki i metodyka programowania. Reprezentacja danych w systemach komputerowych

Architektura komputerów

Pracownia Komputerowa wyk ad IV

Pracownia komputerowa. Dariusz Wardecki, wyk. VI

LABORATORIUM PROCESORY SYGNAŁOWE W AUTOMATYCE PRZEMYSŁOWEJ. Zasady arytmetyki stałoprzecinkowej oraz operacji arytmetycznych w formatach Q

ARYTMETYKA BINARNA. Dziesiątkowy system pozycyjny nie jest jedynym sposobem kodowania liczb z jakim mamy na co dzień do czynienia.

Systemy zapisu liczb.

Kod IEEE754. IEEE754 (1985) - norma dotycząca zapisu binarnego liczb zmiennopozycyjnych (pojedynczej precyzji) Liczbę binarną o postaci

Metoda znak-moduł (ZM)

1259 (10) = 1 * * * * 100 = 1 * * * *1

System liczbowy jest zbiorem reguł określających jednolity sposób zapisu i nazewnictwa liczb.

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW Liczby zmiennoprzecinkowe

Samodzielnie wykonaj następujące operacje: 13 / 2 = 30 / 5 = 73 / 15 = 15 / 23 = 13 % 2 = 30 % 5 = 73 % 15 = 15 % 23 =

1. Pliki i ich organizacja

Zapis liczb binarnych ze znakiem

Technologie Informacyjne Wykład 4

Pracownia Komputerowa wykład V

Kod U2 Opracował: Andrzej Nowak

Wstęp do programowania. Reprezentacje liczb. Liczby naturalne, całkowite i rzeczywiste w układzie binarnym

SYSTEMY LICZBOWE. SYSTEMY POZYCYJNE: dziesiętny (arabski): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 rzymski: I, II, III, V, C, M

4 Standardy reprezentacji znaków. 5 Przechowywanie danych w pamięci. 6 Literatura

Techniki multimedialne

Pozycyjny system liczbowy

Wykład I: Kodowanie liczb w systemach binarnych. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

Pracownia Komputerowa wyk ad VI

Dane, informacja, programy. Kodowanie danych, kompresja stratna i bezstratna

LICZBY ZMIENNOPRZECINKOWE

Kod uzupełnień do dwóch jest najczęściej stosowanym systemem zapisu liczb ujemnych wśród systemów binarnych.

ARCHITEKRURA KOMPUTERÓW Kodowanie liczb ze znakiem

Arytmetyka komputera. Na podstawie podręcznika Urządzenia techniki komputerowej Tomasza Marciniuka. Opracował: Kamil Kowalski klasa III TI

Architektura komputerów

RODZAJE INFORMACJI. Informacje analogowe. Informacje cyfrowe. U(t) U(t) Umax. Umax. R=(0,Umax) nieskończony zbiór możliwych wartości. Umax.

Podstawowe operacje arytmetyczne i logiczne dla liczb binarnych

Wstęp do informatyki- wykład 1 Systemy liczbowe

INFORMATYKA. Zajęcia organizacyjne. Arytmetyka komputerowa.

DYDAKTYKA ZAGADNIENIA CYFROWE ZAGADNIENIA CYFROWE

Zestaw 3. - Zapis liczb binarnych ze znakiem 1

Wstęp do informatyki- wykład 1 Systemy liczbowe

Dodatek do Wykładu 01: Kodowanie liczb w komputerze

architektura komputerów w. 2

Podstawy Informatyki. Wykład 2. Reprezentacja liczb w komputerze

Obliczenia Naukowe. O arytmetyce komputerów, Czyli jak nie dać się zaskoczyć. Bartek Wilczyński 29.

Architektura komputerów

Kod znak-moduł. Wartość liczby wynosi. Reprezentacja liczb w kodzie ZM w 8-bitowym formacie:

Podstawy Informatyki

Układy arytmetyczne. Joanna Ledzińska III rok EiT AGH 2011

Kodowanie liczb całkowitych w systemach komputerowych

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Cyfrowy zapis informacji. 5 grudnia 2013 Wojciech Kucewicz 2

Wprowadzenie do informatyki - ć wiczenia

ang. file) Pojęcie pliku (ang( Typy plików Atrybuty pliku Fragmentacja wewnętrzna w systemie plików Struktura pliku

Programowanie w C++ Wykład 2. Katarzyna Grzelak. 4 marca K.Grzelak (Wykład 1) Programowanie w C++ 1 / 44

12. Wprowadzenie Sygnały techniki cyfrowej Systemy liczbowe. Matematyka: Elektronika:

SYSTEMY LICZBOWE. Zapis w systemie dziesiętnym

Arytmetyka stało- i zmiennoprzecinkowa. 1. Informacje wstępne

Kodowanie informacji. Kody liczbowe

Podstawy Informatyki dla Nauczyciela

Programowanie w C++ Wykład 2. Katarzyna Grzelak. 5 marca K.Grzelak (Wykład 1) Programowanie w C++ 1 / 41

Prefiksy binarne. kibibit (Kibit) mebibit (Mibit) gibibit (Gibit) tebibit (Tibit) pebibit (Pibit) exbibit (Eibit) zebibit (Zibit) yobibit (Yibit)

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Arytmetyka liczb binarnych

Informatyka 1. Wykład nr 5 ( ) Politechnika Białostocka. - Wydział Elektryczny. dr inŝ. Jarosław Forenc

Wstęp do informatyki- wykład 2

Arytmetyka stałopozycyjna

1 P roste e t ypy p d a d n a ych c - c ąg ą g d a d l a szy 2 T y T py p z ł z o ł żo ż ne e d a d n a ych c : T BLICE

Pracownia komputerowa

Sektor. Systemy Operacyjne

Liczby zmiennoprzecinkowe i błędy

SYSTEMY LICZBOWE 275,538 =

Wprowadzenie do informatyki - ć wiczenia

Systemy liczbowe. Bibliografia: Urządzenia techniki komputerowej, K. Wojtuszkiewicz

Wstęp do Informatyki

Zwykle liczby rzeczywiste przedstawia się w notacji naukowej :

Met Me ody numer yczne Wykład ykład Dr inż. Mic hał ha Łan Łan zon Instyt Ins ut Elektr Elektr echn iki echn i Elektrot Elektr echn olo echn

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Podstawy matematyczne automatyki procesów dyskretnych. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Transkrypt:

Wstęp do Informatyki Reprezentacja liczb w komputerze Arytmetyka stało- i zmiennoprzecinkowa Przechowywanie danych pliki i foldery

Pozycyjne systemy liczbowe Dziesiętny system liczbowy (o podstawie 10): Liczba naturalna n-cyfrowa: X=c n-1 *10 n-1 +c n-2 *10 n-2 + +c 1 *10 1 +c 0 *10 0 Przykład: 7625=7*10 3 +6*10 2 +2*10 1 +5*10 0 Dwójkowy (binarny) system liczbowy (o podstawie 2): Liczba naturalna n-cyfrowa (n-bitowa): X=b n-1 *2 n-1 +b n-2 *2 n-2 + +b 1 *2 1 +b 0 *2 0 Przykład: 1101(bin)=1*2 3 +1*2 2 +0*2 1 +1*2 0 =13(dec) 2

Reprezentacja liczb w komputerze Liczby w komputerach reprezentuje się za pomocą ciągów symboli zero-jedynkowych. Ograniczenie zbioru symboli do dwóch wynika z łatwości realizacji dwóch wartości napięcia na wyjściu układów cyfrowych: - 0 napięcie bliskie potencjałowi masy - 1 napięcie bliskie napięciu zasilania 3

Zbiory liczbowe w matematyce Liczby zespolone Liczby rzeczywiste Liczby wymierne Liczby całkowite Liczby naturalne 4

Reprezentacja liczb w komputerze Czy możliwe jest zapisanie (pamiętanie) dowolnej liczby w komputerze? Nawet zbiór liczb naturalnych jest zbiorem nieskończonym. Pamiętanie dowolnie dużej liczby naturalnej wymagałoby nieskończenie dużej pamięci. Można przechowywać liczby naturalne z zakresu zależnego od przeznaczonej do tego liczby bitów. 5

Reprezentacja liczb naturalnych - kod NBC Dec NBC (ang: Natural Binary Code) naturalny kod binarny: x=b n-1 *2 n-1 +b n-2 *2 n-2 + +b 1 *2 1 +b 0 *2 0 Brak możliwości zapisania znaku i ułamków Tabela przedstawia przykład notacji NBC dla liczb czterobitowych 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Bin (NBC) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 6

Zakresy liczb naturalnych w kodzie NBC Zakres liczb naturalnych, możliwych do reprezentowania n bitami: x min =0*2 n-1 +0*2 n-2 + +0*2 1 +0*2 0 =0 x max =1*2 n-1 +1*2 n-2 + +1*2 1 +1*2 0 =2 n -1 Przykłady: n=4: <0, 15> n=8: <0, 255> n=16: <0, 65 535> n=32: <0, 4 294 967 295> 7

Arytmetyka na liczbach naturalnych w kodzie NBC Dodawanie: 0 0 1 1 +0 +1 +0 +1 --- --- --- --- 0 1 1 10 Przykład: Dec: Bin: 5 101 +7 +111 --- ---- 12 1100 Mnożenie pojedynczych cyfr: 0x0=0 0x1=0 1x0=0 1x1=1 Mnożenie liczb wielocyfrowych - przykład: Dec: Bin: 011 3x5 x101 ---- 011 000 011 -- ----- 15 01111 8

Możliwości reprezentacji liczb całkowitych, ujemnych Kod znak-moduł: b n-1 znak: 0 oznacza +, 1 oznacza - b n-2 b 0 moduł w notacji NBC x=-b n-1 *(b n-2 *2 n-2 + +b 1 *2 1 +b 0 *2 0 ) U2 kod uzupełnień do dwóch: x=-b n-1 *2 n-1 +b n-2 *2 n-2 + +b 1 *2 1 +b 0 *2 0 9

Reprezentacja liczb całkowitych (ze znakiem) - kod U2 Dec Bin (U2) U2 kod uzupełnień do dwóch: x=-b n-1 *2 n-1 +b n-2 *2 n-2 + +b 1 *2 1 +b 0 *2 0 Brak możliwości zapisania ułamków Tabela przedstawia przykład notacji U2 dla liczb czterobitowych 0 1 2 3 4 5 6 7-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10

Zakresy liczb całkowitych w kodzie U2 Zakres liczb naturalnych, możliwych do reprezentowania n bitami: x min =-1*2 n-1 +0*2 n-2 + +0*2 1 +0*2 0 =-2 n-1 x max =1*2 n-1 +1*2 n-2 + +1*2 1 +1*2 0 =2 n-1-1 Przykłady: n=4: <-8, 7> n=8: <-128, 127> n=16: <-32 768, 32 767> n=32: <-2 147 483 648, 2 147 483 647 > 11

Arytmetyka na liczbach w kodzie U2 Operacje dodawania i odejmowania dla liczb w kodzie NBC i U2 są realizowane tak samo (wykorzystuje się tę samą jednostkę ALU). Różna jest natomiast interpretacja wartości argumentów i wyniku obliczeń. Przykład dodawania liczb 4-bitowych: Przykład odejmowania liczb 4-bitowych: Kod binarny Wartość dla NBC Wartość dla U2 Kod binarny Wartość dla NBC Wartość dla U2 składnik 1. 1001 9-7 odjemna 1100 12-4 składnik 2. 0011 3 3 odjemnik 0011 3 3 suma 1100 12-4 różnica 1001 9-7 12

Ograniczenia arytmetyki stałoprzecinkowej Brak możliwości działań na ułamkach Przekraczanie zakresu liczb w wyniku mnożenia Przekraczanie zakresu liczb w wyniku dodawania 13

Przepełnienie podczas mnożenia Przykłady dla liczb 4-bitowych: 0011x1000=11000 (3x8=24) 1111x1111=11100001 (15x15=225) Wyniki nie mieszczą się w słowie 4-bitowym W najgorszym przypadku potrzebne jest 8 bitów. 14

Przepełnienie podczas dodawania Przykłady dla liczb 4-bitowych: 1000+1000=10000 (8+8=16) 1111+1111=11110 (15+15=30) Wyniki nie mieszczą się w słowie 4-bitowym W najgorszym przypadku potrzebne jest 5 bitów. 15

Rozwiązania problemu przekroczenia zakresu liczb Użycie podwójnej precyzji zapisu wyniku działania Użycie formatu ułamkowego Zastosowanie arytmetyki zmiennoprzecinkowej 16

Zastosowanie podwójnej precyzji zapisu wyników działań arytmetycznych Przykład: wynik mnożenia liczb 4-bitowych zapamiętywany 8 bitach. 1 1 0 1 x 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 Problemy: Potrzeba większej pamięci do przechowywania danych. Wyniki muszą być skalowane aby móc ich użyć do dalszych obliczeń 17

Arytmetyka zmiennoprzecinkowa - idea x= S x M x 2 E S znak ( 1 dla liczb dodatnich, -1 dla liczb ujemnych) M mantysa (ciąg bitów kodujący znormalizowany ułamek) E cecha (wykładnik) 18

Arytmetyka zmiennoprzecinkowa Format liczb zmiennoprzecinkowych pojedynczej precyzji (standard IEEE-754 single) s = bit znaku e = ekse ksponent (8-bit bitowy korygowany o -127) m = mantysa (23-bit bitowy normalizowany ułamek) wartość = (-1)( s * (1.m) * 2 (e (e-127) 19

Arytmetyka zmiennoprzecinkowa Zakres wartości dodatnich liczb zmiennoprzecinkowych standardu IEEE-754 single 1.5 10-45..3.4 10 38 Wartość zerowa wymaga odmiennego zakodowania Dokładność reprezentacji maleje z rosnącym modułem 0 x 20

Działania na liczbach zmiennoprzecinkowych Dodawanie: x 1 +x 2 =(M 1 + M 2 x 2 E2-E1 ) x 2 E1 Odejmowanie: x 1 -x 2 =(M 1 - M 2 x 2 E2-E1 ) x 2 E1 Mnożenie: x 1 x x 2 = (S 1 x S 2 )(M 1 x M 2 ) x 2 E1+E2 Dzielenie: x 1 / x 2 = (S 1 x S 2 )(M 1 / M 2 ) x 2 E1-E2 21

Typy danych liczbowych w komputerze Typy danych Stałoprzecinkowe bez znaku Stałoprzecinkowe ze znakiem Zmiennoprzecinkowe Nazwy unsigned int, byte, word itd. int, integer, long float, real, double Liczby ze zbioru liczb: naturalnych całkowitych wymiernych 22

Przechowywanie danych w komputerze Dane przetwarzane znajdują się w pamięci operacyjnej Zachodzi potrzeba przechowywania danych nie tylko w pamięci operacyjnej, ale też w nieulotnej pamięci masowej. Dane w takiej pamięci nie znikają po wyłączeniu zasilania. 23

Pamięci masowe Historia rozwoju nośników pamięci masowych: Karta perforowana Taśma magnetyczna Taśma perforowana Źródło: http://pclab.pl/ Dysk elastyczny (dyskietka) 24

Dysk sztywny (twardy) Źródło: http://wwwnt.if.pwr.wroc.pl 25

Cechy pamięci masowych Budowa pamięci masowych ogranicza swobodę dostępu do nich. Dane mogą być odczytywane porcjami (blokami), w kolejności zgodnej z ich zapisem. Istnieje potrzeba jednolitego sposobu reprezentacji bloków danych dla różnorodnych pamięci masowych. 26

Plik jak abstrakcja zbiorów danych Aby ujednolicić dostęp do danych w różnych pamięciach masowych wprowadzono pojęcie pliku danych. Plik jest abstrakcyjną strukturą, ukrywającą sposób zapisu i rozmieszczenie danych w pamięci. Plik jest identyfikowany za pomocą nazwy i położenia w systemie plików danego nośnika. Zapis danych do pliku i odczyt odbywa się zazwyczaj w tej samej kolejności (od początku do końca pliku). 27

Cechy pliku Plik posiada nazwę i opcjonalne rozszerzenie. Plik ma określoną wielkość. Plik może zawierać różnorodne dane: tekst, kod programu, dane binarne, obrazowe itd. Plik może być katalogiem (folderem) gromadzącym informację o plikach w nim zawartych. Plik może być dowiązaniem symbolicznym do innego pliku (skrótem). 28

Typy plików Przeznaczenie pliku wyznacza jego typ Typ pliku może być zasygnalizowany jego rozszerzeniem (ciąg znaków w nazwie po kropce), np: nazwa.exe, *.com, *.bat plik wykonywalny nazwa.txt plik tekstowy nazwa.mp3, *.wav plik dźwiękowy nazwa.jpg, *.bmp - obraz 29

Atrybuty pliku DOS: Tylko do odczytu - chroni pliki przed zmianą lub przeniesieniem Ukryty - ukrywa pliki w widoku Systemowy - plik wykorzystywany przez system operacyjny Archiwalny - plik archiwalny Katalog - plik jest katalogiem Volume - plik jest etykietą wolumenu Dodatko w systemie Windows stosuje się atrybuty: Szyfrowany, Skompresowany, Offline, Tymczasowy W systemach Unixowych definiuje się dodatkowo prawa dostępu dla różnych użytkowników. 30

Organizacja plików na nośniku Pliki umieszcza się w katalogach (folderach) Zazwyczaj dla danego dysku logicznego definiuje się katalog główny (root) np. c:, d: Każdy katalog może zawierać oprócz plików z danymi również podkatalogi System katalogów stanowi swoiste drzewo (rysunek) 31

Organizacja plików na nośniku Umiejscowienie pliku na nośniku określa tzw. ścieżka dostępu, np: C:\programy\najlepsze\przyklad.exe D:\zdjecia\portret_zony.jpg W przeglądaniu i zarządzaniu plikami pomagają programy graficznej wizualizacji nazywane managerami plików 32

Pliki Kopiowanie Zmiana nazwy Przenoszenie Kasowanie Operacje na plikach Katalogi Tworzenie Kopiowanie (może być z podkatalogami) Zmiana nazwy Otwieranie Przenoszenie w strukturze katalogów Kasowanie 33

System plików System plików - metoda przechowywania plików na nośniku (fragmentacja pliku), zarządzania plikami i informacjami o tych plikach. Popularne systemy plików: FAT (File Allocation Table - tablica alokacji plików NTFS - system plików z księgowaniem pod Windows NT i nowszymi wersjami UFS - Unix File System - podstawowy system plików Solarisa 34