Начальный курс информатики. Часть 3

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 
 
 
 
 
А. М. Губарь 
 
 
 
Начальный курс информатики 
 
 
Конспект лекций 
 
Часть 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Г93 
УДК 681.3.06 
ББК 32.81 
 Г93 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/255/book1123.html 
 
Факультет «Информатика и системы управления» 
Кафедра «Компьютерные системы и сети» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве конспекта лекций 
 
Рецензенты:  
канд. техн. наук, доцент Г. И. Ревунков,  
канд. техн. наук С. А. Рамишвили 
 
 
Губарь, А. М. 
Начальный курс информатики : конспект лекций : в 4 ч. —  
Ч. 3 / А. М. Губарь. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 76, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4172-3 
Рассмотрены основные вопросы хранения информации. Большое 
внимание уделено запоминающим устройствам различного типа, обеспечивающим прием, хранение и воспроизведение информации. Проанализирована модель системы передачи информации, дано описание различных линий связи и аппаратуры каналов связи. Приведена 
классификация компьютерных сетей, а также эталонная модель архитектуры открытой системы. Даны основы теории кодирования и примеры 
построения двух корректирующих кодов.  
Для студентов младших курсов факультета «Информатика и системы управления» МГТУ им. Н. Э. Баумана. 
 
УДК 681.3.06 
ББК 32.81 
 
 
 
 
 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4172-3  
 
   МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015
2 

 
 
Предисловие к части 3 
Данное издание является третьей частью цикла «Начальный 
курс информатики» (см. Губарь А.М. Начальный курс информатики: конспект лекций: в 4 ч. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана.  
Ч. 1, 2009. 88 с.; ч. 2, 2012. 80 с.). 
Третья часть посвящена вопросам хранения и передачи информации. Так, большое внимание уделено запоминающим устройствам (ЗУ) различного типа, электронной памяти, ее характеристикам, принципам адресации, разновидностям. Проанализирована 
модель системы передачи информации, рассмотрены каналы и линии связи, дано описание аппаратуры каналов связи.  
Приведены классификация компьютерных сетей, основы теории кодирования, а также даны примеры построения двух корректирующих кодов. 
В конце каждой главы помещены контрольные вопросы. Кроме 
того, в издании приведены словарь основных терминов и литература по теме лекций.  
 
 
3 

 
6. ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ 
Хранение информации связано с ее отображением в свойствах 
или расположении физических объектов, которые являются носителями информации. Для обеспечения хранения и последующего 
воспроизведения информации необходимо выполнение ряда действий, а именно: 
– представление информации на выбранном носителе; 
– запись и чтение информации; 
– поиск требуемой информации при чтении; 
– поиск места для информации при ее записи. 
Методы и средства, реализующие перечисленные процедуры, 
образуют системы хранения, которые условно можно разделить на 
два класса. К первому классу относятся запоминающие устройств 
различного типа, обеспечивающие хранение и воспроизведение 
хранимой информации в компьютере. Второй класс систем хранения образуют многочисленные базы данных, автоматизированные 
информационно-поисковые, информационно-справочные, экспертные системы и т. п. 
Итак, компьютерные запоминающие устройства — это ЗУ для 
приема, хранения и выдачи информации в компьютерах и вычислительных системах. Они состоят в общем случае из накопителя, блоков приема, записи, выборки и выдачи информации, а также блока 
местного управления. По характеру обращения к ЗУ, способу выборки информации из отдельных ячеек, функциональному назначению 
такие устройства можно классифицировать различным образом. 
Предметом нашего рассмотрения и станут основные типы указанных 
устройств. 
6.1. Электронная память 
Электронная память компьютера представляет собой сложную многоуровневую систему хранения информации. Желательно, чтобы такая память была большой, быстрой и дешевой, одна4 

ко нельзя одновременно удовлетворить все эти три требования, 
поскольку увеличение объема и быстродействия связано также с 
ростом стоимости памяти. Поэтому постоянно разрабатываются 
и внедряются новые способы создания видимости большой и 
быстрой компьютерной памяти. 
Система электронной памяти является внутренней памятью компьютера и включает оперативную память, кэш-память, постоянную 
память, полупостоянную память и буферную память. С учетом последнего замечания следует назвать и виртуальную память. 
Прежде чем перейти к изучению архитектуры и компонентов 
памяти компьютера, рассмотрим основные характеристики памяти, 
а также принципы ее адресации и взаимодействия с процессором. 
Характеристики памяти 
Сначала определимся с терминологией, так как в литературных 
источниках под разными понятиями подразумеваются, по существу, 
одни и те же объекты. 
Мы уже говорили о разрядной сетке компьютера, под которой 
понимается совокупность двоичных разрядов, предназначенных 
для хранения и обработки чисел. Машинное слово — это последовательность битов, полубайтов или байтов, представляющих двоично-цифровую или буквенно-символьную информацию. Обычно 
машинное слово занимает одну ячейку памяти компьютера, и при 
обращении к нему устройства оперируют с ним как с единым целым. Ячейка ЗУ — это совокупность запоминающих элементов 
накопителя, предназначенная для хранения одного слова или числа; она характеризуется длиной, т. е. максимальным количеством 
двоичных разрядов (битов), которые одновременно могут храниться в ней. Длина ячейки обычно равна длине машинного слова или 
кратна ей, а их количество определяет емкость ЗУ. 
Основными характеристиками компьютерной памяти являются 
объем или емкость, быстродействие, производительность и достоверность хранения информации. 
Объем памяти определяется количеством ее ячеек, предназначенных для хранения информации, и обычно измеряется в мегабайтах, а также гигабайтах и терабайтах. 
Быстродействие памяти характеризуется временем выполнения операций записи и чтения. Для любого запоминающего эле5 

мента памяти определяющими являются минимальное время доступа и длительность цикла обращения. Время доступа — это 
временной интервал между началом цикла чтения и появлением 
данных на выходе памяти. Длительность цикла — это минимальный промежуток времени между двумя последовательными операциями обращения к памяти, причем циклы чтения и записи могут быть различны, а цикл обращения обычно больше времени 
доступа. Разумеется, эти параметры зависят от способов реализации запоминающих устройств, т. е. определяются принципом действия последних и технологией их изготовления. 
Производительность памяти характеризуется скоростью потока записываемых или считываемых данных и обычно измеряется в 
мегабайтах в секунду. Эта характеристика наряду с производительностью процессора существенно влияет на производительность компьютера в целом. Она определяется временем выполнения пакетных режимов обращения и зависит также от частоты 
системной шины и разрядности шины памяти, под которой подразумевается количество единиц информации (бит или байт), одновременно участвующих в операциях чтения или записи. 
Достоверность хранения информации можно определить как 
время наработки запоминающего устройства на отказ. Дело в 
том, что при функционировании любой системы возможен как 
случайный сбой в ее работе, так и устойчивый отказ, приводящий к ошибочным результатам. Вероятность ошибки при работе 
современных микросхем памяти достаточно мала, но все же она 
существует. Случайный сбой может произойти и в исправной 
микросхеме, после него следующая операция обращения к памяти выполнится правильно. Отказ ячейки памяти приводит к потере ее работоспособности, которая, однако, может самопроизвольно 
восстановиться после, например, повторного включения питания. 
В первых персональных компьютерах применялся контроль четности, при котором каждый байт памяти дополняется битом паритета, в результате чего общее количество единиц всегда нечетно. Значение этого бита аппаратно генерируется при записи 
информации в память и проверяется при ее считывании. Если 
фиксируется ошибка паритета, то на экран выводится соответствующее сообщение с указанием адреса сбойной ячейки, и процессор останавливается, причем из этого состояния он может 
выйти по прерываниям. Применяется и другой способ контроля: 
6 

для информации, записываемой в ячейку памяти, вычисляется 
функция свертки, значение которой (а это уже несколько бит) 
также хранится в памяти. При считывании благодаря этой избыточной информации возможно обнаружение ошибок различной 
кратности и автоматическое исправление некоторых из них (подробнее данный механизм изложен при рассмотрении корректирующих кодов). Наконец, достоверность информации, хранимой 
в памяти, проверяется с использованием контрольной суммы — 
байта, дополняющего до нуля сумму по модулю 256 всех байт 
контролируемой области. 
Принципы адресации памяти 
Теперь перейдем к рассмотрению основных принципов адресации памяти и организации связи между памятью и процессором.  
Как известно, кроме числовой компьютер обрабатывает и символьную информацию, под которой понимают буквы алфавитов, 
знаки препинания, управляющие символы и т. п. Обычно она 
представляется в виде кодов длиной 8 бит (1 байт), причем наиболее распространенной кодовой таблицей является таблица кодов 
ASCII (American Standard Code for Information Interchange — Американский стандартный код для обмена информацией). Такая таблица содержит основной стандарт, в котором для кодирования 
символов используются шестнадцатеричные коды от 00 до 7F, и 
его расширение — коды от 80 до FF. Основной стандарт является 
международным и используется для кодирования управляющих 
символов, цифр и букв латинского алфавита, а в его расширении 
кодируются буквы национальных алфавитов и символы псевдографики. 
Память, хранящая числовую и символьную информацию, состоит из огромного количества запоминающих элементов или двоичных разрядов, каждый из которых может содержать один бит 
информации (0 или 1). Обычно биты обрабатываются группами 
фиксированной длины — организация памяти позволяет записывать и считывать такие группы, называемые словами, за одну операцию. Таким образом, компьютерную память схематично можно 
представить в виде последовательного набора слов информации. 
Поскольку длина слова современных компьютеров колеблется от 
16 до 64 бит, при байтовой адресации (а именно так адресуется 
7 

память большинства компьютеров) в одном слове может храниться от двух до восьми символов ASCII. 
Для записи или чтения элементов информации (байтов или 
слов) необходимо определить их месторасположение в памяти, 
поэтому байтам или словам присваиваются имена или адреса.  
В качестве таких адресов используют числа от 0 до (2n – 1), где  
n — целое число, достаточное для адресации всей памяти. Таким 
образом, 2n адресов образуют адресное пространство памяти  
компьютера, и она содержит 2n адресуемых элементов. Так,  
16-разрядный компьютер, генерирующий 16-разрядные адреса, 
может использовать память объемом до 216 = 64 Кбайт,  
32-разрядный компьютер, генерирующий 32-разрядные адреса, — 
память объемом до 232 = 4 Гбайт, наконец, 40-разрядный компьютер — память объемом до 240 = 1 Тбайт. 
В компьютерах применяются два способа адресации байтов в 
словах — прямой и обратный порядок (рис. 6.1). 
 
 
Рис. 6.1. Прямой (а) и обратный (б) порядок адресации байтов 
 
При прямом порядке адресации, используемом в процессорах 
Intel, байты в словах адресуются справа налево и наименьший адрес имеет младший байт слова, расположенный справа. При  
обратном порядке, используемом в процессоре Motorola 68000, 
байты в словах адресуются слева направо и наименьший адрес 
имеет старший байт слова, расположенный слева. В процессоре 
ARM используются обе системы адресации. В любом случае адреса байтов 0, 4, 8, 12, … применяются и в качестве адресов последовательных слов памяти при операциях их чтения и записи. 
Итак, операциями с памятью являются чтение (считывание, 
выборка или загрузка) и запись (сохранение). Они выполняются 
при функционировании программ, содержащих команды и данные (причем последние являются операндами команд), и все это 
8