- •Введение
- •Системы счисления и представление данных
- •Числа конечной точности
- •Системы счисления
- •Преобразование чисел из одной системы счисления в другую
- •Правило замещения
- •Правило деления-умножения
- •Правило деления
- •Правило умножения
- •Упрощенные правила
- •Двоичная арифметика
- •Отрицательные двоичные числа
- •Сложение двоичных чисел
- •Числа с плавающей точкой
- •Принципы представления с плавающей точкой
- •Округление чисел
- •Стандарт ieee 754
- •Организация компьютерных систем
- •Архитектура и структура вычислительных машин
- •Языки, уровни и виртуальные машины
- •Компиляция
- •Интерпретация
- •Виртуальные машины
- •Многоуровневые машины
- •Многоуровневая организация компьютеров
- •Уровень 0
- •Уровень 1
- •Уровень 2
- •Уровень 3
- •Уровень 4
- •Уровень 5
- •Аппаратное и программное обеспечение
- •Структура компьютера
- •Организация памяти вычислительных машин
- •Адреса основной памяти
- •Упорядочение байтов
- •Цифровой логический уровень
- •Вентили и булева алгебра
- •Вентили
- •Булева алгебра
- •Реализация булевых функций
- •Основные цифровые логические схемы
- •Интегральные схемы
- •Комбинационные схемы
- •Мультиплексоры
- •Декодеры
- •Компараторы
- •Арифметические схемы Схемы сдвига
- •Сумматоры
- •Арифметико-логические устройства
- •Тактовые генераторы
- •Защелки
- •Синхронные sr-защелки
- •Синхронные d-защелки
- •Триггеры
- •Регистры
- •Организация большого объема памяти
- •Микроархитектурный уровень
- •Пример микроархитектуры: организация
- •Поток управления
- •Последовательный поток управления и переходы
- •Процедуры
- •Модель памяти
- •Набор команд
- •Пример микроархитектуры: управление микрокомандами
- •Тракт данных
- •Синхронизация тракта данных
- •Работа памяти
- •Микрокоманды
- •Управление микрокомандами
- •Уровень архитектуры команд
- •Уровень команд процессора Pentium II
- •Регистры
- •Выравнивание адресов
- •Типы данных
- •Форматы команд
- •Адресация
- •Непосредственная адресация
- •Прямая адресация
- •Регистровая адресация
- •Косвенная регистровая адресация
- •Базовая адресация
- •Индексная адресация
- •Команды процессора Pentium II
- •Команды перемещения
- •Арифметические команды
- •Двоично-десятичные команды
- •Логические команды
- •Команды сдвига/циклического сдвига
- •Команды тестирования/сравнения
- •Команды передачи управления
- •Команды для операций над цепочками
- •Команды управления флаговым регистром
- •Прочие команды
- •Уровень языка ассемблера
- •Формат оператора в языке ассемблера
- •Команды
- •Операнды
- •Комментарии
- •Директивы
- •Макросы
- •Процесс ассемблирования
- •Архитектуры компьютеров параллельного действия
- •Организация конвейерных и параллельных вычислений
- •Конвейеры
- •Параллелизм на уровне процессоров
- •Мультикомпьютеры
- •Классификация вычислительных платформ, типы процессоров
- •Классификация компьютеров параллельного действия
Уровень 3
У этого уровня есть некоторые дополнительные особенности: набор новых команд, другая организация памяти, способность выполнять две и более программ одновременно и некоторые другие. При построении этого уровня возможно больше вариантов, чем при построении первого и второго.
Уровень 4
Нижние три уровня конструируются не для того, чтобы с ними работал обычный программист, они изначально предназначены для работы интерпретаторов и компиляторов, поддерживающих более высокие уровни. Эти компиляторы и интерпретаторы составляются так называемыми системными программистами, которые специализируются на разработке и построении новых виртуальных машин.
Уровни с четвертого и выше предназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи. Если машинные языки уровней 1, 2 и 3 – цифровые, то уровень 4 представляет собой символическую форму одного из языков более низкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Эти программы сначала компилируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальной или фактически существующей машиной. Программа, которая выполняет компиляцию, называется ассемблером.
Уровень 5
Этот уровень обычно состоит из языков, разработанных для прикладных программистов. Такие языки называются языками высокого уровня. Существуют сотни языков высокого уровня, наиболее известные среди них: BASIC, С, C++, Java, LISP и Prolog. Программы, написанные на этих языках, обычно компилируются на уровень 3 или 4. Необходимо отметить, что иногда также используется метод интерпретации, например, программы на языке Java или BASIC обычно интерпретируются.
Таким образом, компьютер проектируется как иерархическая структура уровней, каждый из которых надстраивается над предыдущим. Каждый уровень представляет собой определенную абстракцию с различными объектами и операциями. Рассматривая компьютер подобным образом, мы можем не принимать во внимание ненужные нам детали и свести сложный предмет к более простому для понимания.
Набор типов данных, операций и особенностей каждого уровня называется архитектурой. Архитектура связана с аспектами, которые видны программисту, например, сведения о том, сколько памяти можно использовать при написании программы – часть архитектуры. А техническая сторона разработки компьютера (например, какая технология используется при создании памяти) не являются частью архитектуры.
Аппаратное и программное обеспечение
Программы, написанные на машинном языке (уровень 1), могут сразу выполняться электронными схемами компьютера (уровень 0), без применения интерпретаторов и компиляторов. Эти электронные схемы вместе с памятью и средствами ввода-вывода формируют аппаратное обеспечение. Аппаратное обеспечение состоит из осязаемых объектов: интегральных схем, печатных плат, кабелей, источников электропитания, запоминающих устройств и принтеров. Абстрактные понятия, алгоритмы и команды не относятся к аппаратному обеспечению.
Программное обеспечение, напротив, состоит из алгоритмов (подробных последовательностей команд, которые описывают, как решить задачу) и их компьютерных представлений, то есть программ. Программы могут храниться на жестком диске, гибком диске, компакт-диске или других носителях, но, в сущности, программное обеспечение – это набор команд, составляющих программы, а не физические носители, на которых эти программы записаны.
Если в самых первых компьютерах граница между программным и аппаратным обеспечением была очевидна, то со временем, произошло значительное размывание этой границы. В первую очередь благодаря тому, что в процессе развития компьютеров уровни добавлялись, удалялись и сливались. В настоящее время очень сложно отделить их друг от друга. В действительности можно сказать так – аппаратное и программное обеспечение логически эквивалентны. Т.е. любая операция, выполняемая программным обеспечением, может быть встроена в аппаратное обеспечение, и наоборот – любая команда, выполняемая аппаратным обеспечением, может быть смоделирована в программном обеспечении. Решение разделить функции аппаратного и программного обеспечения основано на следующих факторах: стоимость, скорость, надежность, а так же частота ожидаемых изменений.