Основы компьютерной обработки информации

 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Т. П. Пушкарёва 
 
 
ОСНОВЫ   
КОМПЬЮТЕРНОЙ  ОБРАБОТКИ 
ИНФОРМАЦИИ 
 
 
Рекомендовано УМО РАЕ (Международной ассоциацией ученых, 
преподавателей и специалистов) по классическому университетскому 
и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки: 
22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов», 22.04.01 «Материаловедение и технология», рег. № 562 от 18.03.2016 г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2016 

УДК 004.9(07) 
ББК 32.973я73 
П912 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Пушкарёва, Т.П. 
П912 
 
Основы компьютерной обработки информации : учеб. пособие / Т. П. Пушкарёва. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 
180 с. 
ISBN 978-5-7638-3492-5 
 
В учебном пособии изложены материалы по темам, связанным с обработкой различных видов информации с помощью персонального компьютера. Раскрыты сущность информации, ее свойства, описаны возможные действия над ней. Указаны базовые принципы построения архитектуры персонального компьютера, рассмотрены его арифметические и логические 
основы. Описаны основные средства, приемы и методы моделирования, алгоритмизации и программирования на языке Turbo-Pascal. Представлены основы работы в объектно-ориентированной среде программирования Lazarus.  
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 22.03.01 
«Материаловедение и технологии материалов», 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов», 22.04.01 «Материаловедение и технология материалов». 
 
Электронный вариант издания см.: 
УДК 004.9(07) 
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 32.973я73 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3492-5 
© Сибирский федеральный 
университет, 2016  

Оглавление 

3 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
Глава 1. Архитектура персонального компьютера ..............................  
5 
1.1. Магистрально-модульный принцип построения  
компьютера ....................................................................................  
5 
1.2. Основные устройства персонального компьютера ...................  
8 
1.3. Периферийные устройства персонального компьютера ..........  17 
 
Глава 2. Действия над информацией .......................................................  25 
2.1. Понятие информации ...................................................................  25 
2.2. Операции с данными ....................................................................  28 
2.3. Измерение количества информации ...........................................  29 
 
Глава 3. Арифметические основы персонального компьютера ........  37 
3.1. Системы счисления .......................................................................  37 
3.2. Перевод чисел из одной системы счисления в другую ...................  39 
3.3. Выполнение арифметических операций в позиционных  
системах счисления .......................................................................  41 
 
Глава 4. Представление информации в персональном  
компьютере ...................................................................................  49 
4.1. Представление текстовой информации ......................................  50 
4.2. Представление числовой информации в компьютере ..............  54 
4.3. Кодирование графической информации ....................................  62 
4.4. Кодирование звуковой информации ...........................................  64 
4.5. Представление видеоинформации в компьютере ......................  66 
 
Глава 5. Логические основы компьютера ..............................................  70 
5.1. Логика высказываний ...................................................................  70 
5.2. Методы решения логических задач ............................................  73 
5.3. Логические основы персонального компьютера .......................  81 
Вопросы и задания для самоконтроля ...............................................  87 
 
Глава 6. Основы программирования ......................................................  92 
6.1. Понятие модели в информатике ..................................................  92 
6.2. Подходы к построению простейших математических 
моделей...........................................................................................  99 
6.3. Алгоритмы. Трансляция и компиляция ......................................  100 
6.4. Описание языков программирования .........................................  106 
 
Глава 7. Основы языка Pascal ...................................................................  110 
7.1. Описание языка Pascal ..................................................................  110 
7.2. Операторы языка ...........................................................................  116 

Оглавление 

7.3. Понятие массива ...........................................................................  124 
7.4. Процедуры и функции ..................................................................  134 
7.5. Графика в языке Pascal .................................................................  136 
 
Глава 8. Среда визуального программирования Lazarus ...................  149 
8.1. Пользовательский интерфейс ......................................................  149 
8.2. Объекты Формы и их свойства ....................................................  154 
8.3. События и процедуры обработки событий ................................  156 
8.4. Структура проекта Lazarus ...........................................................  157 
8.5. Консольное приложение среды Lazarus .....................................  162 
8.6. Средства рисования в Lazarus ......................................................  165 
 
Заключение ...................................................................................................  178 
 
Библиографический список ......................................................................  179 
 
 
 

Архитектура персонального компьютера 

5 

Глава 1. АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО  
КОМПЬЮТЕРА 
 
 
1.1. Магистрально-модульный принцип  
построения компьютера 
 
Персональный компьютер (ПК) – это программируемое электронное 
устройство, предназначенное для обработки и хранения (накопления) информации. Современные ПК используются для автоматизации отдельных 
рабочих мест, обработки деловой информации, обучения и т. д. Все ПК 
имеют общую принципиальную схему (архитектуру). 
Архитектура ПК – совокупность аппаратных и программных 
средств, с помощью которых обеспечивается выполнение задач пользователя и программирование задач.  
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи 
и взаимное соединение основных логических узлов компьютера и включает описание пользовательских возможностей программирования; описание 
системы команд и системы адресации; организацию памяти и т. д. 
В основу архитектуры ПК положен модульно-магистральный принцип (рис. 1.1). Модульный принцип позволяет комплектовать нужную 
конфигурацию, модернизировать ее. Такая организация ПК опирается на 
магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Магистраль 
(системная шина) включает:  
1) шину данных,  
2) шину адреса,  
3) шину команд (управления).  
Упрощенно системную шину можно представить как группу кабелей 
и электрических (токопроводящих) линий на материнской плате. Обмен 
информацией между устройствами производится по этим трем многоразрядным шинам (многопроводные линии связи). Кратко опишем эти шины. 
У процессоров Intel Pentium последнего поколения (а именно они 
наиболее распространены в персональных компьютерах) 64-разрядная адресная шина; это означает, что она состоит из 64 параллельных линий. 
В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, на 
них выставляется единица или ноль. Комбинация из 64 нулей и единиц образует 64-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной 
памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из 
ячейки в один из своих регистров. 64-разрядная шина позволяет адресовать более четырех гигабайт памяти. 

Глава 1 

6 

 
 
Рис. 1.1. Архитектура ПК 
 
 
По шине данных происходит копирование данных из оперативной 
памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на 
базе процессоров Intel Pentium, она состоит из 64 линий, по которым за 
один раз на обработку поступают сразу 8 байтов информации. Разрядность 
шины данных определяется разрядностью процессора (т. е. количеством 
двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт). Шина 
данных двунаправленная от процессора к устройству и наоборот.  
Код адреса формируется процессором и передается по шине адреса. 
Она является однонаправленной (от процессора к устройству). Разрядность 
шины адреса определяет объем адресуемой памяти и может не совпадать 
с разрядностью шины данных.  
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер 
обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств. 
Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые 
хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из 
оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, 
а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде 
байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть 
и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве со

Архитектура персонального компьютера 

7 

временных процессоров шина команд 64-разрядная, хотя существуют 128разрядные процессоры. 
Системная шина – это аппаратная реализация стандартов взаимодействия различных узлов. Ее разрядность во многом определяет производительность компьютера, поскольку она связывает между собой процессор, 
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), слоты (т. е. специальные 
разъемы) расширения. Существуют различные стандарты системной шины, которые сложились по мере развития техники: MCA, VESA, EISA, 
PCI-Express и SCSI. В компьютерах типа Pentium используется, как правило, шина PCI. 
Подключение отдельных модулей ПК к магистрали на физическом 
уровне осуществляется с помощью контроллеров (адаптеров), а на программном – обеспечивается драйверами. Их совокупность называется интерфейсом. 
Принцип открытой архитектуры – это возможность постоянного 
усовершенствования компьютера IBM PC в целом и его отдельных частей 
с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг 
с другом независимо от фирмы-изготовителя. Это дает наибольшую выгоду пользователям, которые могут расширять возможности своих машин, 
покупая новые устройства и вставляя их в свободные разъемы (слоты) на 
системной (материнской) плате.  
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом. 
Принцип программного управления: программа состоит из набора 
команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом 
в определенной последовательности. Таким образом, процессор исполняет 
программу автоматически, без вмешательства человека. 
Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится 
в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно 
выполнять такие же действия, как и над данными. 
Принцип адресности: структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. 
Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, 
чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием 
присвоенных имен. 
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу 
фон-неймановских. 

Глава 1 

8 

У персональных компьютеров выделяют 2 части: аппаратную часть – 
Hardware и программное обеспечение – Software. Иногда говорят еще 
о третьей части – Brainware – интеллекте пользователя, способного эффективно использовать как Hardware, так и Software. 
 
 
1.2. Основные устройства персонального компьютера 
 
К основным устройствам персонального компьютера относятся 
(стандартная конфигурация ПК): системный блок; монитор; клавиатура; 
мышь. 
Поскольку ПК проектируется на основе принципа открытой архитектуры, то регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Следовательно, 
компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных 
и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. 
ПК можно легко расширить и модернизировать за счёт наличия 
внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, 
и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии 
со своими личными предпочтениями. 
Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter – 
между и face – лицо). 
Интерфейс – это средство сопряжения двух устройств, в котором все 
физические и логические параметры согласуются между собой. 
Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым 
на уровне международных соглашений, то он называется стандартным. 
Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое 
устройство) связан с шиной определённого типа – адресной, управляющей 
или шиной данных. 
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты 
примерно по схеме, указанной на рис. 1.2. 
 

 
 
Рис. 1.2. Схема подключения периферийных устройств 

Архитектура персонального компьютера 

9 

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных 
цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора. 
Рассмотрим основные устройства персонального компьютера. 
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого 
установлены наиболее важные компоненты компьютера.  

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внут
ренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными. 
По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса 
(горизонтальное и вертикальное исполнение) (рис. 1.3). 
 

 
 
 
Рис. 1.3. Виды системного блока 
 
В системном блоке содержатся следующие основные устройства: 
1) материнская плата, 
2) процессор, 
3) память, 
4) жесткий диск. 
5) блок питания. 
Материнская (или системная) плата – важнейший элемент компьютера. Она служит для соединения всех компонентов системного блока, 
а также устройств, подключаемых к ПК, в единое целое (рис. 1.4). 
Именно к материнской плате подключаются процессор, жесткий 
диск, дисководы, видеокарта, монитор, клавиатура, мышь, принтер, модем 
и прочее. 
Для этого на плате располагаются разъемы (или слоты), одни из которых имеют выход наружу, а другие нет. На задней стенке системного 
блока можно увидеть разъемы, которые выходят из компьютера и предна

Глава 1 

10 

значены для подключения внешних устройств (клавиатура, мышь, принтер, монитор и др.). Разъемы снаружи на материнской плате используются 
для подключения в них основных деталей, которые отвечают за быстродействие компьютера в целом.  
 

 
 
Рис. 1.4. Системная плата компьютера  
класса Pentium 
 
Материнская плата часто содержит в себе множество встроенных 

устройств. В нее могут быть встроены видео- и звуковая карты (устройства 
для визуализации информации и обработки звука соответственно). Нередко в материнскую плату встроены модем и сетевая карта, позволяющие 
подключаться к Интернету и работать в локальной сети. Встроенное оборудование можно отключать, заменяя его более производительными устройствами. Электронные компоненты при работе выделяют много тепла, 
поэтому очень важно их охлаждать. Для этого применяется специальная 
система охлаждения, состоящая из небольших радиаторов или трубок. Помимо этого, устройства, устанавливаемые на материнскую плату, зачастую 
снабжаются собственными системами охлаждения: кулерами, радиаторами 
и др. Главная информационная магистраль (шина) связывает все встроенные устройства воедино. 
Процессор – это основная микросхема ЭВМ, выполняющая логические и арифметические операции и осуществляющая управление всеми 
компонентами ПК. Процессор представляет собой миниатюрную тонкую 
кремниевую пластинку прямоугольной формы, на которой размещается 
огромное количество транзисторов, реализующих все функции, выполняемые процессором. Кремниевая пластинка – очень хрупкая, а так как ее любое повреждение приведет к выходу из строя процессора, она помещается 
в пластиковый или керамический корпус (рис. 1.5).