● ● ●glava0.exe□ _ ✕

Глава 0

От бутерброда к байту

данные, числа и первые программы

Ананко Софья Михайловна · Качур Анна Юрьевна
VK · Telegram

0.1 · Большая картина

Синтез: от замысла к электрону

Всё есть число. Любая инженерная задача — от отправки эмодзи до видеозвонка в 4K — это лишь последовательность точно выверенных шагов. Эта глава пройдёт конвейер слева направо.

0.0 · Связь

Связь = ЧТО? КАК? КАКИМ ОБРАЗОМ?

ЧТО КАК КАКИМ ОБРАЗОМ

видео аудио голос фото текст игры

Всё, что передаётся — данные. Как именно передать — технология. Каким образом это физически устроено — сигнал.

● ● ●вопросы.txt□ _ ✕

Где? — в канале связи

Куда? — от источника к получателю

Откуда? — от микрофона, камеры, клавиатуры

Когда? — в реальном времени или с задержкой

Насколько? — скорость, задержка, потери

Почему? — физические законы (Шеннон, Найквист)

Зачем? — чтобы человек получил информацию

0.2 · Данные

Что такое данные

Данные — информация, записанная так, чтобы машина могла её хранить, передавать и обрабатывать.

💬

Сообщение

🐱

Фото

🎵

Песня

▶️

Видео

🎮

Игра CS

📡

Wi-Fi

Отправляете другу «Привет» — на экране 6 букв. Но внутри телефона букв нет: только электрические сигналы в двух состояниях — «вкл» и «выкл».

Бит (bit, binary digit) — один сигнал: 0 или 1. Один ответ «да/нет», один переключатель.

Байт = 8 бит. Кодирует число 0–255: один символ, одна RGB-компонента, один отсчёт звука.

Кто решил, что «П» = такой набор бит? Люди договорились. Как ценник «20 руб.» понятен всем — есть таблицы кодирования, связывающие символы с числами, а числа — с битами.

0.2b · Интерактив

Системы счисления: один принцип

Цифра доросла до максимума (DEC 9 · BIN 1 · HEX F) → сбрасывается в 0, а +1 переносится в старший разряд. Жми ▶| по шагам или ▶ — авто.

Разрядов: 4 Скорость:

0.2a · Бит и байт

8 переключателей = 1 байт

Каждый бит — переключатель с весом. Включённые складываем:

1 бит → 2 значения

да / нет, вкл / выкл

1 байт = 8 бит

0–255: символ, RGB-компонента, отсчёт

2⁸ = 256

комбинаций. 255 = 2⁸−1 — максимум байта

0.2a · Единицы

От бита до терабайта

Приставка	Десятичное	Двоичное (точное)	Пример
кило · кБ	10³ = 1 000	2¹⁰ = 1 024	Страница текста ≈ 2 кБ
мега · МБ	10⁶	2²⁰ = 1 048 576	MP3-песня ≈ 5 МБ
гига · ГБ	10⁹	2³⁰ ≈ 1,07×10⁹	Фильм HD ≈ 4 ГБ
тера · ТБ	10¹²	2⁴⁰ ≈ 1,10×10¹²	Жёсткий диск 1–4 ТБ

Канал 100 Мбит/с ÷ 8 = 12,5 МБ/с
→ файл 1 ГБ скачается за 1000 / 12,5 = 80 с

1 кБ ≈ полстраницы · 1 МБ ≈ минута MP3 · 1 ГБ ≈ 250 песен · 1 ТБ ≈ 500 ч HD-видео.

Ловушка ×8 и 1024 Провайдер обещает «100 мегабит» — это в 8 раз меньше мегабайт/с. Диск «500 ГБ» (10⁹) → Windows показывает 465 ГиБ (2³⁰). Большая «Б» — Байт, маленькая «б» — бит.

0.3 · Текст

Таблица ASCII (1963)

128 символов = 2⁷ → 7 бит. + 8-й бит для контроля = байт. Ниже — все 95 печатаемых символов с кодами (DEC слева, символ справа): 33–47 знаки, 48–57 цифры, 65–90 заглавные, 97–122 строчные.

● ● ●под капотом: буква A□ _ ✕

A = код 65₁₀ (десятичный) 65 = 64 + 1 = 2⁶ + 2⁰ = 0100 0001₂ = 41₁₆ "Hello" — байты в HEX: H e l l o 48 65 6C 6C 6F₁₆ ← HEX 72 101 108 108 111₁₀ ⚠ 48₁₆=72='H', а 48₁₀='0'

'A'→'a' = +32 = 1 бит. Смена регистра = переключить один бит. '7'−48 = 7 — цифра из символа.

Коды 0–31 — управляющие: LF=10 (новая строка), CR=13, TAB=9, Ctrl+C=3, SP=32 (пробел). Наследие телетайпов.

● ● ●ascii_printable.txt · 32–126□ _ ✕

32␣

33!

34"

35#

36$

37%

38&

39'

40(

41)

42*

43+

44,

45-

46.

47/

480

491

502

513

524

535

546

557

568

579

58:

59;

60<

61=

62>

63?

64@

65A

66B

67C

68D

69E

70F

71G

72H

73I

74J

75K

76L

77M

78N

79O

80P

81Q

82R

83S

84T

85U

86V

87W

88X

89Y

90Z

91[

92\

93]

94^

95_

96`

97a

98b

99c

100d

101e

102f

103g

104h

105i

106j

107k

108l

109m

110n

111o

112p

113q

114r

115s

116t

117u

118v

119w

120x

121y

122z

123{

124|

125}

126~

0.3 · Кириллица

Кракозябры → UTF-8

Проблема 90-х

Код 192 в КОИ-8 — одна буква, в Windows-1251 — другая. Письмо в чужой кодировке → каша.

«Привет» → «╧ЁштхЄ»

Решение: UTF-8

Один стандарт для всех языков. ASCII (0–127) = 1 байт, кириллица = 2, иероглифы = 3, эмодзи = 4.

● ● ●«Привет» в UTF-8□ _ ✕

П р и в е т D0 9F D1 80 D0 B8 D0 B2 D0 B5 D1 82 6 букв × 2 байта = 12 байт

«Привет» = 12 байт «Privet» (ASCII) = 6 байт

Unicode: 154 000+ символов. 98 % веба — UTF-8. Цена универсальности.

0.4 · Фото

Фото = сетка пикселей

Фотография разбивается на пиксели. Каждый пиксель — три числа R, G, B (0–255 = 1 байт). Кликни по фото или сетке — выбери пиксель; кнопки ниже запускают авто-обход: фото → сетка → пиксель → код.

клик по ① фото или ② сетке — выбрать пиксель

FFFFFF = белый, 000000 = чёрный, FFFF00 = жёлтый, FF0000 = красный. Так задают цвет в HTML/CSS: #RRGGBB.

реальное фото — любое фото — это прямоугольная таблица из R · G · B чисел

12 Мп = 4000×3000 = 12 млн пикс
× 3 байта = 36 МБ один снимок
JPEG сжимает ≈ ×10 → 3,4 МБ

Как это работает Матрица камеры меряет яркость света → АЦП превращает в число. Фото — это прямоугольная таблица чисел, и по сети идёт как последовательность нулей и единиц.

0.5 · Звук

Звук = отсчёты во времени

Микрофон превращает колебания воздуха в напряжение. АЦП измеряет его N раз в секунду и округляет до ближайшего уровня → поток чисел.

f_д × разрядность × каналы = поток
Телефон: 8000 × 8 × 1 = 64 кбит/с
CD: 44100 × 16 × 2 = 1411 кбит/с

Теорема Котельникова Чтобы восстановить сигнал, f_д ≥ 2·f_max. Ухо слышит до 20 кГц → CD берёт 44,1 кГц. MP3/Opus сжимают в 10 раз.

0.6 · Видео

Видео = 25 картинок/сек

Видео — это последовательность кадров, каждый кадр = фотография. Меняются так быстро, что глаз видит движение.

1 кадр Full HD = 1920×1080×3 = 5,93 МБ
× 30 fps = 178 МБ/с · 1 мин = 10,7 ГБ
без сжатия передать невозможно

Секрет сжатия: соседние кадры почти одинаковы. Кодируем не каждый кадр, а разницу.

I-frame — опорный (полный JPEG). P/B-frame — только изменения. H.264 → H.265 → AV1, каждый на 30–50 % лучше.

Итог: фильм 1,5 ч сжимается с ~950 ГБ до 4–8 ГБ. Поток 1080p ≈ 5 Мбит/с.

0.7 · Counter-Strike

Игра = быстрая передача чисел

Онлайн-игра — это быстрая передача огромного количества данных. Сервер хранит «истинный» мир, клиент шлёт ваши действия и рисует картинку.

● ● ●пакет клиента → сервер□ _ ✕

Номер тика 4 байта (uint32) Координаты прицела 8 байт (2×float32) Нажатые клавиши 2 байта (битовая маска) Активное оружие 1 байт ──────────────────────── Итого: ~20 байт + заголовки

киберспорт — матч идёт по сети не картинкой, а потоком чисел — координаты и клавиши

Каждый кусок кодируется своим числом и шлётся 64–128 раз в секунду.

~80 байт × 128 тик ≈ 82 кбит/с
меньше мегабита — в 10–60 раз меньше видео

Картинку рисует ваша видеокарта; по сети идут координаты и события. Клавиши = битовая маска: бит 0 — вперёд, бит 7 — стрельба.

0.7 · Пинг

Скорость света не обманешь

2 800 км ÷ 200 000 км/с ≈ 14 мс
Новосибирск → Москва (только физика, без обработки)

Маршрут	Пинг
Сервер рядом	5–20 мс
Москва	40–60 мс
Франкфурт	70–100 мс
Нью-Йорк	150–200 мс

Пинг	Ощущение
20 мс	Идеально
50 мс	Комфортно
100 мс	Заметные лаги
300 мс	Играть невозможно

Задержка Свет в оптоволокне идёт ~200 000 км/с (⅔ от c). Плюс задержки на маршрутизаторах. Поэтому сервер должен быть географически близко.

0.8 · Системы счисления

Цифра ≠ число

Цифра

Символ для записи. В DEC: 0–9 (их 10). Набор конечен.

Число

Количество чего-либо. Чисел бесконечно.
Двадцать = 20₁₀ = 10100₂ = 14₁₆ = XX

Позиционная запись: позиция цифры задаёт её вес.

356 = 3×10² + 5×10¹ + 6×10⁰ = 300+50+6
1101₂ = 1×2³+1×2²+0+1×2⁰ = 8+4+1 = 13
F4₁₆ = 15×16¹+4×16⁰ = 240+4 = 244
356₈ = 3×64+5×8+6 = 238

Система	Base	Цифры
BIN	2	0, 1
OCT	8	0–7
DEC	10	0–9
HEX	16	0–9, A=10…F=15

0.8 · Три системы счисления

DEC · BIN · HEX

Одно число — разные записи. Основание = сколько цифр в системе и во сколько раз тяжелеет разряд влево.

DEC · основание 10

Цифры 0–9. Разряд левее — ×10. Ценники, счёт.

365 = 3·10² + 6·10¹ + 5·10⁰ = 365

BIN · основание 2

Цифры 0 и 1 (выкл/вкл). Разряд — ×2. Биты, маски.

1101₂ = 8 + 4 + 0 + 1 = 13₁₀

HEX · основание 16

Цифры 0–9, A–F (A=10…F=15). Разряд — ×16. Цвета, дампы.

D2₁₆ = 13·16 + 2 = 210₁₀

Одно число — три записи 210₁₀ = 1101 0010₂ = D2₁₆ — один и тот же байт. 2 hex-цифры = 1 байт (4 бита на цифру). Дальше счётчик +1 покажет перенос в каждой системе.

0.8 · Переполнение

Барабан крутится

Последняя цифра → перенос в старший разряд. DEC: 9→10. BIN: 1→10. HEX: F→10. Смотрите, как счётчик идёт +1 → жёлтым подсвечены биты, которые переключились (перенос).

DEC	BIN	HEX
7	0111	7
8	1000	8	← BIN: перенос через 3 разряда
9	1001	9
10	1010	A	← DEC переполнился, HEX идёт
15	1111	F	← максимум 4 бит
16	10000	10	← HEX переполнился
255	11111111	FF	← максимум байта

Логика счёта Прибавили 1: младший бит 0→1. Если он был 1 — сбрасывается в 0, а «+1» переносится в соседний бит слева. Цепочка единиц 01111→10000. После 11111111 барабан обнуляется.

0.9 · Перевод

DEC → BIN: деление на 2

Делим на 2, записываем остаток, читаем снизу вверх.

● ● ●73₁₀ → ?₂□ _ ✕

73 ÷ 2 = 36 ост. 1 36 ÷ 2 = 18 ост. 0 18 ÷ 2 = 9 ост. 0 9 ÷ 2 = 4 ост. 1 4 ÷ 2 = 2 ост. 0 2 ÷ 2 = 1 ост. 0 1 ÷ 2 = 0 ост. 1 ↑ Читаем: 1001001₂

Зачем связисту:

BIN — язык аппаратуры

HEX — компактная запись

DEC — повседневность

Быстрый способ 150 = 128+16+4+2 = 2⁷+2⁴+2²+2¹ → 10010110₂. Проверка: 64+8+1 = 73 ✓

Тот же алгоритм с делением на 16 → перевод в HEX. Скоро запрограммируем его.

0.8 · Справочник

Степени двойки

● ● ●powers.dat□ _ ✕

n	2ⁿ	Применение
4	16	Тетрада (hex-цифра)
7	128	Полная ASCII (0–127)
8	256	Один байт, одна RGB-компонента
10	1 024	1 КиБ
16	65 536	Порт TCP/UDP
24	16 777 216	True Color
32	4 294 967 296	IPv4 (~4,3 млрд)
48	2,81 × 10¹⁴	MAC-адрес
128	3,4 × 10³⁸	IPv6

Правило +10 к показателю ≈ ×1000. 2²⁰ ≈ миллион, 2³⁰ ≈ миллиард, 2⁴⁰ ≈ триллион.

0.9a · Hex-дамп

Читаем данные как инженер

● ● ●wireshark.cap□ _ ✕

0000 48 65 6C 6C 6F 2C 20 77 6F 72 6C 64 21 0A Hello, world!. H e l l o , w o r l d ! LF Ethernet-кадр (14 байт): 0000 FF FF FF FF FF FF 00 1A 2B 3C 4D 5E 08 00 ├── MAC dst ──────┤ ├── MAC src ──────┤ ├IPv4

FF:FF:FF:FF:FF:FF — broadcast (всем)

08 00 = 0x0800 = IPv4

IP 192.168.1.1 = C0.A8.01.01

MAC = 6 байт = 48 бит через «:»

0.9 · Тетрады

BIN ↔ HEX: 4 бита = 1 hex-цифра

16 = 2⁴ → каждая hex-цифра = ровно 4 бита. Как тетрис: кубики «щёлкают» по четыре.

F₁₆ = 1111₂ 4₁₆ = 0100₂
F4₁₆ = 1111 0100₂

Обратно: разбиваем справа по 4:

0100 1001 → 4 9 → 49₁₆
4×16+9 = 73 ✓

Аналогично 8 = 2³ → триады (BIN ↔ OCT):

3₈=011 5₈=101 7₈=111
357₈ = 011101111₂

IP 192.168.1.1:

DEC: 192.168.1.1

HEX: C0.A8.01.01

BIN: 11000000.10101000.00000001.00000001

0.8a · Арифметика

HEX-сложение + BIN-вычитание

HEX: 3A₁₆ + 4F₁₆

● ● ●hex□ _ ✕

Мл. разряд: A+F = 10+15 = 25 25 = 16 + 9 → пишем 9, перенос 1 Ст. разряд: 3+4+1 = 8 Результат: 89₁₆ Проверка: 58+79=137; 8×16+9=137 ✓

BIN: 1101₂ − 1011₂

● ● ●bin□ _ ✕

1 1 0 1 (13₁₀) − 1 0 1 1 (11₁₀) ───────── 0 0 1 0 (2₁₀) ✓

Зачем HEX-арифметика нужна при анализе адресов и дампов: маска подсети, смещение в заголовке.

0.6 · Форматы

Сравнение форматов

Фото

Формат	Потери	Где
RAW	нет	проф.
PNG	нет	схемы
JPEG	да	веб
WebP	да/нет	веб

Аудио

Формат	Поток	Где
PCM	1411 кб	CD
MP3	128–320	плееры
Opus	48–128	VoIP
G.711	64	телефон

Видео

Кодек	1080p	Где
H.264	3–8 Мб	везде
H.265	2–5 Мб	4K
VP9	2–5 Мб	YouTube
AV1	1,5–4	новый

Тренд Каждое поколение кодеков на 30–50 % эффективнее. AV1 — открытый и бесплатный.

0.1 · Бутерброд с вареньем

Декомпозиция: разбей на шаги

СЦЕНКА

Банка варенья, хлеб, ложка. Опиши рецепт для робота-повара — он понимает только точные команды.

● ● ●recipe.sh — идеальный алгоритм□ _ ✕

1. Открыть хлебницу 2. Достать один ломтик хлеба 3. Положить на разделочную доску 4. Открыть банку с вареньем 5. Взять чайную ложку 6. Набрать полную ложку варенья 7. Намазать на верхнюю сторону 8. Положить бутерброд на тарелку 9. Закрыть банку

Большая задача → маленькие шаги, каждый = одна команда. Компьютер педантичен: не додумает, не переспросит.

Пропустили шаг 4? Робот набирает варенье из закрытой банки → ошибка.

Перепутали 7 и 8? Варенье на тарелке, а не на хлебе.

Зачем связисту Настройка роутера — тот же рецепт: создать интерфейс → назначить IP → поднять протокол → разрешить трафик. Пропустил шаг — связь не встанет.

0.1 · Определения

Алгоритм ≠ программа

● ● ●алгоритм□ _ ✕

Последовательность шагов для решения задачи, записанная на человеческом языке, блок-схеме или псевдокоде.

Не зависит от языка. Один алгоритм → Python, Си, Java.

● ● ●программа□ _ ✕

Алгоритм, записанный на конкретном языке программирования и готовый к выполнению.

Зависит от языка: одна задача на Python и Си выглядит по-разному.

Аналогия Рецепт блюда — это алгоритм. Тот же рецепт на конкретном языке для конкретного повара — программа. Блюдо одно.

0.1б · ГОСТ 19.701-90

5 элементов блок-схемы

Каждая фигура — свой смысл. Из них собирается любая схема.

Правило Из ромба всегда выходят две подписанные стрелки (Да / Нет). Из процесса — одна. У схемы один вход и хотя бы один выход.

0.1б · Линейный алгоритм

Бутерброд = конвейер

Все шаги идут последовательно, без ветвлений и повторов. Стрелка — только вниз.

На практике Чистая линейность редка — обычно есть хотя бы одно условие. Линейные участки — «прямые» между ветвлениями.

Нужен второй ломтик? Добавь ещё один прямоугольник перед «Конец». Нужна проверка «есть ли варенье?» — нужен ромб (следующий слайд).

0.1б · Ветвление

Ромб: чётное или нечётное?

Из ромба выходят два пути: «Да» и «Нет». Каждый ведёт к своему действию, потом они сходятся.

● ● ●python□ _ ✕

if n % 2 == 0: print('Чётное') else: print('Нечётное')

Теорема Бёма–Якопини (1966) Любой алгоритм = последовательность + ветвление + цикл. Других конструкций не нужно.

0.1б · Цикл

Стрелка назад = цикл

Возвратная стрелка возвращает поток к проверке. Тело повторяется, пока условие истинно.

Когда N станет нулём — условие ложно, цикл завершается. Это и есть перевод в двоичную делением на 2.

● ● ●python□ _ ✕

while n > 0: бит = n % 2 n = n // 2

Соответствие ромб → while, прямоугольник → присваивание, стрелка назад → закрывающая } цикла.

0.10 · Три инструмента

Mathcad · Python · Си

📐

Mathcad

Умный лист бумаги. Формулы считаются сразу. Графики мгновенно.

Подставить, покрутить параметры

🐍

Python

Умный собеседник. Простой синтаксис, огромная библиотека.

Повторить расчёт, обработать файл

⚙️

Си

Близость к железу. Полный контроль над битами.

Разобрать заголовок, написать прошивку

В лабораторных Каждое задание решается во всех трёх средах. Три взгляда → если результаты совпали, расчёт верен. Дальше — с нуля, по чуть-чуть.

0.10 · Mathcad

Умный лист бумаги

Бесконечный лист, на котором формулы сразу считаются. Никакого «запуска», никаких командных строк — просто пишете, а он считает.

Дробь — горизонтальная черта, не «/»
Корень — значок √, не «sqrt»
Интеграл — привычный ∫
Греческие буквы — α, β, ω

Рабочий лист — одновременно расчёт и документация: распечатал и вставил в отчёт.

● ● ●Mathcad — интерфейс□ _ ✕

0.10 · Mathcad — панели

Панели инструментов

Каждая панель — набор кнопок для своей задачи. Щёлкнул по нужной — вставил оператор в лист.

Калькулятор

sin cos ln √ n! |x| — арифметика и базовые функции

Вычисления

:= задать значение, = показать результат

Символьные

simplify · factor · solve — ответ формулой, не числом

График

2D (y от x) и 3D — перестраивается мгновенно

Матрица

создать, обратить, Tᵀ — для MIMO, четырёхполюсников

Программ.

if · for · while · return внутри формулы

Греческий

ω — частота, λ — длина волны, σ — СКО

Булева

∧ ∨ ¬ · сравнения < > ≤ ≥ ≠

0.10 · Mathcad — операторы

Два знака равенства: := и =

:= «задать значение»

Набираешь : (двоеточие) — Mathcad сам превращает в :=. «Запомни, что a равно пяти».

= «покажи результат»

Mathcad подставляет и считает. «Чему сейчас равно?»

● ● ●лист Mathcad□ _ ✕

a := 5
b := a² + 3
b = 28

Магия пересчёта Меняешь a := 7 — и весь лист пересчитывается: b автоматически станет 52. В математике := и = — одно, в Mathcad их различают.

0.10 · Mathcad — пример

Затухание в кабеле: пошагово

ЗАДАЧА

Кабель 500 м, погонное затухание 0,05 дБ/м. Найти полное затухание.

1Набрать L, нажать :, ввести 500 → L := 500
2Ввести α (Ctrl+G), :, 0.05 → α := 0.05
3A := α · L → подставит значения
4A = → Mathcad показывает 25 дБ

Меняете L на 1000 → A = 50.

Меняете α на 0.03 → A = 30.

Идеально для инженера Без кода, без компиляции — «крутишь» параметры и чувствуешь, как одно зависит от другого.

0.10 · Mathcad — графики

Графики в один щелчок

Указал, что по оси X и что по оси Y — Mathcad рисует. Меняешь формулу → график перестраивается мгновенно.

x := 0, 0.1 .. 10

y(x) := sin(2·π·x) · e^−0.3·x

→ затухающая синусоида

0.10 · Mathcad — символьные

Символьные преобразования

Ответ — не число, а формула. Mathcad работает с буквами как Wolfram Alpha, но локально.

(a + b)² → simplify → a² + 2ab + b²

∫ sin(x) dx → −cos(x) + C

solve(x² − 5x + 6 = 0, x) → 2, 3

simplify
упростить

factor
на множители

expand
раскрыть скобки

solve
решить уравнение

Где пригодится Преобразования Фурье и Лапласа, упрощение передаточных функций — всё в символьном виде, формулой.

0.10 · Python

Установка + первый запуск

Если Mathcad — лист бумаги, то Python — умный собеседник, понимающий команды на почти-английском. Python уже скачан — осталось писать код в VS Code.

1Python установлен (✓ Add to PATH). Проверка в терминале: python --version → 3.12
2Открыть VS Code → вкладка Extensions (Ctrl+Shift+X) → поставить расширение Python от Microsoft
3Создать файл hello.py, написать код
4Нажать ▶ Run (или F5) → результат в нижней панели «Терминал»

● ● ●VS Code · hello.py ▶ Run□ _ ✕

# hello.py — редактор VS Code print("Привет, связь!") for i in range(5): print(i) ─── ТЕРМИНАЛ ───────────── PS> python hello.py Привет, связь! 0 1 2 3 4

0.10 · Python — переменные

Переменная = коробка с наклейкой

Именованное место в памяти. Кладёшь в коробку «a» число 5 — дальше «a» означает 5.

● ● ●vars.py□ _ ✕

a = 5 # создай a, положи 5 b = 3 c = a + b # 5 + 3 print(c) # 8

Разбор a = 5 — «создай переменную и положи 5». c = a + b — «возьми из a, прибавь из b, результат в c». # — комментарий для человека.

В Python тип указывать не нужно — он сам поймёт. В Си — нужно (увидим дальше).

0.10 · Python — типы

Типы данных

int

a = 42
целое, без ограничения размера (даже 2¹⁰⁰⁰)

float

pi = 3.14
дробное. Точка, не запятая!

str

name = "Привет"
текст в кавычках

list

nums = [10,20,30]
набор значений

● ● ●индексация с нуля□ _ ✕

nums = [10, 20, 30] nums[0] # 10 (первый!) nums[1] # 20 nums[2] # 30

Важно Нумерация элементов списка начинается с нуля, а не с единицы. nums[0] — это первый элемент. Эта же логика — в адресах, портах, битах.

0.10 · Python — арифметика

7 операций

● ● ●arith.py□ _ ✕

print(2 + 3) # 5 сложение print(10 - 4) # 6 вычитание print(3 * 7) # 21 умножение print(15 / 4) # 3.75 деление (дробное) print(15 // 4) # 3 целая часть print(15 % 4) # 3 остаток (!) print(2 ** 10) # 1024 степень

Связь с переводом в двоичную 73 % 2 = 1 → младший бит. 73 // 2 = 36 → сдвиг вправо. Деление на 2 с остатком = перевод в BIN. Эти две операции скоро соберём в программу.

0.10 · Python — ввод/вывод

print и input

● ● ●io.py□ _ ✕

# вывод print("Привет, связь!") # ввод (всегда строка!) s = input("Введите число: ") n = int(s) # строка → целое # вывод с подстановкой (f-строка) print(f"n = {n}, n² = {n**2}")

input() всегда возвращает строку.

Чтобы считать — обернуть в int() или float().

f-строка: f"...{выражение}..."

f"C = {C:.0f}" — округлить до целого.

0.10 · Python — условие

if / else

ЗАДАЧА

Если температура выше 30° — вывести «Жарко», иначе — «Нормально».

① Блок-схема

② Программа

● ● ●weather.py□ _ ✕

temp = 35 if temp > 30: print("Жарко") else: print("Нормально")

Ромб = if Каждый ромб блок-схемы — один if. Отступы (4 пробела) — часть синтаксиса, не для красоты.

0.10 · Python — цикл for

for: повторить N раз

ЗАДАЧА

Сложить все числа от 1 до 100. Ответ должен получиться 5050.

① Блок-схема

② Программа

● ● ●sum.py□ _ ✕

total = 0 for i in range(1, 101): total += i print(total) # 5050

range range(5) → 0,1,2,3,4. range(1,101) → от 1 до 100. Как у Гаусса, только грубой силой — 100 итераций за микросекунды.

0.10 · Python — цикл while

while: пока условие истинно

for — когда знаем, сколько раз. while — когда повторяем «пока выполняется условие».

● ● ●countdown.py□ _ ✕

n = 5 while n > 0: print(n) n = n - 1 # 5, 4, 3, 2, 1

● ● ●та же сумма через while□ _ ✕

total = 0; i = 1 while i <= 100: total += i i += 1 print(total) # 5050

Осторожно Если условие никогда не станет ложным — бесконечный цикл. Внутри тела должно меняться то, что в условии. while — основа нашей программы перевода в двоичную.

0.10 · Python — функции

def: именованный блок

● ● ●func.py□ _ ✕

def celsius_to_fahrenheit(c): return c * 9/5 + 32 print(celsius_to_fahrenheit(0)) # 32.0 print(celsius_to_fahrenheit(100)) # 212.0

def — define (определить)

c — параметр (вход)

return — верни результат

Декомпозиция в коде Функция делает одно дело. Имя — глагольное: is_even, to_binary, calculate_snr. Из имени понятно, что она делает.

0.10 · Python — первая программа

to_binary(): DEC → BIN

ЗАДАЧА

Перевести десятичное число в двоичную запись делением на 2 с остатком (как в §0.9 на бумаге).

① Блок-схема

② Программа

● ● ●to_binary.py□ _ ✕

def to_binary(n): if n == 0: return '0' bits = [] while n > 0: bits.append(n % 2) # остаток n = n // 2 # сдвиг → bits.reverse() return ''.join(str(b) for b in bits) print(to_binary(73)) # 1001001 print(to_binary(255)) # 11111111

Встроенная bin(73) → '0b1001001'. Написав свою — понимаешь, как она работает.

0.10 · Си

Hello World + компиляция

● ● ●hello.c□ _ ✕

#include <stdio.h> int main(void) { printf("Привет, связь!\n"); return 0; }

gcc hello.c -o hello → ./hello

#include — подключить библиотеку
int main — точка входа
printf — напечатать. \n = LF (код 10)
return 0 — «всё ОК»
{ } — границы блока (вместо отступов)
Каждая команда — ;

Python = устный переводчик (выполняет на лету). Си = письменный: сначала весь текст переводит компилятор (gcc), потом читаете готовое.

0.10 · Си — типы

Типы указываем явно

● ● ●types.c□ _ ✕

int a = 5; // 4 байта double pi = 3.14; // 8 байт char ch = 'A'; // 1 байт = 65 printf("%d\n", a); // 5 printf("%.2f\n", pi); // 3.14 printf("%c=%d\n",ch,ch); // A=65

Тип	Размер	Диапазон
char	1 байт	0–255
int	4 байта	±2,1 млрд
double	8 байт	~15 цифр

printf форматы %d — целое, %f — дробное, %c — символ, %s — строка, %x — hex. В Python тип не указываешь, в Си — обязательно.

char ch = 'A' и char ch = 65 — одно и то же: символ в Си это его ASCII-код.

0.10 · Си — условие

if / else: скобки вместо отступов

● ● ●cond.c□ _ ✕

int temp = 35; if (temp > 30) { printf("Жарко\n"); } else { printf("Нормально\n"); }

Сравнение с Python

Элемент	Python	Си
Условие	if x:	if (x) {
Блок	отступы	{ }
Конец строки	—	;

Та же блок-схема Ромб «temp > 30?» → две ветки. Логика одна — меняется только запись: где Python ставит отступ, Си ставит { }.

0.10 · Си — циклы

for и while

● ● ●sum.c · for□ _ ✕

int total = 0; for (int i=1; i<=100; i++) { total += i; } printf("%d\n", total); // 5050

Разбор for for (int i=1; i<=100; i++): «начни с i=1; продолжай, пока i≤100; после каждой итерации i++». i++ = i+1.

● ● ●while□ _ ✕

int n = 5; while (n > 0) { printf("%d ", n); n--; }

Си ближе к процессору: задать счётчик, проверить условие, увеличить.

0.10 · Си — побитовые

Зачем Си незаменим

● ● ●bits.c□ _ ✕

unsigned char byte = 0xC0; // = 11000000₂ = 192₁₀ // Старшая тетрада: int hi = (byte >> 4) & 0x0F; printf("%X\n", hi); // C (12) // Бит 7: if (byte & 0x80) printf("Бит 7 = 1\n");

Операция	Символ	Назначение
>>	Сдвиг →	Деление на 2ⁿ
&	И	Маскирование
\|	ИЛИ	Установка бит
^	XOR	Переключение

Где нужно Разбор IP-заголовков, Ethernet-кадров, CRC — всё побитово. В Си это «родные» операции: одна машинная инструкция.

0.10 · Си vs Python

DEC → BIN: бок о бок

ЗАДАЧА

Тот же перевод в двоичную — блок-схема та же (деление на 2 с остатком), меняется только язык программы.

● ● ●python · 8 строк□ _ ✕

def to_binary(n): if n == 0: return '0' bits = [] while n > 0: bits.append(n % 2) n = n // 2 bits.reverse() return ''.join(str(b) for b in bits)

● ● ●c · 15 строк□ _ ✕

#include <stdio.h> int main() { int n; char buf[33]; scanf("%d", &n); int i = 0; while (n > 0) { buf[i++] = n%2 + '0'; n /= 2; } for (int j=i-1; j>=0; j--) putchar(buf[j]); putchar('\n'); }

Итог Код длиннее, но быстрее и ближе к железу. Тот же алгоритм — другой уровень контроля.

0.10 · Шеннон–Хартли

Одна задача — три решения

ЗАДАЧА

C = B · log₂(1 + SNR). Канал B = 3100 Гц, SNR = 30 дБ. Найти предельную пропускную способность.

● ● ●Mathcad□ _ ✕

B := 3100
SNR_dB := 30
SNR := 10^(SNR_dB/10)
C := B·log(1+SNR, 2)
C = 30 899

● ● ●Python□ _ ✕

import math B = 3100 SNR = 10 ** (30/10) C = B * math.log2(1+SNR) print(f"C={C:.0f}") # C=30899

● ● ●Си□ _ ✕

#include <math.h> double B=3100; double S=pow(10,30/10.0); double C=B*log2(1+S); printf("%.0f",C); // 30899 (gcc -lm)

Три программы — одно число C ≈ 30 899 бит/с ≈ 31 кбит/с — предел телефонного канала. Модем V.34 достигал 33,6 кбит/с — почти потолок Шеннона. Совпали — расчёт верен.

0.10 · Итог

Когда какой инструмент

	Mathcad	Python	Си
Сильная сторона	Формулы как в учебнике, мгновенные графики	Простой синтаксис, гигантская экосистема	Полный контроль над битами и байтами
Задача	Подставить, покрутить параметры, график	Повторить с разными данными, автоматизировать	Разобрать заголовок, написать прошивку
Скорость	—	Средняя (интерпретатор)	Максимальная (компилятор)
Порог входа	Низкий	Низкий	Высокий
Где встретим	Лабораторные расчёты	Обработка данных, скрипты	Ядра ОС, драйверы, прошивки

Одна задача → три взгляда. Если совпали — расчёт верен.