2. Кодирование информации. Принцип действия эвм
При обозначении количественных характеристик объектов, явлений используются последовательности символов. Набор символов, правил счета и записи в виде последовательности символов из этого набора образуют систему счисления (СС). Набор символов СС называется алфавитом, а сами символы – цифрами. Различают позиционные (арабская, десятичная) и непозиционные (римская) СС. В первых вес цифры в записи числа зависит от её вида и позиции. Позиции в таких системах называют разрядами, которые нумеруются числами 0,1,2,…, крайняя левая позиция – старший разряд, крайняя правая – младший разряд числа. В непозиционных СС количественное значение цифры зависит только от её вида или взаимного расположения цифр. Число q равное количеству различных цифр в алфавите позиционной СС называется основанием СС (арабская q=10,~называют десятичной). В общем виде число Nв позиционной СС с основанием q и алфавитом A может быть представлено в виде:
a0,an-1,a1 - цифры алфавита А, n,n-1,m - номер разряда.
Разряды с номерами большими или равными нулю образуют целую часть числа, с номерами меньше нуля – дробную (в записи числа такие разряды отделяются точкой или запятой). Если дробная часть отсутствует, то число называют целым, в противном случае – число дробное.
В ЭВМ используется позиционная СС. Каждый разряд содержит одну из q цифр. Поэтому для представления чисел требуются устройства, имеющие q-устойчивых состояний. Наиболее просто с технической точки зрения реализуются устройства, имеющие два таких состояния (электронная схема, имеющая высокое или низкое напряжение на выходе, магнитный материал намагничен, либо размагничен и т.д.). Это и является причиной использования двоичной СС в ЭВМ. Алфавит такой системы счисления имеет две цифры (0 и 1). Кроме данной СС для ввода-вывода информации используются десятичные, восьмеричные и шестнадцатеричные СС. Запись чисел здесь значительно компактнее, но с технической точки зрения гораздо труднее создать устройство, имеющее 10 или 16 устойчивых состояний.
ЭВМ – комплекс технических и программ. средств, предназначенных для автоматизированной обработки дискретных данных по требуемому алгоритму. Идея автоматизации процесса обработки данных заложена в принципе действия ЭВМ.
УВВ
Память
коды
сигналы
АЛУ
- - - - - - данные
УУ
АЛУ и УУ – образуют процессор (П). Любая ЭВМ содержит основные устройства: АЛУ, УУ, УВВ.
Память состоит из запоминающих устройств и предназначена для хранения алгоритма обработки данных и самих данных. Состоит из l ячеек, каждая из которых для запоминания одного двоичного числа заданной разрядности. Запись и чтение осуществляется только при указании места хранения. В современных ЭВМ память представлена сложной многоуровневой системой. Здесь определяют уровни: сверхоперативной памяти (СОЗУ), оперативной памяти (ОЗУ), буферной памяти (БЗУ), внешней памяти (ВЗУ). Основным запоминающим устройством памяти ЭВМ, предназначенной для хранения всей информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе, является ОЗУ.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции над поступающими в него двоичными кодами команд и данных.
Устройство управления (УУ) - под воздействием поступающих в него данных автоматически координирует работу всех устройств посредством своевременной выдачи на них управляющих сигналов. Предписывает АЛУ выполнение конкретной операции, управляет обменом между ЗУ и П, управляет работой УВВ.
Алгоритм – последовательность операций, выполнение которых над исходными данными приводит к конечному результату, решению. В памяти ЭВМ этот алгоритм хранится в виде двоичных многоразрядных чисел, машинных кодах команды. Программа – описание алгоритма в форме, воспринимаемой ЭВМ. Она состоит из отдельных команд, каждая из которых предписывает определенное действие и указывает над какими данными (операндами) эти действия производятся. Перед началом решения задачи в ЗУ через УВВ в кодированном виде записываются программа и данные, подлежащие обработке. В ходе вычислительного процесса при выполнении очередной команды из ЗУ считывается эта команда; по адресной части которой определяется местонахождение обрабатываемых данных, они извлекаются из ЗУ. П выполняет над ними указанную в коде операцию и записывает результат на хранение в ЗУ. Затем определяется местонахождение следующей команды и повторяется аналогичный цикл.