- •3. Тема 2. Основы построения и функционирования вычислительных машин
- •3.1. Общие принципы построения и архитектуры вычислительных машин.
- •3.2. Персональные эвм.
- •3.3. Информационно-логические основы вычислительных машин. Системы счисления.
- •3.4. Представление информации в эвм. Арифметические и логические основы эвм.
- •4. Тема з. Функциональная и структурная организация эвм.
- •4.1. Общие принципы функциональной и структурной организации эвм.
- •4.2. Центральный процессор.
- •4 3. Основная память.
- •4.4. Периферийные устройства
- •4.4.1. Внешние зу
- •4.4.2. Устройства ввода-вывода,
- •4.5. Внешние устройства. Программное обеспечение
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: аi - 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.