4.Выполнение арифметических операций над двоичными числами, представленными в формате с фиксированной запятой.

Сложение (вычитание). Операция вычитания приводится к операции сложения путем преобразования чисел в обратный или дополнительный код. Пусть числа А≥0 и В≥0, тогда операция алгебраического сложения выполняется в соответствии с таблицей.

Таблица преобразования кодов

При алгебраическом сложении

Требуемая операция	Необходимое преобразование
А+В А-В -А+В -А-В	А+В А+(-В) (-А)+В (-А)+(-В)

Скобки в представленных выражениях указывают на смену операции сложения с обратным или дополнительным кодом соответствующего числа. Сложение двоичных чисел осуществляется последовательно, поразрядно в соответствии с таблицей.

Значение двоичных чисел А и В			Разряд суммы Si	Перенос в следующий разряд Pi
ai	bi	pi-1
0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1	0 1 1 0 1 0 0 1	0 0 0 1 0 1 1 1

При выполнении сложения цифр необходимо соблюдать следующие правила

1. Слагаемые должны иметь одинаковое число разрядов. Для выравнивания разрядной сетки слагаемых должно дописывать незначащие нули слева к целой части числа.

2. Знаковые разряды участвуют в сложении так же, как и значащие.

3. Необходимые преобразования кодов производятся с изменением знаков чисел. Приписанные незначащие нули изменяют свое значение при преобразовании по общему правилу.

4. При преобразовании единицы переноса из старшего знакового разряда, в случае использования обратного кода, эта единица складывается с младшим знаковым разрядом. При использовании дополнительного кода единица переноса теряется. Знак результата формируется автоматически, результат представляется в том коде, в котором представлены исходные слагаемые.

Пример1. Сложить два числа: А₁₀=7; В₁₀=16

A₂=+111=+0111;

B₂=+1000=+10000.

Исходные числа имеют различную разрядность, необходимо провести выравнивание разрядной сетки:

[A₂]п=[A₂]ок=[A₂]дк=0:00111;

[B₂]п=[B₂] ок =[B₂] дк =0:10000

Сложение в обратном или дополнительном коде дает один и тот же результат:

0:00111

+0:10000

_____________________________

С₂=0:10111₂

С₁₀=+23.

Обратим внимание, что при сложении цифр отсутствуют переносы в знаковый разряд и из знакового разряда, что свидетельствует о получении правильного результата.

Пример2. Сложить два числа: А₁₀= +16; В₁₀= -7 в обратном и дополнительном кодах.

В соответствии с таблицей должна быть реализована зависимость А+(-В), в которой второй член преобразуется с учетом знака

[А₂]п=0:10000=0:10000; [А₂]ок=0:10000; [А₂]дк=0:10000;

[В₂]п=1:111=1:00111; [В₂]ок=1:11000; [В₂]дк=1:11001.

Сложение в обратном коде Сложение в дополнительном коде

[А₂]ок=0:10000 [А₂]дк=0:10000

+[В₂]ок=1:11000 +[В₂]дк=1:11001

_______________________________ _______________________________

0:01000 0:01001

+ 1

_______________________________

0:01001

С₂=0:01001 С₂=0:01001

С₁₀=+9 С₁₀=+9

При сложении в обратном и дополнительном кодах были получены переносы в знаковый разряд и из знакового разряда. В случае обратного кода перенос из знакового разряда требует дополнительного прибавления единицы младшего разряда. В случае дополнительного кода знак игнорируется.

Умножение. Умножение двоичных чисел наиболее удобно реализуется в прямом коде. Рассмотрим, каким образом оно приводиться к операции сложения и сдвигам.

Пример. Умножить два числа А₁₀=7; В₁₀=5.

Перемножим эти числа, представленные прямыми двоичными кодами, так же как это делается в двоичной системе.

[А₂]п=111 - множимое

× ×

[В₂]п=101 - множитель

_______________

111 - множимое (сдвиг на 0 разрядов)

+ 000 - умножение на 0 (сдвиг на 1 разряд)

111 - множимое (сдвиг на 2 разряда)

_______________________

[С₂]п=100011 - произведение

С₁₀ = 35

Нетрудно видеть, что произведение получается путем сложения частных произведений, представляющих собой разряды множимого, сдвинутые влево в соответствии с позициями разрядов множителя. Частные произведения, полученные умножением на нуль, игнорируются. Важной особенностью умножения n-разрядных сомножителей является увеличение разрядности произведения до n+n=2n. Знак произведения формируется путем сложения знаковых разрядов сомножителей. Возможные переносы из знакового разряда игнорируются.

Деление. Операция деления, как и в десятичной арифметике, является обратной операцией умножения. Покажем, что и эта операция приводится к последовательности операций сложения и сдвига.

Пример. Разделить два числа А₁₀=45; В₁₀=5.

[А₂]п=101101

[В₂]п=101

Делимое Делитель

101101 │ 101

__________________________-

- 101 1001 - частное

________________________-

0101

-101

_______________________

0

[С₂]п=1001

С₁₀ = 35

Деление произведено так же, как это делается обычно в десятичной системе. Сначала проверяется, можно ли вычесть значение делителя из старших разрядов делимого. Если возможно, то в разряде частного записывается единица и определяется частная разница. В противном случае в частное записывается нуль и разряды делителя сдвигаются на один разряд по отношению к разрядам делимого. К полученной предыдущей разнице сносится очередная цифра делимого, и данный процесс повторяется до тех пор пока не будет получена необходимая точность. Если учесть, что все вычитания в ЭВМ заменяются сложением в обратном и дополнительном кодах, то действительно операция деления приводится к операциям сложения и сдвигами вправо разрядов делителя относительно разрядов делимого. Отметим, что делимое перед операцией деления должно быть приведено к 2n-разрядной сетке. Только в этом случае при делении на n-разрядный делитель получается n-разрядное частное.

Знак частного формируется также путем сложения знаковых разрядов делимого и делителя, как это делалось при умножении.

5.Выполнение арифметических операций над двоичными числами, представленными в формате с плавающей запятой.

В современных ЭВМ числа с плавающей точкой хранятся в памяти машин, имея мантиссу и порядок (характеристику) в прямом коде и нормализованном виде. Все арифметические действия над этими числами выполняются так же, как это делается с ними, если они представлены в полулогарифмической форме (мантисса и десятичный порядок) в десятичной системе счисления. Порядки и мантиссы обрабатываются отдельно.

Сложение (вычитание). Операция сложения (вычитания) производится в следующей последовательности.

1. Сравниваются порядки (характеристики) исходных чисел путем их вычитания Δp=p₁-p_{2 .} при выполнении этой операции определяется, одинаковый ли порядок имеют исходные слагаемые.

2. Если разрядность порядков равна нулю, то это значит, что одноименные разряды мантисс имеют одинаковые веса (двоичный порядок). В противном случае должно проводится выравнивание порядков.

3. Для выравнивания порядков число с меньшим порядком сдвигается вправо на разницу порядков Δp. Младшие выталкиваемые разряды при этом меняются.

4. После выравнивания порядков мантиссы можно складывать (вычитать) в зависимости от требуемой операции. Операция вычитания заменяется операцией сложении в соответствии с таблицей приведенной в пункте указанном выше. Действия над слагаемыми производятся в обратном или дополнительном кодах по общим правилам.

5. Порядок результата берется равным большему порядку.

6. Если мантисса результата не нормализована, то осуществляются нормализация и коррекция значений порядка.

Пример. Сложить два числа: А₁₀= +1.375; В₁₀= -0.625

А₂= +1.011=0:1011∙10¹; В₂= -0.101= -0:101∙10⁰.

В нормализованном виде эти числа будут иметь вид:

Порядок Мантисса

[А₂]п=0:1 0:1011

знак числа

[В₂]п=0:0 1:101

1. Вычитаем порядки Δp=p₁-p₂=1-0=1. В машине эта операция требует операции сложения с преобразованием порядка чисел в дополнительный код:

p₁=0:1 [p₁]дк=0:1

p₂=0:0 +[ p₂]дк=0:0

_________________________________________

Δp=0:1

Определяем, что Δp≠0.

2. Порядок первого числа больше порядка второго числа на единицу. Требуется выравнивание порядков.

3. Для выравнивания порядков необходимо второе число сдвинуть вправо на один разряд:

[В₂]исх=0:0 1:101

после сдвига

[В’₂]п=0:1 1:0101

[m’_B]дк=1:1011

4. Складываем мантиссы:

[m_А]дк=0:1011

+[m’_B]дк=1:1011

_______________________________________________________

[m_С]дк=0:0110

Мантисса числа С – положительная.

5. Порядок числа с равен порядку числа с большим порядком, т.е. p_С=+1.

[С₂]п=0:1 0:0110

Видно, что мантисса результата не нормализована, так как старшая цифра мантиссы равна нулю.

6. Нормализуем результат путем сдвига мантиссы на один разряд влево и соответственно вычитаем их значения порядка единицу:

[С₂]п=0:1 0:0110

С₁₀=+0.75.

Умножение(деление). Операция умножения (деления) чисел с плавающей точкой также требует разных действий над порядками и мантиссами. Алгоритмы этих операций выполняются в следующем последовательности.

1. При умножении (делении) порядки складываются (вычитаются) так, как это делается над числами с фиксированной точкой.

2. При умножении (делении) мантиссы перемножаются (делятся).

3. Знаки произведения (частного) формируются путем сложения знаковых разрядов сомножителей (делимого и делителя). Возможные переносы из знакового разряда игнорируются.

6.Выполнение арифметических операций над числами, представленными в формате в двоично-десятичном формате.

При обработке больших массивов экономической информации переводы чисел из десятичной системы в двоичную и обратно могут требовать значительно машинного времени. Некоторые образцы ЭВМ поэтому имеют или встроенные, или подключаемые блоки, которые обрабатывают десятичные числа в их двоично-десятичном представлении. Действия над ними также приводятся к операции алгебраического сложения отдельных цифр чисел, представленных дополнительными кодами.

Существует несколько алгоритмов сложения двоично-десятичных кодов десятичных чисел. Приведем один из алгоритмов сложения, который получил довольно широкое распространение.

1. Сложение чисел начинается с младших цифр (тетрад) и производится с учетом возникающих переносов из младших разрядов в старшие.

2. Знак суммы формируется специальной логической схемой по знаку большего слагаемого.

3. Для того, чтобы при сложении двоично-десятичных цифр возникали переносы, аналогичные при сложении чисел в десятичном представлении, необходимо проводить так называемую десятичную коррекцию. Для этого к каждой тетраде первого числа прибавляется дополнительно по цифре 6₁₀=0110₂, что позволяет исключить шесть неиспользуемых комбинаций (1010 - 1111)₂ , так как они кодируют шестнадцатеричные цифры A – F (числа 10 - 15₂).

4. После операции суммирования осуществляется корректировка суммы. Из тех тетрад суммы, из которых не было переносов, изымаются ранее внесенные избытки 6₁₀=0110_2. Для этого проводится вторая коррекция. Операция вычитания заменяется, как обычно, операцией сложения с числом -6, Представленным дополнительным кодом 1010₂ , но только в тех разрядах, в которых отсутствовали переносы. При этой второй коррекции переносы из тетрад блокируются.

5. Операция вычитания реализуется достаточно своеобразно. По общему правилу сложения (см. п. 1 - 4) к тетрадам числа с большим модулем прибавляются дополнительные коды тетрад другого числа. При этом первая коррекция не проводится, так как в дополнениях тетрад она учитывается автоматически. Знак результата определяется по знаку числа с большим модулем.

Пример. Сложить два числа А₁₀=177; В₁₀=418.

А_2-10 00001 0111 0111

+ 1-я коррекция

0110 0110 0110

___________________________________________________________-

A’ 0111 1101 1101

+ Сложение A’+B

В_2-10 0100 0001 1000

___________________________________________________________

1011 1111 0101 результат С’

+

1010 1010 2-я коррекция

____________________________________________________________

С_2-10 0101 1001 0101 результат

С₁₀ =595

7.Логические основы построения вычислительной машины.

Несколько слов о физических формах представления информации в компьютерах.

В вычислительных машинах коды нуля и единицы представляются электрически­ми сигналами, имеющими два различных состояния:

- импульс или его отсутствие;

- высокий или низкий потенциал;

- высокий потенциал или его отсутствие.

Наиболее распространенными способами физического представления информа­ции являются импульсный и потенциальный.

При импульсном способе отображения код единицы идентифицируется наличи­ем электрического импульса, код нуля — отсутствием его (впрочем, может быть и наоборот). Импульс характеризуется амплитудой и длительностью, причем дли­тельность должна быть меньше временного такта машины.

При потенциальном способе отображения код единицы — это высокий уровень напряжения, а код нуля — отсутствие сигнала или низкий его уровень. Уровень напряжения не меняется в течение всего такта работы машины. Форма и амплиту­да сигнала при этом во внимание не принимаются, а фиксируется лишь сам факт наличия или отсутствия сигнала.

Для анализа и синтеза схем в компьютере широко используется математический аппарат алгебры логики, оперирующий с двумя понятиями: истина и ложь.

Элементы алгебры логики

Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.

Высказывание — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл ут­верждение о его истинности или ложности. При этом считается, что высказывание удовлетворяет закону исключенного третьего, то есть каждое высказывание или истинно, или ложно и не может быть одновременно и истинным и ложным.

Высказывания:

• «Сейчас идет снег» — это утверждение может быть истинным или ложным;

• «Вашингтон — столица США» — истинное утверждение;

• «Частное от деления 10 на 2 равно 3» — ложное утверждение.

В алгебре логики все высказывания обозначают буквами а, Ь, с и т. д. Содержание высказываний учитывается только при введении их буквенных обозначений и в дальнейшем над ними можно производить любые действия, предусмотренные дан­ной алгеброй. Причем если над исходными элементами алгебры выполнены неко­торые разрешенные в алгебре логики операции, то результаты операций также бу­дут элементами этой алгебры.

Простейшими операциями в алгебре логики являются операции логического сложе­ния (иначе: операция ИЛИ, операция дизъюнкции) и логического умножения (иначе: операция И, операция конъюнкции). Для обозначения операции логического сложе­ния используют символы + или V> а логического умножения — символы • или Д. Пра­вила выполнения операций в алгебре логики определяются рядом аксиом, теорем и следствий. В частности, для алгебры логики выполняются следующие законы.

1. Сочетательный:

(a+b)+c=a+(b+c)

(a∙b) ∙c=a∙(b∙c)

2. Переместительный:

(a+b)=(b+a)

(a∙b)=(b∙a)

3. Распределительный:

a∙(b+c)=a∙b+a∙c

(a+b) ∙c=a∙c+b∙c

Справедливы соотношения, в частности:

a+a=a a+b=b,если a<=b,

a∙a=a a∙b=a, если a<=b,

a+a∙b=a a∙b=b, если a>=b,

a+b=a, если a>=b.

Наименьшим элементом алгебры логики является 0, наибольшим элементом — 1. В алгебре логики также вводится еще одна операция — отрицания (операция НЕ, инверсия), обозначаемая чертой над элементом. По определению:

и т. д. Эти соотношения используются для синтеза логических функций и вычис­и

и т.д.Эти отношения используются для синтеза логических функций и вычислительных схем.

Логический синтез вычислительных схем

Рассмотрим логический синтез (создание) вычислительных схем на примере од­норазрядного двоичного сумматора, имеющего два входа (а и Ь) и два выхода (5 и Р) и выполняющего операцию сложения в соответствии с заданной табл.

a	b	f1(a,b)=S	f2(a,b)=P
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

этой таблицеf1(a, b) = S — значение цифры суммы в данном разряде;f2(а, b) = Р-цифра переноса в следующий (старший) разряд. Согласно соотношению (4), можно записать:

Выполнение логических операций в компьютере

В перечень машинных команд, которые используются при программировании, обязательно входят и некоторые логические операции. Чаще всего это операции OR (ИЛИ), AND (И), NOT (HE) и XOR (исключающее ИЛИ).

OR (ИЛИ) — логическое сложение

Команда выполняет поразрядную дизъюнкцию (логическое сложение — операцию «ИЛИ») битов двух чисел; устанавливает 1 в тех битах результата, в которых была 1 хотя бы у одного из исходных операндов, а 0 0 1 1

Ь 0 1 0 1

aORb 0 1 1 1

AND (И) — логическое умножение

Команда выполняет поразрядную конъюнкцию (логическое умножение — опера­ цию «И») битов двух чисел; устанавливает 1 в тех битах результата, в которых у обоих исходных операндов были 1. ^a 0 0 1 1

^b 0 1 0 1

aANDb 0 0 0 1

XOR (исключающее ИЛИ)

Команда выполняет операцию сложения по модулю 2 (отрицание равнозначности), устанавливает 1 в тех битах результата, в которых исходные числа отличались друг от друга.

^а 0 0 1 1

^b 0 1 0 1

aXORb 0 1 1 0

NOT (HE) — операция отрицания

Команда устанавливает обратное значение битов в числе (операция инверсии), а 0 1

NOTa 1 О

3.1.Основные блоки вычислительной машины и их назначение

Микропроцессор (МП) — центральный блок ПК, предназначенный для управле­ния работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логичес­ких операций над информацией. В состав микропроцессора входят:

1. Устройство управления (УУ): формирует и подает во все блоки машины в нуж­ные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие им­пульсы), обусловленные спецификой выполняем ей операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выпол­няемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьюте­ра; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.

2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): предназначено для выполнениявсех арифметических и логических операций над числовой и символьной ин­формацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций кАЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор).

3. Микропроцессорная память (МПП): предназначена для кратковременного хра­нения, записи и выдачи информации непосредственно в ближайшие такты ра­боты машины, используемой в вычислениях; МПП строится на регистрах и ис­пользуется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основнаяпамять (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания

информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину один байт и более низкое быстродействие).

4. Интерфейсная система микропроцессора: предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, бу­ферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

Итак, запомним, что интерфейс (interface) — совокупность средств сопряже­ния и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимо­действие.

Порт ввода-вывода (I/O port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подклю­чить к микропроцессору другое устройство ПК.

5. Генератор тактовых импульсов: генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту ма­шины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота гене­ратора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персо­нального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина

Системная шина — основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая

сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

• кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для па­раллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

• кодовую шину адреса (КША), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

• кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

• шину питания, содержащую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

• между микропроцессором и основной памятью;

• между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

• между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режи­ме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифициро­ванные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры {адаптеры). Управление системной шиной осуществляет­ся микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнитель­ную микросхему контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выпол­няется с использованием ASCII-кодов.

Основная память

Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена ин­формацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоми­нающее устройство (ОЗУ).

□ ПЗУ (ROM — Read Only Memory) предназначено для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации; позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя);

• ОЗУ (RAM — Random Access Memory) предназначено для оперативной запи­си, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредствен­но участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродей­ствие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адрес ный доступ к ячейке). В качестве недостатка оперативной памяти следует отме­тить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Кроме основной памяти на системной плате ПК имеется и энергонезависимая па­мять CMOS RAM (Complementary Metall-Oxide Semiconductor RAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора; в ней хранится информация об аппаратной конфигурации ПК (о всей аппаратуре, имеющейся в компьютере), которая прове­ряется при каждом включении системы.

Внешняя память

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для дол­говременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребо­ваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все про­граммное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными из них, имею­щимися практически на любом компьютере, являются показанные на структур­ной схеме (рис. 4.1) накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) маг­нитных дисках.

Назначение этих накопителей: хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устрой­ство. Различаются НЖМД и НГМД конструктивно, объемами хранимой инфор­мации и временем поиска, записи и считывания информации. В качестве устройств внешней памяти часто используются также накопители на оптических дисках (CD-ROM — Compact Disk Read Only Memory) и реже — запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (НКМЛ, стримеры).

Источник питания

Источник питания — блок, содержащий системы автономного и сетевого энерго­питания ПК.

Таймер

Таймер — внутримашинные электронные часы реального времени, обеспечиваю­щие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономно­му источнику питания — аккумулятору, и при отключении машины от сети про­должает работать.

Внешние устройства

Внешние устройства (ВУ) ПК — важнейшая составная часть любого вычислитель­ного комплекса, достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют до 80-85 % стоимости всего ПК.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользовате­лями, объектами управления и другими компьютерами. К внешним устройствам относятся:

• внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

• диалоговые средства пользователя;

• устройства ввода информации;

• устройства вывода информации;

• средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеотерминалы (дис­плеи) и устройства речевого ввода-вывода информации.

• видеомонитор (дисплей) — устройство для отображения вводимой и выводи­мой из ПК информации;

□ устройства речевого ввода-вывода — быстро развивающиеся средства мульти­медиа. Это различные микрофонные акустические системы, «звуковые мыши» со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произно­симые человеком буквы и слова, идентифицировать их и кодировать; синтеза­ торы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

□ клавиатура — устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляю­щей информации в ПК;

• графические планшеты (дигитайзеры) — устройства для ручного ввода графи­ческой информации, изображений путем перемещения по планшету специаль­ного указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется счи­тывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

□ сканеры (читающие автоматы) — устройства для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисун­ков, чертежей;

• устройства указания (графические манипуляторы), предназначенные для вво­да графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вво­дом их в ПК (джойстик — рычаг, мышь, трекбол — шар в оправе, световое перо и т. д.);

• сенсорные экраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

• принтеры — печатающие устройства для регистрации информации на бумаж­ный носитель;

□ графопостроители (плоттеры) — устройства для вывода графической инфор­мации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель. Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, циф­ро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т. п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим компьютерам и вычислительным сетям (сетевые интер­фейсные платы и карты, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы). В частности, показанный на рис. 4.1 сетевой адаптер относится к внешнему интер­фейсу ПК и служит для подключения его к каналу связи с целью обмена информа­цией с другими компьютерами при работе в составе вычислительной сети. В каче­стве сетевого адаптера чаще всего используется модулятор-демодулятор.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе средств мультимедиа.

Мультимедиа (multimedia — многосредовость) — это комплекс аппаратных и про­граммных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анима­цию и т. д. К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и выво­да информации; микрофоны и видеокамеры, акустические и видеовоспроизводя-щие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами; звуковые и видеоплаты, платы видезахвата, снимающие изображение с видеомаг­нитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; широко распространенные уже сейчас сканеры, позволяющие автоматически вводить в компьютер печатные тек­сты и рисунки; наконец, внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

Дополнительные интегральные микросхемы

К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные интегральные микросхемы, рас­ширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора:

• математический сопроцессор;

• контроллер прямого доступа к памяти;

□ ' сопроцессор ввода-вывода;

□ контроллер прерываний и т. д.¹

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполне­ния операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций. Математический

сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещено во времени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Современные модели МП, начиная с МП 80486 DX, включают сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти (DMA — Direct Memory Access) обеспечи­вает обмен данными между внешними устройствами и оперативной памятью без участия микропроцессора, что существенно повышает эффективное быстродей­ствие ПК. Иными словами, режим DMA позволяет освободить процессор от ру­тинной пересылки данных между внешними устройствами и ОП, отдав эту работу контроллеру DMA; процессор в это время может обрабатывать другие данные или другую задачу в многозадачной системе.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП существенно уско­ряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей, принтер, НМД, НГМД и т. д.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания. Прерывание — вре­менный приостанов выполнения одной программы с целью оперативного выполне­ния другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы. Контрол­лер принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. Микропроцессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и пере­ходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслужи­вания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер преры­ваний является программируемым. Прерывания возникают при работе компьюте­ра постоянно, достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям. Например, прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (длятся эти прерыва­ния тысячные доли секунды и поэтому пользователь их не замечает).