8)Информационно-логические основы эвм. Представление информации.

1. Обобщенная классическая структура эвм

ЭВМ любого класса состоит из пяти основных компонент, изображенных на рис.1: арифметическо-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), устройства вывода информации (УвывИ), устройства ввода информации (УВвИ). АЛУ и УУ в современном персональном компьютере нечто иное как процессор, УВывИ – монитор, принтер; УВвИ – клавиатура, мышка.

                                                   Рис.1.  Структура ЭВМ

            Информация, подлежащая обработке в АЛУ, ОЗУ машины, должна быть представлена в виде специальных (машинных) кодов в принятой для данной ЭВМ двоичной системе счисления, т.е. в виде последовательностей нулей и единиц.

            Информация, циркулирующая в ЭВМ, подразделяется на следующие виды:

-         Данные (информация подлежащая обработке);

-         Команды (информация указывающая вид обработки);

-         Адреса (информация о местонахождении данных и команд).

2. Основные понятия и термины машинного представления информации

            Наименьшей единицей информации является бит (двоичный разряд).

Элементы, из которых состоит дискретное сообщение, передаваемое в ЭВМ или выводимое на экран дисплея, устройство печати, называют символами. Как символы могут выступать графические знаки, изображающие цифру, букву, служебные, математические и другие обозначения.

В качестве машинной единицы информации для представления символа используется группа двоичных разрядов, которая именуетсябайтом. Байт состоит из 8 бит.

В зависимости от типа ЭВМ дискретное сообщение, передаваемое между элементами и блоками ЭВМ, состоит из одного байта (8 двоичных разрядов), двух байт (16 разря­дов), четырех байт (32 разряда), соответственно ЭВМ и подразделяют на 8-, 16 -, 32- и т.д. разрядные. Такое дискретное сообщение принято называть машинным словом. На рис. 2 показано, как соотносятся бит, байт и слово.

Бит                             - один двоичный разряд

Байт   - восемь двоичных разрядов

Слово   - 16 двоичных разрядов

                    Рис. 2.  Единицы информации, используемые в ЭВМ

Как правило, данные запоминаются и извлекаются из памяти ЭВМ целыми словами. Операции запоминания и извлечения из памяти принято называть соответственно записью и считыванием. ЭВМ обычно оперирует с информацией двух типов — с данными и командами. В том случае, когда слово заключает в себе инструкцию по обработке других данных, его принято называть командой.

Совокупность нескольких машинных слов, объединенных единым смыслом, называется записью. Группа записей, последо­вательно расположенных на носителе внешнего запоминающего устройства, записываемая из ОЗУ или считываемая в нее, назы­вается блоком. Блок содержит 512 байт. Несколько блоков, содержащих записи, объединенные каким-либо признаком в информационный массив, называются файлом.

Дискретные сообщения, которые транспортируют информацию между отдельными функциональными устройствами ЭВМ, сформированы в определенные коды, т. е. каждому символу соответствует определенный набор нулей и единичек. Используют в основном коды КОИ-8 которые имеются государственные стандарты.

За один такт работы ЭВМ выполняются действия с одним машинным словом. Таким образом, при передаче более одного байта данных. 16-разрядный процессор работает вдвое быстрее 8-разрядного, так как в машинное слово 16-разрядного процессора входят 4 десятичных числа, а не 2.

Точность представления числа зависит от количества отводимых под число разрядов: 8 разрядов — точность составляет два десятичных знака, 32 разряда — точность 10 десятичных знаков.

Самым большим преимуществом увеличения разрядности ЭВМ является использование оперативной памяти увеличенного объема, 8-разрядный процессор позволяет обращаться к ОЗУ объемом до 64 кб, 16-разрядный процес­сор может работать с ОЗУ до 1024 кб, 32-разрядный до 4 Гб.

Всеми процессами в компьютере управляет комплекс программ, именуемый операционной системой.

Вся информация в виде машинных слов передается между компонентами компьютера по шинам. Информация о данных поступает по шине данных на соответствующий адрес (устройство) по указанию информации об адресе, идущей по шине адреса. Информация о видах выполняемых операций поступает по шине команд. Скорость передачи машинных слов задается тактовым генератором.

«Мозгом» компьютера является процессор (точнее микропроцессор), выполняющий все вычисления и обработку информации. Программы и исходные данные для обработки процессор берет из оперативной памяти (ОЗУ) и в нее же он записывает результаты. Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» процессором и  оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. При выключении питания компьютера данные из ОЗУ стираются.

В компьютере имеется постоянная память (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство), в которую данные занесены при ее изготовлении и не зависят от наличия питания компьютера. В ПЗУ хранятся программы для проверки компьютера , инициирования загрузки операционной системы (ОС) и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера – в основном устройств ввода-вывода. По этой причине содержимое постоянной памяти  называют BIOS (Basic Input-Output System).

В компьютерах имеется еще один вид памяти – видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память входит в состав видеокарты  - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран монитора.

Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера – клавиатуры, дисководов и т.д. Результаты выполнения программ также выводятся на различные устройства – монитор, диски, принтер и т.д.

Обмен информацией между ОЗУ и устройствами подключенными к компьютеру происходит через процессор, контроллеры и карты подключаемых устройств.