Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекций от мешка 1.doc
Скачиваний:
506
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
4.36 Mб
Скачать

Вычислительные машины (конспект лекций) однопроцессорные эвм

Часть 1

Конспект лекций посвящен изучению основ организации и функционирования ЭВМ в целом и ее отдельных узлов, взаимодействия ЭВМ и периферийных устройств, в том числе многопроцессорных систем, перспективных направлений в развитии вычислительной техники, приобретению опыта разработки простейших микропроцессорных устройств.

Конспект предназначен для студентов всех форм обучения направления

220200-Управление и информатика в технических системах.

Оглавление

1. Общие вопросы истории развития и построения ЭВМ 5

1.1. Два класса эвм 5

1.2. Немного истории 7

1.3. Принципы действия ЭВМ 9

1.4. Понятие о системе программного (математического) обеспечения ЭВМ 11

1.5. Поколения ЭВМ 14

1.6. Большие ЭВМ общего назначения 18

1.6.1. Каналы 20

1.6.2. Интерфейс 21

1.7. Малые ЭВМ 21

Вопросы для самопроверки 22

2. Представление информации в ЭВМ 23

2.1. Позиционные системы счисления 23

2.2. Двоичная система счисления 23

2.2.1. Преобразование двоичных чисел в десятичные 24

2.2.2. Преобразование десятичных чисел в двоичные 25

2.2.3. Двоично-десятичная система счисления 26

2.3. Восьмеричная система счисления 27

2.4. Шестнадцатеричная система счисления 28

2.5. Двоичная арифметика 29

2.5.1. Сложение 29

2.5.2. Вычитание 29

2.5.3. Умножение 30

2.5.4. Деление 31

2.6. Прямой, обратный и дополнительный коды 32

2.6.1. Прямой код 32

2.6.2. Обратный код 34

2.6.3. Дополнительный код 35

2.6.4. Сложение и вычитание в дополнительном коде 37

2.6.5. Признак переполнения разрядной сетки 38

2.6.6. Деление в дополнительном коде 40

2.6.7. Правило перевода из дополнительного кода в десятичную систему 40

2.6.8. Модифицированные коды 41

2.6.9. Арифметика повышенной точности 41

2.7. Представление дробных чисел в ЭВМ. Числа с фиксированной и плавающей запятой 42

2.7.1. Числа с фиксированной запятой 42

2.7.2. Числа с плавающей запятой 44

2.7.3. Сложение (вычитание) ЧПЗ 50

2.7.4. Умножение ЧПЗ 51

2.7.5. Методы ускорения умножения 53

2.7.6. Деление чисел с плавающей запятой 54

2.8. Десятичная арифметика 54

2.8.1. Сложение двоично-десятичных чисел 55

2.8.2. Вычитание модулей двоично-десятичных чисел 59

2.8.3. Умножение модулей двоично-десятичных чисел 61

2.8.4. Деление модулей двоично-десятичных чисел 62

2.9. Нарушение ограничений ЭВМ 62

2.10. Представление буквенно-цифровой информации 63

2.11. Заключительные замечания 64

Вопросы для самопроверки 65

Контрольные задания к теме 2 66

Форма 1. Ответы на вопросы 66

Форма 2. Выполнение арифметических операций над числами 66

Пример выполнения контрольного задания (форма 2) 69

3. Принципы построения элементарного процессора 75

3.1. Операционные устройства (АЛУ) 78

3.2. Управляющие устройства 80

3.2.1. УУ с жесткой логикой 81

3.2.2. УУ с хранимой в памяти логикой 83

Вопросы для самопроверки 88

Контрольные задания к теме 3 88

1. Общие вопросы истории развития и построения ЭВМ

С момента своего возникновения человек старался облегчить свой труд с помощью различных приспособлений. В начале это касалось только физического труда, а затем также и умственного. В результате уже в XVII веке начали появляться первые механические устройства, позволяющие выполнять некоторые арифметические действия над числами. Они предназначались, в основном, для коммерческих расчетов и составления навигационных таблиц.

Совершенствование технологии обработки металлов, а затем и появление первых электромеханических устройств типа электромагнитных реле привело к интенсивному совершенствованию вычислительных устройств. Кроме того, совершенствование вычислительных устройств было обусловлено все возрастающим объемом информации, требующей переработки.

До 30-х годов прошлого столетия разработкой вычислительных устройств занимались механики, математики, электрики. Но с конца 30-х годов к этому процессу подключились электронщики, поскольку вычислительные устройства стали создавать на электронных элементах – электронных лампах. Вычислительные устройства превратились в электронные вычислительные машины (ЭВМ0, а все, что связано было с созданием ЭВМ, превратилось в отдельную область человеческих знаний, которую условно можно было назвать "Теория и принципы проектирования ЭВМ".

Однако уже в 50-е годы разнообразие проблем теории и методов проектирования объектов вычислительной техники, сложность ее элементов, устройств, машин и систем закономерно привели к тому, что из дисциплины "Теория и принципы проектирования ЭВМ", еще недавно охватывающей все основные аспекты этой области науки и техники, выделились самостоятельные курсы: схемотехника ЭВМ, методы оптимизации, периферийные устройства, операционные системы, теория программирования и т.д. Современная ЭВМ – настолько сложное устройство, что в одном курсе физически невозможно охватить подробно все проблемы проектирования, создания и эксплуатации ЭВМ, которые в общем случае имеют три аспекта:

- пользовательский (т.е. ЭВМ является инструментом решения прикладных задач);

- программный (т.е. ЭВМ является объектом системного программирования);

- электронный (т.е. ЭВМ является сложным электронным устройством, созданным с использованием сложных технологий).

Настоящий курс "Организация ЭВМ и систем" без излишней детализации рассматривает комплекс основных вопросов, относящихся к теории, принципам построения и функционирования ЭВМ как сложного электронного устройства. При этом основное внимание уделяется микроЭВМ и устройствам на базе микропроцессорных комплектов. Следует иметь в виду также, что под ЭВМ понимается любое устройство переработки цифровой информации (от микроконтроллера, управляющего стиральной машиной, до суперЭВМ), а не только персональный компьютер.