3.2. Персональные эвм.

В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры, которое они унаследовали от мини-ЭВМ (рис. 16).

Соединение всех узлов в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющие собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростили структуру, сделав ее еще более централизованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.

Ядро персональных ЭВМ (ПЭВМ) образуют процессор (Пр.) и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти (Оп.П) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), которое предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (Вн.У): дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ, принтера и др. обеспечивается через соответствующие адаптеры (Ад-р) согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств и контроллеры (Конт-р) - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играю роль устройств ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.

Персональный компьютер (ПК) - personal computer - недорогой компьютер, созданный на базе микропроцессора и который отмечает новый этап в организации и обеспечении вычислений - этап «персональных вычислений». Суть его выражается девизом: «one man - one job - one computer» (человек-работа-компьютер). Достоинствами ПК являются:

• малая, стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

• автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

• гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям к сфере управления, науки, образования, экономики и в быту;

• «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки.

ПК предназначены для специальной обработки текстов, звука и изображения и делятся на несколько классов.

Настольные персональные компьютеры являются настольными и предоставляют небольшие возможности их пользователям.

Переносные ПК имеют небольшие размеры и они транспортабельны.

3.3. Информационно-логические основы вычислительных машин. Системы счисления.

Информационно-логические основы построения ЭВМ включают в себя следующие приложения:

• системы счисления и формы представления чисел; представление информации в ЭВМ;

• арифметические основы ЭВМ; логические основы построения ЭВМ.

Системой счисления называется способ изображения чисел с помощью ограниченного набора символов, имеющих определенное количественное значение. Систему счисления образует совокупность правил и приемов представления чисел с помощью набора знаков (цифр).

В зависимости от способа изображения чисел системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В позиционной системе счисления количественное значение каждой цифры зависит от ее места (позиции) в числе.

В непозиционной системе счисления цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения в числе.

Количество «N» различных цифр, используемых для изображения числа в позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления, а позиция цифры - разрядом.

В позиционной системе счисления любое число можно представить в виде:

или

где: а_i - i-я цифра числа;

k - количество цифр в дробной части числа;

m - количество цифр в целой части числа;

N- основание системы счисления.

Пример: А₁₀=37.25 или А₁₀=3*10¹+7*10°+2*10^-1+5*10^-2.

Во всех современных ЭВМ для представления числовой информации используется двоичная система счисления с основанием N=2 и использованием для представления информации двух: «О» и «1». Это обусловлено следующими причинами:

• более простой реализацией алгоритмов выполнения арифметических и логических операций;

• более надежной физической реализацией основных функций, так как они имеют всего два состояния («О» и «1»);

• экономичностью аппаратурной реализации всех схем ЭВМ.

Кроме двоичной системы счисления широкое распространение получили и производные системы:

• - двоичная- «О» и«1»;

• десятичная, точнее двоично-десятичное представление десятичных чисел, - О, 1,...,9;

• шестнадцатеричная - 0,1,2, ...9, А, В, С, D, Е, F, где А=10, B=ll, ...,F=15;

• - восьмеричная - 0,1,2,3,4,5, б, 7.

Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются производными от двоичной, так как 16 = 2⁴ и 8 = 2³. Они используются в основном для более компактного изображения двоичной информации, так как запись значения чисел производится существенно меньшим числом знаков.

Представление чисел в различных системах счисления допускает однозначное преобразование их из одной системы в другую. В ЭВМ перевод из одной системы в другую осуществляется автоматически по специальным программам. Правила перевода целых и дробных чисел отличаются.

Теоретически наиболее экономичной системой счисления является система с основанием е=2,7188... находящимся между числами «2» и «3».

В вычислительных машинах применяются две формы представления двоичных чисел:

• естественная форма с фиксированной запятой (точкой);

• нормальная форма или форма с плавающей запятой (точкой).

С фиксированной запятой все числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробей.

Эта форма наиболее проста, естественна, но имеет небольшой диапазон представления чисел и поэтому не всегда приемлема при выполнениях. Если в результате операции получится число, выходящее за допустимый диапазон, происходит переполнение разрядной сетки, и дальнейшие вычисления теряют смысл. В современных ЭВМ естественная форма представления используется как вспомогательная и только для целых чисел.

С плавающей запятой каждое число изображается в виде двух групп цифр. Первая группа цифр называется мантиссой, вторая - порядком, причем абсолютная величина мантиссы должна быть меньше «1», а порядок - целым числом. В общем виде число в форме с плавающей запятой может быть представлено так:

где: М - мантисса числа (|М|<1);

г - порядок числа (г - целое число);

N - основание системы счисления.

Нормальная форма представления имеет огромный диапазон отображения чисел и является основной в современных ЭВМ. Знак числа обычно кодируется двоичной цифрой, при этом код «О» означает знак «+», код «1» - знак «-».

Двоично-десятичная система счисления получила большое распространение в современных ЭВМ ввиду легкости перевода в десятичную систему и обратно. Она используется там, где основное внимание уделяется не простоте технического построения машины, а удобству работы пользователя. В этой системе счисления все десятичные цифры отдельно кодируются четырьмя двоичными цифрами и таком виде записываются последовательно друг за другом (рис. 17).

При программировании иногда используется и шестнадцатеричная система счисления, перевод чисел из которой в двоичную систему счисления весьма прост -выполняется поразрядно, аналогично переводу из двоично-десятичной системы.