1 Paměť a číselné soustavy

Transkript

1 Úvod 1 Paměť a číselné soustavy Počítač používá různé typy pamětí. Odlišují se svou funkcí, velikostí, rychlostí zápisu a čtení, schopností udržet data v paměti. Úkolem paměti je zpřístupňovat data dle potřeby počítače a data již nepotřebná odkládat. Velikost paměti je také jedním z faktorů určujícím mnohdy dost výrazně výkonnost počítače. Populární poučka praví, že paměti není nikdy dost - vždy bude nějaká chybět, když ne hned, tak po nějaké době určitě. Mnohdy byste byli překvapeni, jak dokáže dýchavičný počítač pookřát po zvětšení paměti. Velikost paměti se udává v určitých jednotkách. Základní jednotkou je bit (čti bit - označení b). Jeden bit je nejmenší jednotkou informace a lze si ho představit jako ANO či NE, VYPNUTO/ZAPNUTO nebo PRAVDA/NEPRAVDA. V počítači je jeden bit představován logickou jedničkou (ano) nebo logickou nulou (ne). Protože číselná soustava, využívající pouze jedničku a nulu se nazývá dvojková čili binární, získal odvozením svůj název bit - z anglického Binary Digit. Je zřejmé, že jeden bit nestačí k vyjádření složitějších situací. Proto se používá jednotka větší, což je byte (čti bajt, označení B). Platí rovnice 1 byte = 8 bit Jeden byte je osm bitů. Každý znak v počítači (písmeno, číslice, interpunkční znaménko) je vyjádřen právě jedním bytem (čti bajtem). Ani tato jednotka není dostatečně velká, existují proto jednotky vyšší jako je kilobyte (KB), megabyte (MB), gigabyte (GB) a dnes se začíná používat i terabyte (TB). Podle předpon se zdá že je vše jednoduché - 1 KB je 1000 B. Ale není tomu tak. Protože počítač pracuje s dvojkovou soustavou je 1 KB = 2 10 B (tj B). kilobyte (KB), což je 2 10 = B (bytů) megabyte (MB), což je 2 20 = KB = B gigabyte (GB), což je 2 30 = MB = B terabyte (TB), což je 2 40 = GB = B petabyte (PT), což je 2 50 = TB = B Pokud vám někdy nebude souhlasit údaj o velikosti paměti, může to být právě chybným přepočtem jednotek. Číselné soustavy Číselné soustavy nám slouží k zobrazení čísel a k provádění základních matematických operací. V běžném životě používáme desítkovou číselnou soustavu. Tato soustava ale není nejvhodnější pro zpracování v počítači. V počítačové technice se používá dvojková číselná soustava. Nejčastěji používané číselné soustavy: - desítková (decimální, dekadická) - dvojková (binární) - šestnáctková (hexadecimální) Desítková soustava používá celkem 10 číslic (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Základem této soustavy je číslo 10. Dvojková soustava používá dvě čísla (0, 1). S touto soustavou se můžeme nejčastěji setkat ve výpočetní technice. Základem této soustavy je číslo 2. 1

2 Šestnáctková soustava používá celkem 16 čísel. Protože k dispozici máte pouze 10 číslic, jsou zbývající nahrazeny písmeny velké abecedy (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F). Základem této soustavy je číslo 16. Převod čísel mezi soustavami Převod z desítkové soustavy na dvojkovou. Nejjednodušším způsobem je použití metody postupného dělení. To znamená, že desítkové číslo postupně dělíte základem dvojkové soustavy tj. číslem 2. Pokud po dělení dostanete zbytek, tak zapíšete dvojkové číslo 1. Pokud zbytek nemáte, zapíšete číslo 0. Příklad: F 10 = :2=95 zbytek po dělení je 0 a 0 95:2=47 zbytek po dělení je 1 a 1 47:2=23 zbytek po dělení je 1 a 2 23:2=11 zbytek po dělení je 1 a 3 11:2=5 zbytek po dělení je 1 a 4 5:2=2 zbytek po dělení je 1 a 5 2:2=1 zbytek po dělení je 0 a 6 1:2=0 zbytek po dělení je 1 a 7 F 2 =a 7 a 6 a 5 a 4 a 3 a 2 a 1 a 0 = F z číslo se základem číselné soustavy a i číselné koeficienty na jednotlivých řádových místech čísla Fz Převod z dvojkové soustavy na desítkovou Každé číslo lze vyjádřit v rozvinutém tvaru pomocí mocnin základu soustavy. Příklad: F 2 =11011 F 2 = F 10 = F 10 =27 Převod z desítkové soustavy na šestnáctkovou Příklad: F 10 =210 Nejdříve provedete převod na soustavu dvojkovou F 2 =

3 Dvojkové číslo rozdělíte na části po čtyřech číslicích (zprava doleva) a každou čtveřici převede samostatně na hexadecimální číslo D 2 F 16 =D2 Převod z šestnáctkové soustavy na desítkovou Příklad: F 16 =EF (E=14, F=15) F 16 = F 10 = F 10 =239 Aritmetické operace ve dvojkové soustavě Sčítání dvojkových čísel Pro sčítání binárních čísel platí stejné zásady jako pro sčítání čísel dekadických s tím, že přenos jedničky do vyššího řádu je generován, když součet nabude hodnoty 10 (u dvojkových čísel je 1+1=10). Příklad: (součet v prvém sloupci odprava generuje jedničku přenosu, ta se sčítá s dalším sloupcem, čímž je generován další přenos a podobně ve třetím sloupci). Sčítání v digitálních počítačích probíhá v elektronických jednotkách zvaných sčítačky. Násobení dvojkových (binárních) čísel 3

4 Násobení s binárními čísly se provádí v počítačích obvykle podle stejného algoritmu jako v dekadické soustavě. Příklad: * * Základní pojmy Informační kapacita maximální množství informace, které je možné uložit v paměti. Udává se v bitech nebo v jednotkách vyšších. Šířka toku dat šířka toku dat je počet bitů, které se po sběrnici přenášejí současně. (šířka sběrnice) Druhy pamětí V počítači se používají dva základní druhy pamětí - vnitřní (RAM, ROM) - vnější (diskové, páskové, aj.) Dělení pamětí Podle způsobu přístupu - s libovolným přístupem (RAM Random Access Memory) Jednotlivá místa paměti se od sebe liší adresou a tuto adresu je možné volit při každém přístupu libovolně. - se sériovým přístupem (SAM Serial Access Memory) Adresy paměťových míst musíme generovat sekvenčně v souladu s posloupností dat umístěných v paměťových místech. Podle možnosti zápisu a čtení - paměti pro čtení a zápis (RWM Read Write Memory) jsou energeticky závislé - paměti pouze pro čtení (ROM Read Only Memory) jsou energeticky nezávislé ROM jsou programovány maskou při výrobě PROM (Programable ROM) paměti, které se prodávají nenaprogramované. Programují se ve speciálním zařízení u zákazníka. Lze ji naprogramovat pouze jednou. EPROM (Erasable ROM) jsou mazatelné a znovu programovatelné. Mazání se provádí ultrafialovým světlem. EEPROM (Electricaly Programable ROM) elektricky mazatelné a programovatelné paměti ROM. 4

5 Podle principu činnosti - SRAM (Static RAM) paměťové buňky jsou tvořeny bistabilním klopným obvodem. - DRAM (Dynamic RAM) paměťové buňky jsou tvořeny MOS (Metal Oxid Semiconductor) tranzistorem. Informace je uložena ve formě náboje v kapacitoru, tvořeném elektrodami tranzistoru. Náboj je menší než 1 pf náboj je nutné pravidelně obnovovat. - PROM přepálení tavných pojistek Vnitřní paměť Vnitřní paměť se dělí na dva základní typy RAM a ROM. Paměť typu RAM (Random Access Memory) neboli paměť s přímým přístupem je paměť dočasná to znamená, že její obsah se ztratí, pokud je přerušeno napájení paměti a nelze ho obnovit připojením napájecího napětí. Paměť typu ROM (Read Only Memory) je paměť trvalá čili paměť pouze pro čtení. Obě mají své nezastupitelné místo. Paměť RAM se využívá jako tzv. operační paměť počítače, nebo paměť zobrazovací jednotky. V ní jsou uložena data, s kterými počítač pracuje. Za minimum velikosti operační paměti pro běžnou činnost (konec roku 2008) je považováno 2 GB, paměť zobrazovací jednotky pak 256 MB. Paměť RAM je rychlejší než paměť typu ROM. Paměť RAM určená pro operační paměť PC je v různém provedení starší moduly SIMM krátké (30 pin) a dlouhé (72 pin), moderní PC používají moduly DIMM - SDRAM, DDR(2) SDRAM, DDR(3) SDRAM a RIMM - RDRAM. Při rozšiřování paměti je třeba vědět, jaký typ a jaký počet modulů je možné osadit. Lze doporučit, aby počítač prohlédl technik dodavatelské firmy, který by navrhl následně i způsob rozšíření. Paměť typu ROM má svůj obsah pevně určen už z výroby. Tento obsah můžete pouze číst, nelze ho upravovat. Proto se používá v počítači pro uložení základních obslužných rutin (tzv. BIOS) pro ovládání přídavných zařízení - klávesnice, myši, tiskárny - které se spouští po zapnutí PC. Číst obsah sice můžete jen při připojeném napájecím napětí, ale jeho odpojením se obsah paměti nesmaže. Rychlosti operační paměti: Typ RAM Název Modul Přenosová rychlost SDRAM PC100 DIMM 0,8 GB/s SDRAM PC133 DIMM 1,0 GB/s DDR SDRAM DDR-200 DDR-DIMM 1,6 GB/s DDR SDRAM DDR-800 DDR-DIMM 6,4 GB/s DDR 3 SDRAM DDR-800 DDR-DIMM 6,4 GB/s DDR 3 SDRAM DDR-1333 DDR-DIMM 10,67 GB/s DDR 3 SDRAM DDR-1600 DDR-DIMM 12,8 GB/s RDRAM PC600 RIMM 1,2 GB/s RDRAM PC800 RIMM 1,6 GB/s RDRAM PC1066 RIMM 2,1 GB/s RDRAM PC1066 RIMM 32bit 4,2 GB/s 5

6 Vnější paměť Ukládání dat pouze do pamětí by při práci s počítačem nestačilo - jak byste zachovali to, co jste vytvořili, pokud PC vypnete? Proto mají počítače ještě další, tzv. diskové paměti, páskové paměti nebo kartové paměti. Diskové paměti získali svůj název od podoby média, na které jsou data ukládána vypadá jako disk. Aby mohly diskové paměti komunikovat s počítačem, musí PC obsahovat takzvaný řadič. Dříve býval v podobě zásuvné karty, nyní je často integrován na základní desce počítače. Alespoň před prvním použitím je vhodné diskovou paměť takzvaně naformátovat tím si velký povrch disku rozdělíte na množství menších úseků ty se nazývají stopy a sektory. Údaje o jejich obsahu se zapisují do tabulky (FAT), podle ní jsou vyhledávány volné úseky (při zápisu) nebo části hledaných dat (při čtení). Formátování lze provést kdykoli, zvláště ho lze doporučit, chcete-li disk následně použít pro zálohování dat. Veškeré informace (data, programy) budou formátováním z disku smazány. Rozdělení disku při formátování sektory stopy Velikost a vlastnosti u pevných disků jsou dány použitým souborovým systémem. Nejstarší dosud používaný typ je FAT 16. Ten má horší využití místa na disku (malé množství dat obsazuje velký prostor) a neumí pracovat s disky většími než 2 GB. Proto se nyní používá FAT 32 zde je maximální velikost disku teoreticky až 2 TB. Využití místa na disku je mnohem lepší. Protože ani FAT 32 nevyhovuje náročným požadavkům bezpečnosti a spolehlivosti při vysoké rychlosti a efektivitě, vytvořila firma Microsoft nový systém správy dat NTFS. Filozofie systému NTFS je odlišná od filozofie FAT. Základem systému je jediný soubor zvaný Master File Table (MFT). Systém NTFS má v sobě již zabudovánu kompresi, která se odehrává v reálném čase. Běžný uživatel nemá vždy možnost ovlivňovat typ souborového systému ten je dán použitým operačním systémem a volbami při aktivaci disku. 6