ЭВМ – комплекс аппаратно- программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Детализация архитектурного структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов: инженеры – схемотехник проектируют технические средства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом.

Системные программисты создают программы управления техническими устройствами и обеспечивают информационное взаимодействие между уровнями компьютера, организацию вычислительного процесса.

Прикладные программисты разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с компьютером и необходимы сервис при решении им своих задач.

Характеристики ЭВМ

• Быстродействие – это количество команд, выполняемых ЭВМ, за 1 секунду. Быстродействие не позволяет эффективно сравнить разные типы ЭВМ (ПЭВМ, майнфреймы, суперкомпьютеры) поэтому применяется характеристика производительность.

Производительность – объём работ, выполняемых ЭВМ за единицу времени.

• Ёмкость запоминающих устройств – количество структурных единиц, которое может единовременно находится в памяти. Структурная единица – байт.

• Надёжность – это способность ЭВМ выполнять требуемые функции при определённых условиях в течение заданного времени (интервала времени). Надёжность ЭВМ закладывается в процессе проектирования и производства ЭВМ.

СБИС – (CHIP)(сверхбольшие ИС) – сокращает число использованных ИС и число соединений и друг с другом, хорошо продумывается компоновка компьютера (расположение схем) и обеспечиваются требуемые режимы работы (охлаждение, защита от пыли).

• Точность – способность ЭВМ различать почти равные значения. Точность получения результатов обработки определяется разрядностью сетки ЭВМ. Тип данных – вещественный

• Достоверность – свойство информации быть воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Уровень достоверности обеспечивается аппаратно – программными средствами контроля самой ЭВМ (POST) для ПК.

Возможны методы контроля достоверности путём решения эталонных задач и повторных расчётов.

Принципы построения эвм. (Принципы фон Неймана)

• Программное управление работой ЭВМ. Программа состоит из отдельных шагов – команд.

• Принцип условного перехода. Последовательность вычислений может меняется в зависимости от полученного результата.

• Программа представляется в числовой форме и хранится в том же ОЗУ, что и данные.

• Использование двоичной системы счисления.

• Принцип иерархичности запоминающих устройств. Часто используемая информация хранится в быстродействующем ЗУ сравнительно малой ёмкости. Редко используемая информация хранится в медленном ЗУ, но гораздо большей ёмкости (деление памяти ЭВМ на внутреннюю и внешнюю)

Микропроцессор

Типы данных:

Целые данные без знака -«байт без знака», диапазон 0-255, число : 0 - 7

• Слово без знака - размерная сетка 16 бит, n=16 (0-65535)

• Двойное слово (n=32 бита)

Целые данные со знаком:

• Байт со знаком 7 – зн, 6-0 – модуль числа, диапазон от - 128 до 127

• Слово со знаком (формат целое слово, ЦС), n=16, диапазон от – 32768 до 32767

• Двойное слово (короткое целое число, КЦ), n=32

• Длинное целое число (ДЦ), n=64

Хранится и обрабатывается в дополнительном коде.

Вещественные числа. Числа с плавающей точкой

Структура

• Знак (один бит) «+» 0, “-“ 1

• Характеристика (смещенный порядок) E=p+pcv

E – хар-ка, p-порядок числа

Pсм=2^K-1-1, к- количество разрядов, выделяемых в структуре числа для характеристики.

Мантисса – разряды числа (само число)

Мантисса записывается в нормализованном виде 1≤М<2:

1.XXXX

При этом, стоящая перед точкой единица в форматах КВ и ДВ не указывается в поле мантиссы

• Короткое вещественное число (КВ)

Разрядная сетка 32 бита

Знак (один бит), хар-ка 8 бит, Рсм=127, мантисса 23 бита

Диапазон ±10 ^±38

Арифметически – логическое устройство

Служит для выполнения арифметических и логических операций над операндами.

Логические операции:

• Конъюнкция (AND)

• Дизъюнкция (OR)

• Инверсия (NOT)

• Исключающее ИЛИ (XOR)

Арифметические операции:

• Сложение (ADD)

• Вычитание (SUB)

• Деление (DIV)

• Умножение (MUL)

По результату операции АЛУ формируются флаги, которые хранятся в регистре флагов:

• CF –перенос/заём

• PF – чётности

• AF – дополнительный перенос/заём

• ZF – флаг нуля

• SF – флаг знака

• OF – переполнения

Устройство управления

Обеспечивает управление выполнением команд.

Состав: регистр команд, счётчик команд, микропрограммное устройство управления, очередь команд.

Регистр команд принимает из внутренней памяти команду и хранит её. Эта команда называется текущей.

Разрядность регистра команд соответствует разрядности самой длинной команды процессора (12 байт).

Счётчик команд (указатель команд IP). Хранит относительный адрес команды (смещение). После выборки команды из памяти содержимое счётчика увеличивается на длину команды.

Счётчик команд не доступен программисту. Содержимое счётчика команд может изменятся:

• командой безусловного перехода JMP <адрес>; адрес –> (IP)

• Командами условного перехода YZ <адрес> ; перейти на метку, если ZF=1, т.е. результат = 0

• Прерывания

• Переход на подпрограмму CALL

Микропроцессор преобразует код операции команды в управляющие аппаратурой микропроцессора сигналы.

Для каждой команды микропроцессора разрабатывается микропрограмма (которая внутри микропроцессора).

Микропрограмма состоит из микрокоманд.

Микрокоманда содержит набор управляющих аппаратурой сигналов, которые могут действовать одновременно.

Очередь команд

Увеличивает скорость работы микропроцессора. Пока выполняется текущая команда, которая находится в регистре команд, если магистраль процессора свободна, из памяти считывается следующая команда и загружается в очередь команд, т.е. параллельно выполняется текущая команда и выполняется выборка следующее команды.