Kapitel 1: Der Allzweckcomputer und die verwendeten Zahlen

Kapitel 1 Der Allzweckcomputer Und Die Verwendeten Zahlen



Teil 1: Einführung in Computer und Betriebssysteme
Teil 1.1: Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1: Der Allzweckcomputer und die verwendeten Zahlen

Der Computer ist eine elektronische Maschine, die aus mehreren Komponenten zur Verarbeitung und Speicherung der Daten besteht. Bei den Daten kann es sich um Text, Bild, Ton oder Video handeln.







1.1 Externe physische Komponenten eines Allzweckcomputers

Die folgende Abbildung zeigt die Zeichnung eines Allzweckcomputers mit den am häufigsten verwendeten Komponenten:





Figur. 1.1 Allzweckcomputer





Tastatur, Maus und Mikrofon sind Eingabegeräte. Der Lautsprecher und der Bildschirm (Monitor) sind Ausgabegeräte. Die gesamte Berechnung erfolgt durch die Systemeinheit, im Diagramm als Computer bezeichnet. Eingabegeräte und Ausgabegeräte werden als Peripheriegeräte bezeichnet.

Das vorherige Diagramm ist ein Tower-Computersystem oder einfach ein Tower-Computer. Dazu steht die Systemeinheit aufrecht. Alternativ kann die Systemeinheit so konzipiert werden, dass sie flach auf dem Schreibtisch (Tisch) liegt und der Monitor darauf platziert wird. Ein solches Computersystem wird als Desktop-Computersystem oder einfach als Desktop-Computer bezeichnet.



Die folgende Abbildung zeigt das Diagramm eines Laptop-Computers mit den Namen der externen Komponenten:

Abb. 1.2 Laptop-Computer

Wenn man sich hinsetzt, kann man den Laptop zum Arbeiten auf den Schoß legen. Das optische Laufwerk im Diagramm ist das CD- oder DVD-Laufwerk. Das Touchpad ist der Ersatz für die Maus. Die Systemeinheit verfügt über die Tastatur.

1.2 Tippen

Da heutzutage von jeder Elite in jedem Teil der Welt erwartet wird, dass sie den Computer bedienen kann, muss jede Elite lernen, auf der Tastatur zu tippen. Schreibkurse können im Internet kostenpflichtig oder kostenlos angeboten werden. Wenn das Geld oder die Mittel für den Unterricht nicht vorhanden sind, muss der Leser die folgenden Ratschläge befolgen, um zu lernen, wie man schreibt:

Auf der englischen Tastatur befinden sich in einer der mittleren Reihen die Tasten F und K. Die F-Taste befindet sich links, aber nicht am linken Ende der Zeile. Die J-Taste befindet sich rechts, aber nicht am rechten Ende.

An jeder Hand eines Menschen befinden sich Daumen, Zeigefinger, Mittelfinger, Ringfinger und kleiner Finger. Vor dem Tippen muss sich der Zeigefinger der linken Hand über der F-Taste befinden. Der Mittelfinger muss sich über der nächsten nach links bewegenden Taste befinden. Der Ringfinger muss oberhalb der nächsten Taste folgen und der kleine Finger oberhalb der darauf folgenden Taste, alles nach links. Vor dem Tippen muss sich der Zeigefinger der rechten Hand über der J-Taste befinden. Der Mittelfinger der rechten Hand muss sich über der nächsten nach rechts bewegenden Taste befinden. Der Ringfinger muss über der nächsten Taste folgen und der kleine Finger muss sich über der darauffolgenden Taste befinden, alles nach rechts.

Bei der Aufstellung der Hände sollten Sie mit dem nächstgelegenen Finger die vorgesehene nächstgelegene Taste auf der Tastatur drücken. Am Anfang wird Ihr Tippen langsam sein. Allerdings wird Ihr Tippen im Laufe der Wochen und Monate schneller.

Geben Sie diese Einstellung niemals auf, da die Schreibgeschwindigkeit zunimmt. Verzichten Sie beispielsweise nie auf die richtige Verwendung der letzten drei Finger der linken Hand. Wenn es aufgegeben wird, wird es sehr schwierig sein, wieder zum richtigen Tippansatz zurückzukehren. Daher wird sich die Tippgeschwindigkeit nicht verbessern, solange der Fehler nicht korrigiert wird.

1.3 Hauptplatine

Das Motherboard ist eine Breitplatine und befindet sich in der Systemeinheit. Darauf befinden sich die elektronischen Schaltkreise mit elektronischen Bauteilen. Die Schaltkreise auf dem Motherboard sind wie folgt:

Mikroprozessor
Heute ist dies eine Komponente. Es handelt sich um einen integrierten Schaltkreis. Es verfügt über Pins zum Anschluss an die übrigen Schaltkreise auf der Hauptplatine

Der Mikroprozessor übernimmt die gesamte Analyse und Kernberechnung für das Motherboard und das gesamte Computersystem.

Hardware-Unterbrechungsschaltung
Gehen Sie davon aus, dass auf dem Computer gerade ein Programm (Anwendung) ausgeführt wird und eine Taste auf der Tastatur gedrückt wird. Der Mikroprozessor muss unterbrochen werden, damit er den Tastencode empfängt oder das tut, was er aufgrund des Drückens einer bestimmten Taste tun soll.

Solche Hardware-Interrupts können auf zwei Arten erfolgen: Entweder hat der Mikroprozessor einen Pin für das Interrupt-Signal für jedes mögliche Peripheriegerät, oder der Mikroprozessor kann nur etwa zwei Pins haben und es gibt eine Interrupt-Schaltung, die diesen beiden Pins für alle möglichen Peripheriegeräte zum Mikroprozessor vorgeschaltet ist Peripheriegeräte. Diese Unterbrechungsschaltung verfügt über Pins für die Unterbrechungssignale aller möglichen Peripheriegeräte, die den Mikroprozessor unterbrechen würden.

Bei der Unterbrechungsschaltung handelt es sich normalerweise um einen kleinen integrierten Schaltkreis, zusammen mit einigen kleinen elektronischen Komponenten, sogenannten Gates.

Direkter Speicherzugriff
Jeder Computer verfügt über einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Das ROM ist klein und speichert dauerhaft nur kleine Informationen, auch wenn der Computer ausgeschaltet ist. Der Arbeitsspeicher ist groß, aber nicht so groß wie die Festplatte.

Wenn der Computer eingeschaltet ist (der Computer wurde eingeschaltet), kann der RAM viele Informationen speichern. Wenn der Computer heruntergefahren wird (der Strom ausgeschaltet ist), sind alle Informationen im RAM nicht mehr vorhanden.

Wenn ein einzelner Zeichencode vom Speicher an ein Peripheriegerät oder umgekehrt übertragen werden muss, erledigt der Mikroprozessor die Arbeit. Das bedeutet, dass der Mikroprozessor aktiv sein muss.

Es gibt Zeiten, in denen große Datenmengen vom Speicher auf die Festplatte oder umgekehrt übertragen werden müssen. Auf der Hauptplatine befindet sich ein Schaltkreis, der Direct Memory Access (DMA)-Schaltkreis genannt wird. Dieser übernimmt die Übertragung, genau wie der Mikroprozessor.

Der DMA kommt nur dann zum Einsatz, wenn die zwischen Speicher und Ein-/Ausgabegerät (Peripheriegerät) zu übertragende Datenmenge hoch ist. In diesem Fall kann der Mikroprozessor mit anderen Arbeiten fortfahren – und das ist der Hauptvorteil einer Schaltung für den direkten Speicherzugriff.

Die DMA-Schaltung ist normalerweise ein IC (Integrated Circuit) zusammen mit einigen kleinen elektronischen Komponenten, die als Gates bezeichnet werden.

Adapterschaltung der visuellen Anzeigeeinheit
Damit die Daten vom Mikroprozessor zum Bildschirm gelangen können, müssen sie den Adapterschaltkreis der Visual Display Unit auf der Hauptplatine durchlaufen. Dies liegt daran, dass die Zeichen oder Signale vom Mikroprozessor nicht direkt für den Bildschirm geeignet sind.

Andere Schaltungen
Weitere Schaltkreise können sich auf der Hauptplatine befinden. Auf der Hauptplatine kann sich beispielsweise eine Soundschaltung für den Lautsprecher befinden. Der Sound-Schaltkreis kann auch als Soundkarten-Schaltkreis geliefert werden, der in einen Steckplatz auf der Hauptplatine gesteckt wird.

Für die Zwecke dieses Kapitels reicht es aus, das Vorhandensein der zuvor erwähnten Schaltkreise zu kennen, auch ohne den Tonschaltkreis.

Der Mikroprozessor wird auch Central Processing Unit genannt, abgekürzt CPU. Der Mikroprozessor wird mit µP abgekürzt. CPU bedeutet dasselbe wie µP. Im weiteren Verlauf dieses Online-Karrierekurses werden CPU und µP häufig als Mikroprozessor oder Zentraleinheit bezeichnet, da beides dasselbe ist.

1.4 Zählen in verschiedenen Basen

Beim Zählen bedeutet das Addieren von 1 zur vorherigen Ziffer oder vorherigen Zahl. Das Folgende sind zehn Ziffern, einschließlich 0 zum Zählen zur Basis 10:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Ein anderer Name für Base ist Radix. Basis oder Basis ist die Anzahl der unterschiedlichen Ziffern in einer Basiszählung. Die Basis zehn hat zehn Ziffern, ohne dass die Zehn aus zwei Ziffern besteht. Nach der Addition von 1 zu 9 wird 0 geschrieben und der Übertrag von 1 direkt vor 0 geschrieben, um zehn zu erhalten. Tatsächlich gibt es für keine Basis (keine Basis) eine (einzelne) Ziffer. Beachten Sie, dass es für die Zehn keine Ziffer gibt. Zehn kann als 1010 geschrieben werden, was als Eins-Null zur Basis zehn gelesen wird.

Die Basis sechzehn hat sechzehn Ziffern, einschließlich 0, die wie folgt lauten:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

In der Basis sechzehn sind die Zahlen zehn, elf, zwölf, dreizehn, vierzehn, fünfzehn jeweils A, B, C, D, E und F. Sie können auch in Kleinbuchstaben geschrieben werden als: a, b, c, d, e, f. Beachten Sie, dass es für sechzehn keine Ziffer gibt.

In der Basis sechzehn wird nach der Addition von 1 zu F 0 aufgeschrieben und der Übertrag von 1 direkt vor 0 geschrieben, um 1016 zu erhalten, was als Eins-Null-Basis sechzehn gelesen wird.

Die Basis acht hat acht Ziffern, einschließlich 0, die lauten:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Beachten Sie, dass es für die Acht keine Ziffer gibt.

In der Basis Acht wird nach der Addition von 1 zu 7 0 aufgeschrieben und der Übertrag von 1 direkt vor 0 geschrieben, um 108 zu erhalten, was als Eins-Null zur Basis Acht gelesen wird.

Basis zwei hat zwei Ziffern, einschließlich 0, die sind:

0, 1

Beachten Sie, dass es für zwei keine Ziffer gibt.

In der Basis zwei wird nach der Addition von 1 zu 1 0 aufgeschrieben und der Übertrag von 1 direkt vor 0 geschrieben, um 102 zu erhalten, was als Eins-Null-Basis 2 gelesen wird.

In der folgenden Tabelle erfolgt die Zählung von eins bis eins-null zur Basis sechzehn. Die entsprechenden Zahlen zur Basis zehn, zur Basis acht und zur Basis zwei sind ebenfalls in jeder Zeile angegeben:

Denken Sie daran, dass Zählen das Addieren von 1 zur vorherigen Ziffer oder vorherigen Zahl bedeutet. Bei jeder Zahlenfolge mit Basenzählung bewegt sich der Übertrag von 1 weiterhin nach links. Wenn die größeren Zahlen auftauchen, wird es breiter.

Binärzahlen und Bits
Eine Zahl besteht aus Symbolen. Eine Ziffer ist ein beliebiges Symbol in der Zahl. Zahlen zur Basis 2 werden Binärzahlen genannt. Eine Ziffer zur Basis 2 wird als BIT bezeichnet, was üblicherweise als Kurzbezeichnung für Binärziffer als Bit geschrieben wird

1.5 Umwandeln einer Zahl von einer Basis in eine andere

In diesem Abschnitt wird gezeigt, wie man eine Zahl von einer Basis in eine andere umwandelt. Der Computer arbeitet grundsätzlich in Basis 2.

Umstellung auf Basis 10
Da jeder den Wert einer Zahl zur Basis 10 zu schätzen weiß, wird in diesem Abschnitt die Konvertierung einer Zahl ohne Basis 10 in die Basis 10 erläutert. Um eine Zahl in die Basis 10 umzuwandeln, multiplizieren Sie jede Ziffer der angegebenen Basiszahl mit der erhöhten Basis zum Index seiner Position hinzufügen und die Ergebnisse hinzufügen.

Jede Ziffer für eine beliebige Zahl in einer beliebigen Basis hat eine Indexposition, die bei 0 beginnt und vom rechten Ende der Zahl nach links verläuft. Die folgenden Tabellen zeigen die Ziffernindexpositionen von D76F16, 61538, 10102 und 678910:

Index – > 3 2 1 0
Ziffer -> D 7 6 F16

Index – > 3 2 1 0
Ziffer -> 6 1 5 38

Index – > 3 2 1 0
Ziffer -> 1 0 1 02

Index – > 3 2 1 0
Ziffer -> 6 7 8 910

Die Konvertierung von D76F16 in Basis 10 erfolgt wie folgt:

D x 163 + 7 x 162 + 6 x 161 + F x 160

Hinweis: Jede Zahl, die auf den Index 0 erhöht wird, wird zu 1.

163 = 16 x 16 x 16;
162 = 16 x 16
161 = 16
160 = 1

Beachten Sie auch, dass => in der Mathematik „das impliziert das“ und ∴ daher bedeutet.

In einem mathematischen Ausdruck müssen alle Multiplikationen zuerst vor der Addition durchgeführt werden; Dies ist aus der BODMAS-Sequenz (Klammern zuerst, gefolgt von „Of“, wo immer noch die Multiplikation steht, dann gefolgt von „Division“, „Multiplikation“, „Addition“ und „Subtraktion“). Die Beispiele lauten also wie folgt:

D x 163 + 7 x 162 + 6 x 161 + F x 160 = D x 16 x 16 x 16 + 7 x 16 x 16 + 6 x 16 + F x 160
=> D x 163 + 7 x 162 + 6 x 161 + F x 160 = D x 4096 + 7 x 256 + 6 x 16 + F x 1
=> D x 163 + 7 x 162 + 6 x 161 + F x 160 = 53248 + 1792 + 96 + 15
=> D x 163 + 7 x 162 + 6 x 161 + F x 160 = 55151

∴ D76F16 = 5515110

Die Umrechnung von 61538 in die Basis 10 erfolgt wie folgt:

6 x 83 + 1 x 82 + 5 x 81 + 3 x 80

Hinweis: Jede Zahl, die auf den Index 0 erhöht wird, wird zu 1.

83 = 8 x 8 x 8;
82 = 8 x 8
81 = 8
80 = 1

Beachten Sie auch, dass => in der Mathematik „das impliziert das“ und ∴ daher bedeutet.

In einem mathematischen Ausdruck müssen alle Multiplikationen zuerst vor der Addition durchgeführt werden; Dies ist aus der BODMAS-Sequenz. Die Beispieldemonstration sieht also wie folgt aus:

6 x 83 + 1 x 82 + 5 x 81 + 3 x 80 = 6 x 8 x 8 x 8 + 1 x 8 x 8 + 5 x 8 + 3 x 80
=> 6 x 83 + 1 x 82 + 5 x 81 + 3 x 80 = 6 x 512 + 1 x 64 + 5 x 8 + 3 x 1
=> 6 x 83 + 1 x 82 + 5 x 81 + 3 x 80 = 3072 + 64 + 40 + 3
=> 6 x 83 + 1 x 82 + 5 x 81 + 3 x 80 = 3179

∴ 61538 = 317910

Die Umrechnung von 10102 in die Basis 10 erfolgt wie folgt:

1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20

Hinweis: Jede Zahl, die auf den Index 0 erhöht wird, wird zu 1.

23 = 2 x 2 x 2;
22 = 2 x 2
21 = 2
20 = 1

Beachten Sie auch, dass => in der Mathematik „das impliziert das“ und ∴ daher bedeutet.

In einem mathematischen Ausdruck müssen alle Multiplikationen zuerst vor der Addition durchgeführt werden; Dies ist aus der BODMAS-Sequenz. Die Beispieldemonstration sieht also wie folgt aus:

1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 1 x 2 x 2 x 2 + 0 x 2 x 2 + 1 x 2 + 0 x 10
=> 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 1 x 8 + 0 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1
=> 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 8 + 0 + 2 + 0
=> 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 10

∴ 10102 = 1010

Umbau von Base 2 auf Base 8 und auf Base 16
Die Konvertierung von Base 2 zu Base 8 oder von Base 2 zu Base 16 ist im Allgemeinen einfacher als die Konvertierung von einer anderen Base zu einer anderen Base. Außerdem werden Zahlen zur Basis 2 besser zur Basis 8 und zur Basis 16 geschätzt.

Umbau von Base 2 auf Base 8
Um von der Basis 2 zur Basis 8 zu konvertieren, gruppieren Sie die Ziffern der Basis 2 vom rechten Ende aus in Dreiergruppen. Lesen Sie dann jede Gruppe in Basis acht. Tabelle 1.1 (Zählen in verschiedenen Radixen), die Entsprechungen zwischen Basis 2 und Basis Acht für die ersten acht Zahlen enthält, kann verwendet werden, um die Gruppen von Zahlen zur Basis 2 in Basis Acht einzulesen.

Beispiel:
Konvertieren Sie 1101010101012 zur Basis 8.

Lösung:
Die Gruppierung in Dreiergruppen von rechts ergibt Folgendes:

| 110 | 101 | 010 | 101 |

Aus Tabelle 1.1 und hier von rechts gelesen ist 1012 58 und 0102 28, wobei die führende Null ignoriert wird. Dann ist 1012 immer noch 58 und 1102 ist 68. In Basis 8 ergeben sich die Gruppen also wie folgt:

| 68 | 58 | 28 | 58 |

Und zum Zweck des konventionellen Schreibens:

1101010101012 = 65258

Ein anderes Beispiel:

Konvertieren Sie 011000101102 zur Basis 8.

Lösung:

011010001102 = | 01 | 101 | 000 | 110 |
=> 011010001102 = | 18 | 58 | 08 | 68 |
∴ 011010001102 = 15068

Beachten Sie, dass die führenden Nullen in jeder Gruppe ignoriert werden. Wenn alle Ziffern einer Gruppe Nullen sind, werden sie in der neuen Basis alle durch eine Null ersetzt.

Umbau von Base 2 auf Base 16
Um von der Basis 2 zur Basis 16 zu konvertieren, gruppieren Sie die Ziffern zur Basis 2 vom rechten Ende her in Vierergruppen. Lesen Sie dann jede Gruppe in Basis sechzehn. Tabelle 1.1 (Zählen in verschiedenen Radixen), die Entsprechungen zwischen Basis 2 und Basis sechzehn für die ersten sechzehn Zahlen enthält, kann verwendet werden, um die Gruppen von Zahlen zur Basis 2 in Basis sechzehn einzulesen.

Beispiel:
Konvertieren Sie 1101010101012 zur Basis 16.

Lösung:
Die Vierergruppierung von rechts ergibt Folgendes:

| 1101 | 0101 | 0101 |

Aus Tabelle 1.1 und hier von rechts gelesen ist 01012 58, wenn man die führende 0 ignoriert, 01012 ist immer noch 58, wenn man die führende 0 ignoriert, und 11012 ist D16. In Basis 16 lauten die Gruppen also wie folgt:

D16 | 516 | 516 |

Und zum Zweck des konventionellen Schreibens:

1101010101012 = D5516

Ein anderes Beispiel:
Konvertieren Sie 11000101102 zur Basis 16.

Lösung:

11010001102 = | 11 | 0100 | 0110 |
=> 11010001102 = | 316 | 416 | 616 |
∴ 11010001102 = 34616

Beachten Sie, dass die führenden Nullen in jeder Gruppe ignoriert werden. Wenn alle Ziffern einer Gruppe Nullen sind, werden sie in der neuen Basis alle durch eine Null ersetzt.

1.6 Umstellung von Base 10 auf Base 2

Die Umrechnungsmethode ist eine kontinuierliche Division der Dezimalzahl (zur Basis 10) durch 2. Lesen Sie dann das Ergebnis von unten ab, wie die folgende Tabelle zeigt, für die Dezimalzahl 529:

Tabelle 1.2
Konvertierung von Basis 10 auf Basis 2
Basis 2 Basis 10 Rest
2 529 1
2 264 0
2 132 0
2 66 0
2 33 1
2 16 0
2 8 0
2 4 0
2 2 0
2 1 1
0

Von unten betrachtet lautet die Antwort 1000010001. Für jeden Divisionsschritt gibt es den Dividenden, der durch den Divisor dividiert wird, um den Quotienten zu erhalten. Der Quotient besteht immer aus einer ganzen Zahl und einem Rest. Der Rest kann Null sein. Bei der Umrechnung zur Basis 2 ist der letzte Quotient immer Null, Rest 1.

1.7 Probleme

Dem Leser wird empfohlen, alle Probleme in einem Kapitel zu lösen, bevor er mit dem nächsten Kapitel fortfährt.

1. a) Listen Sie drei Eingabegeräte für die Systemeinheit eines Allzweckcomputers auf.
b) Listen Sie zwei Ausgabegeräte für die Systemeinheit eines Allzweckcomputers auf.

2. Welchen Rat würden Sie einer Person geben, die das Schreiben lernen möchte, aber weder das Geld noch die Mittel für professionelle Schreibkurse hat?

3. Nennen Sie die Namen der vier Hauptschaltkreise (Komponenten) der Hauptplatine eines Allzweckcomputers und erläutern Sie kurz ihre Rolle.

4. Erstellen Sie eine Zähltabelle für die Basen Zehn, Sechzehn, Acht und Zwei mit den Zahlen zur Basis Sechzehn von 116 bis 2016.

5. Wandeln Sie die folgenden Zahlen um, wie es im Mathematikunterricht gemacht wird:
a) 7C6D16 zur Basis 10
b) 31568 zur Basis 10
c) 01012 zur Basis 10

6. Wandeln Sie die folgenden Zahlen in die Basis 8 um, wie es im Mathematikunterricht gemacht wird:
a) 1101010101102
b) 011000101002

7. Wandeln Sie die folgenden Zahlen in die Basis 8 um, wie es im Mathematikunterricht gemacht wird:
a) 1101010101102
b) 11000101002

8. Wandeln Sie 102410 zur Basis zwei um.