1. Предыстория развития вычислительной техники. Аналитическая машина Ч. Бэббиджа. Основная цель создания вычислительной техники – переход от ручного счета к автоматическому. Основные идеи были заложены в XVIII веке (Паскаль, Лейбниц). Первую вычислительную машину разработал английский математик Ч.Бэббидж. Эта машина должна была состоять из следующих основных блоков: склад->фабрика->результат контора

Все устройства в машине Бэббиджа были задуманы как чисто мехаическик с использованием перфокарт. Перфокарты предназначались в машине Бэббиджа для задания типа операций, выборки из склада чисел в фабрику переноса результата выполнения операций. Карты программы, зависимости от знака результата на арифметическом устройстве, могли двинаться вперед и назад. Тем самым открывалась возьожность менять программу в зависимости от результатов выческлений. Работа Бэббиджа была доведена до инженерного проекта, однако технический уровень не позволил осуществить ее реализацию. Труды Бэббиджа были опубликованы в 1888 г. и забыты. Только в 30-40 гг. XX века были созданы первые универсальные вычислительные машины. = = = = = = = = = = = = = = = = 2. Пригципы фон Неймана. Обобщенная структура универсальной ЭВМ.

В начале 40 гг. немецкий математик Дж. фон Нейман сформулировал основные требования к универсальной ЭВМ. Принципы фон Неймана; - принцип двоичного кодирования; - Однородность памяти; - Принцип программного управления; - Принцип адресности; Обобщенная структурная схема ЭВМ: УВВ; ЦП; УУ; ВП; ОП.

Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью системной магистрали (общей шины).

= = = = = = = = = = = = = = = 3. Понятие о системе счисления. Разновидности систем счисления. Правила перевода чисел из одной системы чисел в другую.

Системой счисления называется совокупность приемов и правил для наименования и обозначения чисел. Непозиционная система - значение каждой цифры не зависит от ее местоположения в числе. Позиционная – значение каждой цифры зависит от ее местоположения в числе. Значение числа в позиционной системе выражается как: S=A_nSⁿ+A_n-1S^n-1+…+A₀S⁰+A_-1S^-1+…+A_-mS^-m. Перевод из одной системы счисления в другую: 1. Целая часть – путем последовательного деления исходного числа в p-ичной системе на основание q, представленное в р-ичной системе. Очередной остаток от деления представляют собой цифру строящегося числа, начиная с младшего разряда. Полученное частное снова делят на q. Процесс продолжается до тех пор, пока остаток не станет меньше q, он будет равен старшей цифре строящегося числа. 2. Дробная часть – исходное р-ичное число умножается на основание q. Целая часть представляет собой старшую цифру строящейся дроби. Процесс продолжается до тех пор, пока он не окончится получением целого числа либо не будет достигнута требуемая точность.

Для того чтобы перевести в 10-ную систему необходимо: 1. Привести в 10-ную систему каждую цифру и основание. 2. Подсчитать искомую сумму.

= = = = = = = = = = == = = = =

4. Общая структура цп. Форматы машинных команд. Схема выполнения машинных команд.

Внутрипроцессорная шина: регистры общего назначения, арифметико-логическое устройство, центральное устройство управления. Основные регистры: 1.СК-счетчик команд содержит адрес команды, которая должна выполняться следующей после текущей. 2.РА – регистр адреса, на этот регистр заносится адрес ячейки ОП, к которой необходимо обращение за чтением или записью. 3. РК – регистр команд, на него выбирается очередная команда, которую должен выполнить ЦП. 4. РД – регистр данных, через этот регистр происходит чтение или запись данных с ЦП или шины. 5. РС – регистр состояния, на этот регистр записывается признак результата выполнения команды.

Форматы машинных команд.

Команда содержит следующую информацию: код выполняемой операции, адреса операндов, адрес ячейки, куда следует записать результат. Команды бывают: безадресными (команды, которые не содержат операндов), одноадресными, двухадресными, трехадресными. Порядок выполнения команды: 1. Содержимое счетчика команд переносится в регистр адреса, затем в шину данных. 2. Содержимое ячейки по данному адресу выбирается на регистр команд. 3. УУ расшифровывает код операции и выдает в ПЗУ управляющий сигнал – какая команда должна быть выполнена. 4. УУ расшифровывает адрес первого операнда и выдает сигнал на выборку указанного регистра. 5. УУ расшифровывает адрес второго операнда. Адрес поступает на регистр данных. 6. Производится выборка данных из ячейки через регистр данных в буферный регистр. 7. УУ выдает сигнал на выполнение команды. 8. Результат заносится в сумматор и далее переносится в регистр первого операнда. 9. Признак результат заносится в регистр состояния.

= = = = = = = = = = =

5. Подсистема памяти. Характеристики памяти. Разновидности основной памяти. Представление информации в оп. Назначение и структура кэш.

1. Локальная память (РОН) 2. Оперативная память (основная) 3. Постоянная память 4. Магазинная память (стековая) 5. Ассоциативная память 6. Внешняя память

Оперативная. -емкость(512 мб) - чтение, запись - произвольный доступ - обращение по адресу - энэргозависимость

Структура ОП Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).

На вход ОЗУ подается: 1. Адрес ячейки из регистра адреса 2. Сигнал операции чтения/записи Дешифратор – расшифровывает поступивший адрес и возбуждает линию связи требуемой ячейки. Операция записи: с шины данных поступает в буферный регистр в требуемую ячейку. Операция чтения: из ячейки в буферный регистр в шину данных и в требуемую ячейку.

ПЗУ. Задача ПЗУ – хранение микропрограмм. С помощью них происходит тестирование, выполнение машинных команд. Характеристики: единица хранения – ячейка (100 кб), адресная, доступ произвольный, только чтение, энэргозависима.

Стековая память. Структура стековой памяти аналогична структуре оружейного магазина. Возможны запись и чтение. Операции производятся с теми данными, которые находятся в вершине стека, т.е. запись в вершину (PASH) и чтение из вершины (POP). Часть ОП выделяется под стек. 1. Общий системный стек - использует ОС. 2. У каждого приложения формируется свой программный (локальный) стек.

В ОП стек организован иначе. Вершина стека – плавающая. Ее положение фиксируется в специальном регистре, т.е. фиксируется адрес ячейки вершины стека. Когда стек пустой, то адрес вершины на единицу больше дна. Данные в стек поступают из ОП.

Ассоциативная память.

Ассоциативная память была создана для решения задач, когда необходим поиск по содержимому. Ассоциативная память состоит из ячеек. Регистр маски (единицами отмечаются разряды по которым будет вестись поиск в АП), регистр контекста (указывается контекст поиска, какая-то комбинация 0 и 1), регистр совпадений (отмечаются ячейки с нужным контекстом). Особенностью АП является то, что каждая ячейка обладает локальным устройством управления, поэтому просмотр ведется одновременно по всем ячейкам. АП в современных ЭВМ используется для построения КЭШ-памяти.

Назначение и структура Кэш-памяти.

В ячейке кэш-памяти выделяется два поля: поле адреса и поле содержимого. В ячейку кэша загружается блок из ОП со своим адресом. Когда ЦП обращается к данным по адресу, этот адрес записывается в регистр контекста и начинается ассоциативный поиск. КЭШ память располагается в ЦП: 1. КЭШ-команд 2. КЭШ-данных. Образуют кэш первого уровня.

Характеристики: состоит из ячеек, небольшой размер, произвольный доступ, способ поиска ассоциативный, энергонезависима.

Представление информации в ОП.

В ОП хранятся: символы, числа. Представляются в памяти двоичным кодом. Различают: однобайтовые коды (символ может быть закодирован 8 разрядами ASCII) и двубайтовые (Unicod, можно закодировать 64000 знаков).

Представление вещественных чисел. q*2^p, где q – мантисса, 0<=q<=1, p – порядок. В ЭВМ числа хранятся в нормализованном виде.

= = = = = = = = = = = = = = = =