МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

Факультет АВТ

Кафедра ЭВА

к.т.н., доцент Мартиросян С.Т.

СЕМИНАРСКИЙ ПРАКТИКУМ

по курсу «Организация ЭВМ и систем»

МОСКВА – 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

Семинар 1. Числовой логический уровень 5

Система счисления. 5

Позиционные системы счисления. 5

Выбор системы счисления 6

Перевод чисел из одной системы счисления в другую 7

Проблема представления отрицательных чисел 11

Способы представления чисел в ЭВМ 16

Фиксированная запятая 16

Плавающая запятая 17

Модифицированные коды 19

Семинар 2. Цифровой логический уровень и микроархитектурный уровень 20

Электротехническая интерпретация. 21

Уровень физических устройств. 22

Методы передачи данных 30

Параллельная передача данных 30

Последовательная передача данных 31

Синхронные коммуникации 31

Вопросы и задания 33

Семинар 3. Архитектура классической ЭВМ 34

У У 34

Система кодирования команд 35

Взаимозависимость формата команды и основных параметров ЭВМ 38

Способы адресации 38

Семинар 4. Простой процессор, работающий с четырехадресной командой. 42

Введение 42

Функционирование программируемого процессора 46

Алгоритм работы 46

Задание 47

Семинар 5. Микропроцессор – дальнейшее развитие 47

Введение 47

Модернизация 49

Задание 50

Семинар 6. Дальнейшее совершенствование микропроцессора, одноадресные и безадресные команды. 50

Анализ предыдущей модели 50

Задание 51

Шинная структура связей 53

Семинар 7. Кэш-память 57

Введение 57

Структура кэш-памяти в процессоре i486. 59

Алгоритм псевдо LRU. 60

Увеличение производительности кэш памяти. 60

Семинар 8. Режимы работы микропроцессорной системы 61

Архитектура микропроцессорных систем 64

Типы микропроцессорных систем 66

Семинар 9 . Программная модель процессора 68

Общие понятия 68

Регистры процессора 68

Формат команды микропроцессора IA-32 71

Эффективный адрес. 72

Семинар 10. Организация ПК 72

Введение 72

Архитектура персонального компьютера 73

Процессоры персональных компьютеров 77

Особенности процессоров Pentium 78

Семинар 11. Интерфейсы ПК 80

Введение 80

Последовательный порт(RS-232). 81

Параллельный порт(LPT). 82

Интерфейс IDE. 82

Cпецификация Enhanced IDE (EIDE) 83

Интерфейс SCSI. 84

Характеристики SCSI. 87

Системная магистраль ISA 87

Распределение ресурсов компьютера 88

Семинар 12. Видеосистема ПК и режимы графической акселерации 90

Введение 90

Мониторы 90

Видеоадаптеры 91

Понятие о графических ускорителях 92

Ускорители двумерной графики 92

Ускорители трехмерной графики 93

Семинар 13. Файловая система компьютера 96

Введение 96

Общие сведения о файлах 98

Типы файлов 98

Атрибуты файлов 98

Организация файлов и доступ к ним 99

Последовательный файл 99

Файл прямого доступа 99

Другие формы организации файлов 100

Операции над файлами 101

Директории. Логическая структура файлового архива 102

Разделы диска. Организация доступа к архиву файлов. 103

Операции над директориями 104

Защита файлов 105

Контроль доступа к файлам 105

Списки прав доступа 105

Заключение 105

Семинар 14. Практика настройки и использования ПК. 106

Системный блок 106

Загрузка операционной системы 109

Дисковые накопители 110

Настройка компьютера 110

Настройка видеоадаптера 110

Настройка звуковой карты 111

Настройка CD-ROM 111

Защита данных и самого компьютера 112

Использование программы BIOS SETUP   112

Модернизация компьютера 113

Увеличение оперативной памяти 113

Установка дополнительных плат 114

Самотестирование при включении 114

Поиск и устранение неисправностей     115

Системная плата 115

Основной микропроцессор 118

Системная и локальная шина. 119

Семинар 1. Числовой логический уровень

В данном разделе курса рассматриваются способы представления чисел в ЭВМ, методы выполнения арифметических операций, которые отличны от методов, получивших широкое распространение на практике. Как известно, еще в 19 веке производство операций над числами, содержащими много разрядов, представлялось сложной задачей, решить которую могли только профессионалы. Именно в это время были разработаны основные правила выполнения операций над многозначными числами узбекским математиком Аль-Хорезми. Общие закономерности, по которым строились эти правила, впоследствии получили название АЛГОРИТМА. Они настолько широко вошли в жизнь, что, производя эти операции над многозначными числами, мы не задумываемся над тем, что выполняем строгую систему правил.

Система счисления.

Способ представления изображения произвольных чисел с помощью некоторого конечного множества символов назовем системой счисления.

В повседневной практике мы пользуемся, как правило, десятичной системой счисления. Ответ на вопрос: " Почему именно эта система счета получила наибольшее распространение? " - сейчас дать затруднительно. В литературе, как правило, в качестве обоснования приводится тот факт, что на руках человека - в сумме 10 пальцев. Вряд ли это обоснование можно принимать всерьез. На практике мы сталкиваемся и с более сложными, в частности, со смешанными системами. Например, система счета времени, где за единицу принята секунда, минута, час, сутки, неделя, месяц, год. Или система счета денег, до недавнего времени применявшаяся в Англии (пенс, шиллинг, фунт):

12п = 1ш, 20ш = 1ф.

Или еще более интересная - римская система счета, которая использует символы: I - 1, V - 5, X - 10, L - 50, C - 100, D - 500, M - 1000.

Эта система является особой и применяется редко (циферблат, архитектура, история и т.д.)

Системы счисления принято делить на:

• Позиционные.

• Непозиционные.

• Символические.

Начнем с последних. В этих системах каждому числу ставится в соответствие свой символ. Эти системы не находят широкого применения в силу естественной их ограниченности (алхимия, кодированные сообщения) бесчисленного множества символов, которое требуется для изображения всех возможных чисел. Поэтому эти системы из рассмотрения опустим.

Позиционные системы счисления.

Само название этих систем указывает на связь значимости числа и его изображения от позиции. Позиция - некоторое место, в котором может быть представлен лишь один символ. Примером позиционной системы счисления является десятичная система. В этой системе число представляется в виде полинома "n" степени, а изображается совокупностью некоторых символов, каждый из которых имеет различный вес в зависимости от позиции, которую он занимает.

a₄a₃a₂a₁ - число; a₁, a₂, a₃, a₄ - символы.

Всем позициям приписывается различный вес, который чаще всего выбирается как целая степень основания системы.

Основание системы счисления - число, которое является мощностью множества различных символов, допустимых в каждой позиции числа.

Так для десятичной системы допускаемыми являются символы: 0, 1, 2, 3,..., 9.

Обозначим через "p" основание системы счисления. Тогда веса позиций числа могут быть представлены так:

... p³ p² p¹ p⁰.

Само число, изображение которого имеет вид, например, a₄a₃a₂a₁ может быть представлено так:

a₀p⁰ + a₁p¹ + a₂p² + a₃p³ - это развернутая запись числа в позиционной системе.

Например:

973₁₀ = 3*10⁰ + 7*10¹ + 9*10² = 3 + 70 + 900.

В отличие от системы счета времени, десятичная система является однородной, т.е. одних и тех же десятичных символов достаточно, чтобы изобразить любое число. В то время как в смешанных системах нужно придумывать все новые и новые символы для того, чтобы изобразить следующее по величине число.

Таким образом, однородность - одно из важных свойств позиционных систем.

Любое число X в позиционной системе счисления можно представить в виде:

n

X = ±p^m Σ a_ip^-i,

i=1

где

m - число позиций или разрядов, отведенное для изображения целой части числа.

n - общее число разрядов в числе.

a_i - любой допустимый символ в разряде, т.е. a_i = {0, 1, 2,..., p-1}.

p - основание системы счисления.

Например:

- 961,13 = - (9*10² + 6*10¹ + 1*10⁰ + 1*10^-1 + 3*10^-2).

1. Заметим, что число, равное основанию системы счисления, т.е. "p", в самой системе с основанием "p" записывается только в двух позициях (разрядах), а именно так:

p_p = 10_p

2. Заметим также, что разделение числа на две части - дробную и целую - имеет смысл лишь в позиционных системах.

3. Заметим, что основание системы для представления числа мы можем выбрать произвольное. Такой же произвол мы можем допустить и в назначении весов разрядов. Однако наиболее целесообразно считать его, как и в десятичной системе, естественным, т.е. ввести в качестве степеней основания числа натурального ряда:

4. ... +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ...