Inleiding Informatica College 2 Woensdag 17 januari 2001 Brookshear Hoofdstuk 1 Bord, Overhead, Beamer

Overzicht college 2 1.1 Opslag van bits 1.2 Hoofdgeheugen 1.3 Massa geheugen 1.4 Representatie van informatie als bitpatronen NIET: par. 1.5 t/m 1.9

1.1 Opslag van bits Alle informatie in de computer heeft binaire representatie: bit-patronen Bit = binary digit, met symbolische toestand 0 of 1, aan of uit, true of false, etc. Opslag bit vereist hulpstuk dat 2 mogelijke toestanden kent, bv: schakelaar (aan, uit) vlag (omhoog, omlaag) in moderne computer: gate (poort)

Gate klein electronisch circuit met spanning 0 of 1 levert op basis van 2 binaire input’s 1 binaire output (boolean operatie) 4 elementaire gates: AND, OR, XOR en NOT 0 en 1 hebben slechts symbolische betekenis

Elementaire gates Inputs Output 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Inputs Output 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Inputs Output 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 AND OR Inputs Output 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 NOT XOR Input Output 0 1 1 0

Flip-flop Samengestelde gates vormen een flip-flop, ook met een output 0 of 1 Output is constant totdat tijdelijke puls van een ander circuit de output verandert Flip-flop ideaal voor opslag van bit’s Speciale flip-flop in voorbeeld figuur 1.3: output dient ook voor de input van een gate

Flip-flop met 3 gates OR input output AND NOT input

Flip-flop figuur 1.3 Speciale constructie: Start: beide inputs 0 --> output is onbekend Wijziging: bovenste input naar 1 --> output vast op 1, ook als input weer 0 wordt Wijziging: onderste input naar 1 --> output vast op 0, ook als input weer 0 wordt Vraag: wanneer wel een wijziging in de output?

Flip-flop voorbeeld: start ? AND 1 NOT

Flip-flop: wijziging upper OR X 1 1 1 AND 1 1 NOT

Flip-flop: wijziging lower OR AND NOT X 1

wijziging lower, dan upper-2 OR X 1 1 AND 1 NOT 1 1

samenvatting voorbeeld Inputs waren 0, output was 0 Bovenste input tijdelijk naar 1 Output wordt 1 Boventste input terug naar 0 Output blijft 1 Analoog: tijdelijk 1 op onderste input --> 0

Rol van flip-flop Ideaal voor logische verwerking van bits in computer waarde kan gelezen en veranderd worden door andere circuits Bouwstenen van een geïntegreerde circuits NOT, OR, XOR, AND Géén permanent geheugen als power supply uit, is informatie weg

Abstractie We kunnen over gates en flip-flops gebruiken zonder hun details te hoeven kennen We kunnen complexere hulpmiddelen bouwen met eenvoudige gates of flip-flops Een gate of flip-flop is dan een abstract hulpmiddel geworden (abstract tool)

Andere opslagtechnieken Magnetische kernen magnetisch veld heeft twee mogelijke richtingen, waarnemen en instellen ervan met stroom Condensator (capacitator) spanning tussen de bladen: geladen/ongeladen miljoenen op een wafer = chip vluchtigheid: spanning moet ververst worden Dynamisch geheugen is vluchtig

Hexidecimale notatie Bit strings kunnen erg lang zijn Moeilijk voor menselijk geheugen leidt tot veel fouten Hexidecimaal: werk-bare vorm = enkel symbool voor 4 bits pagina 25 boek Bit patroon Hexidecimaal 0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 ........ .. 1100 C 1101 D 1110 E 1111 F

Overzicht college 2 1.1 Opslag van bits 1.2 Hoofdgeheugen 1.3 Massa geheugen 1.4 Representatie van informatie als bitpatronen NIET: par. 1.5 t/m 1.9

1.2 Hoofdgeheugen Computergeheugen bestaat uit groot aantal circuits om data op te slaan (main memory) Geheugen georganiseerd in cellen 1 cel = 8 bits = 1 byte Geheugencapaciteit uitgedrukt in cel-eenheden 1 Kb = 210 = 1024 cellen 1 Mb = 1.048.576 cellen = 220 cellen Elke cel heeft uniek ‘adres’ (0, 1, 2, 3, 4, ...)

Groepen bits Byte: 8 bits = 28 mogelijkheden = 256 K(ilo)byte: 1024 bytes = 210 M(ega)byte: 1024 Kbytes = 220 G(iga)byte: 1024 Mbytes = 230 T(era)byte: 1024 Gigabytes = 240 Geheugencel heeft adresdeel + inhoudsdeel

RAM Elke cel uit main memory kan individueel gerefereerd, bereikt en veranderd worden “Hoge” adressen zijn net zo toegankelijk als “lage” Random Accress Memory (RAM) gegeven een adres, direct inhoud opvragen In tegenstelling tot “massa geheugen” lange bit-strings manipuleren in blokken

Organisatie binnen cel 8 bits in een byte linker bit = most significant bit rechter bit = least significant bit Bytes zijn georganiseerd als een lange rij (met adres) Een string van 16 bits opslaan in 2 naast elkaar gelegen bytes Most Least significant significant bit bit 0 1 0 1 1 0 1 0 High-order Low-order end end

Overzicht college 2 1.1 Opslag van bits 1.2 Hoofdgeheugen 1.3 Massa geheugen 1.4 Representatie van informatie als bitpatronen NIET: par. 1.5 t/m 1.9

1.3 Massa-geheugen Main memory is niet voldoende backups, power-off, technologische beperkingen Mass storage of secondary memory Data opslaan in grote eenheden -files Nadelen: mechanische onderdelen (langzaam) On-line (hard-disk) en off-line (floppy-disk) aan computer versus los

Disk storage (schijf) Lees-/schrijfkoppen onder/boven schijf Als schijf draait, lezen koppen een cirkel track opgedeeld in sectors, met data in bit-strings Variatie per type schijf aantal tracks op oppervlak aantal sectors per track (sector = 512 of 1024 bytes) Figuur 1.9, pagina 30

Disk storage, vervolg Tracks en sectoren zijn niet permanent Worden magnetisch vastgelegd door schijf te formatteren Formatteren vernietigt alle bestaande data op schijf Floppy (slappe) disk: lage capaciteit, off-line Hard disk: hoge capaciteit, on-line

Schijfprestatie Afhankelijk van aantal factoren seek time: bewegen van de koppen tussen tracks rotation delay of latency time: gemiddelde tijd om data op track te vinden access time: som van seek en latency time transfer rate: snelheid van data uitwisseling tussen kop en schijf Harde schijven doen het op alle fronten beter dan floppies Electronisch geheugen (main) nog veel beter!

Compact disks Optisch systeem ipv magnetisch CD bestaat uit reflectief materiaal data opgeslagen als variaties in oppervlakte (veranderende reflecties) data lezen door variaties te scannen met een laserstraal Hoge capaciteit (> 600 MB) Nieuw: DVD = 10 Gb opslagruimte

Opslag op tape Magnetische opslag (ouderwets) vergelijk tape recorder Grote capaciteit (tot aantal Gb’s) Grootste nadeel: zeer hoge access time OK als backup medium Opslageenheid: logisch - fysiek nivo

Logical en physical records Fysiek record op magnetische schijf elke sector wordt als geheel (een blok) behandeld als data gelezen of gemanipuleerd wordt Logisch record Natuurlijke opdeling van informatie in blokken (elke student is een blok) Deze komen niet vaak overeen aantal logische blokken in 1 fysiek blok logisch blok verdeeld over meerdere fysieke

Overzicht college 2 1.1 Opslag van bits 1.2 Hoofdgeheugen 1.3 Massa geheugen 1.4 Representatie van informatie als bitpatronen NIET: par. 1.5 t/m 1.9

1.4 Representatie Symbolen Getallen Beelden

Symbolen representeren ASCII (American Standard Code for Information Interchange) hoofd-, kleine letters, leestekens, cijfers 0-9 controle informatie (nieuwe regel, tabs, etc.) Oorspronkelijk 7 bits = 27 mogelijkheden 128 standaard codes Appendix A, pagina 439 Tegenwoordig 8 bits (extra 0 aan high-order) compatibiliteit extra 128 codes zijn (helaas) niet standaard

ASCII voorbeeld 01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00101110 H e l l o .

Symbolen representeren Standaard is Unicode = 16 bits (in o.a. Java) zie: www.unicode.org zeer grote tekenset: 256 * 256 = 65.546 mogelijke combinaties elk teken van elke taal ter wereld krijgt een uniek nummer, platform onafhankelijk alle Arabische tekens, Russische tekens, Hindi, Tibetaans, Chinees, etc. zelfs voorstel voor Egyptische hiëroglyphen !

Egyptische hiëroglyphen

Getallen representeren Getallen representeren met ASCII is inefficiënt 25: twee cijfers --> 2 bytes = 16 bits grootste getal met 16 bits is 99 Alternatief: binaire of “base two” representatie alleen 0 en 1 (niet 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9) getal wordt patroon van nullen en enen

Representeren van beelden 1. Bit-map technieken beeld is grote verzameling puntjes (pixels) heel precies, maar kost veel bits kleur: 3 bytes per pixel, 3 kleuren + intensiteit nadeel 1: compressie nodig bij verwerking nadeel 2: beperkte schaalbaarheid

Representeren van beelden 2. Vector technieken beeld wordt uitgerekend met serie formules voor lijnen en krommingen voordeel 1: eenvoudige opslag voordeel 2: grote schaalbaarheid resultaat: schaalbare fonts (True Type, PostScript) populair bij CAD systemen nadeel: minder precies dan bitmaps

Overzicht college 2 1.1 Opslag van bits 1.2 Hoofdgeheugen 1.3 Massa geheugen 1.4 Representatie van informatie als bitpatronen NIET: par. 1.5 t/m 1.9