5. Основные принципы устройства, структура и состав эвм

В процессе развития вычислительной техники первого поколения были сформулированы основные принципы построения ЭВМ (Джон фон Нейман, США, 1945).

1. Принцип двоичного кодирования. В вычислительной технике должна использоваться двоичная система представления данных, в том числе, нечисловых данных ( текст, графика, звук и др.).

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти. Данные хранятся в памяти вычислительной машины, которая должна быть разделена на нумерованные ячейки.

4. Принцип последовательного программного управления. Все операции процессор должен выполнять по программе в автоматическом режиме.

5. Принцип жесткости архитектуры. В процессе работы топология и архитектуры ЭВМ не меняется, а программа является изменяемой частью машины.

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру или архитектуру фон Неймана. Структурная схема такой ЭВМ показана на рис. 2.1. В состав ЭВМ, имеющей классическую архитектуру, входят:

• центральный процессор, предназначенный для управления работой всех блоков ЭВМ, а также выполнения арифметических и логических операций;

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ)

Центральный процессор (цп)

Арифметико-

логическое устройство

(АЛУ)

Устройство управления

(УУ)

Устройство

ввода

Устройство

вывода

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Рис. 2.1. Структурная схема ЭВМ

• арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех операций с числовыми и символьными данными;

• устройство управления (УУ), которое формирует управляющие импульсы и синхронизирует работу всех блоков ЭВМ;

• внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), которое используется для долговременного хранения данных;

• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для записи, хранения и считывания данных, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе;

• устройства ввода и вывода, которые обеспечивают загрузку ЭВМ исходными данными и программами, а также вывод результатов обработки на монитор или принтер.

Лекция 3. Арифметические и логические операции с двоичными числами

1. Системы счисления

Система счисления — способ записи чисел с помощью заданного набора специальных символов, которые называются цифрами.

Основание системы счисления – количество цифр, используемых для записи чисел.

В математическом аппарате информатики используются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления (см. табл. 3.1). Все эти системы счисления относятся к системам позиционного типа, в которых величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от ее позиции. В системах же непозиционного типа величина числа не зависит от положения цифры, к непозиционным относится, например, римская система счисления.

Таблица 3.1

Позиционные системы счисления

Название системы	Основание системы	Обозначение	Цифры и символы, используемые для записи чисел
десятичная	10	Dec	0123456789
двоичная	2	Bin	01
восьмеричная	8	Oct	01234567
шестнадцатеричная	16	Hex	0123456789ABСDEF

Для перевода чисел из одной системы счисления в другую используют простые математические алгоритмы, на практике перевод делают с помощью калькулятора. Использование калькулятора инженерного или программного типа позволяет представить число R в системах с разным основанием n, например,

R_n=1234₁₀=10011010010₂= 2322₈=4D2₁₆

Представление простых чисел в различных системах счисления показано в табл. 3.2

В вычислительной технике используется двоичная система счисления, которая отличается от других систем:

• помехоустойчивым представлением информации;

• простотой вычислений и возможностью технической реализации;

• высокой скоростью арифметических операций.

Для выполнения вычислений в двоичной системе используются простые арифметические операции, основные арифметические действия с двоичными числами показаны в табл. 3.3

Таблица 3.2