- •Теоретические вопросы: Вопрос № 1 Состав электронно-вычислительных машин. Структурная схема. Назначение узлов и блоков эвм. Характеристики эвм.
- •Вопрос № 2 Интерфейсы пэвм ibm классификация интерфейсов. Дать определение шин. Охарактеризовать шины в зависимости от их назначения, разрядности и направленности.
- •Вопрос № 4 Структурная схема материнской платы пэвм «Агат». Назначение узлов и блоков. Характеристика интерфейса.
- •Встроенный интерфейс ввода-вывода
- •Назначение узлов и блоков
- •Принцип работы
- •Технические характеристики
- •Вопрос № 5 Управление вычислительным процессам в эвм. Взаимодействие устройств эвм. Характеристика машинных команд.
- •Вопрос № 6 Составить схему асинхронного триггера r-s типа. Пояснить принцип ее действия в зависимости от состояния входных сигналов. Привести условное обозначение триггера r-s типа.
- •Р исунок 3. Электрическая схема, временные диаграммы и условное графическое обозначение однотактного асинхронного триггера построенного на логических элементах и-не.
- •Вопрос № 7 Структура машинных команд эвм. Назначение составляющих машинных команд. Характеристика одноадресных и двухадресных команд. Алгоритм работы процессора при их обработке.
- •Вопрос № 8 Рассказать о системах счисления. Дать определение основания систем счисления. Правила перевода из одной системы счисления в другую. Перечислить достоинства и недостатки.
- •Вопрос № 9 Адресация информации и обработка адресов в эвм. Непосредственная, прямая регистровая, косвенная, индексная, относительная, адресация.
- •Вопрос №15. Устройство управления эвм. Структурная схема. Назначение узлов.
- •Вопрос №19. Арифметико-логическое устройство эвм. Обобщенная структурная схема алу. Классификация алу.
- •Вопрос №21. Операционный блок для сложения и вычитания двоичных чисел с фиксированной точкой. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операций сложения и вычитания.
- •Вопрос №22. Оперативные запоминающие устройства на основе интегральных схем. Условное обозначение и структурная схема зу, организация поиска информации.
- •Вопрос №23. Операционный блок для умножения двоичных чисел с фиксированной точкой. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операции умножения.
- •Вопрос №24. Структурная схема материнской платы ibm pc. Назначение узлов и блоков, принцип действия.
- •Вопрос №25. Операционный блок для деления двоичных чисел с фиксированной точкой без восстановления остатка. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операции деления.
- •Вопрос №26. Схема управления режимами работы в пэвм «Агат». Назначение узлов и блоков, схемы, принцип действия.
- •Вопрос №27. Операционный блок для деления двоичных чисел с фиксированной точкой с восстановлением остатка. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операции деления.
- •Вопрос №28. Статическая и динамическая память. Основное назначение сверхоперативного запоминающего устройства и кэш памяти. Характеристика кэш памяти.
- •Вопрос №29. Операционный блок десятичного сумматора. Структурная схема. Назначение узлов и блоков. Последовательность микроопераций при выполнении схемой алгоритма сложения и вычитания чисел.
- •Вопрос №30. Система прерываний микропроцессора. Алгоритм работы микропроцессора при обработки сигналов маскируемого и немаскируемого прерываний.
- •Вопрос №31. Структура операционных блоков для операций над двоичными числами с плавающей точкой. Структурная схема операционного блока выравнивания порядков двоичных чисел с плавающей точкой.
- •Вопрос №32. Микропроцессоры. Адресация и структура команд. Назначение регистров общего назначения и специальных регистров.
- •Вопрос№33. Дополнительный код положительных и отрицательных чисел. С какой целью он используется в эвм. Представление чисел в эвм с фиксированной точкой и плавающей точкой.
- •Вопрос№34. Архитектура современных пэвм. Логическая структура. Назначение узлов и блоков. Характеристика внутреннего и внешнего интерфейса.
- •Вопрос№35. Взаимодействие процессора и запоминающего устройства в процессе выполнения программы. Рассмотреть различные варианты машинных команд
- •Вопрос№37 Персональная эвм. Логическая структура. Назначение узлов и блоков. Характеристика внутреннего и внешнего интерфейса.
- •Вопрос №38. Правила перевода целых и дробных чисел из 10-й системы счисления в 2-ю, 8-ю, 16-ю и из 2-й, 8-й, 16-й в 10-ю систему счисления.
- •Вопрос №39. Поколения эвм. Идентичность и различие эвм всех поколений. Основные характеристики и особенности каждого поколения.
- •Вопрос№40. Распределение адресного пространства пэвм «агат» по функциональному назначению. Алгоритм работы процессора после включения питания.
- •Вопрос№42. Схемное и микропрограммное управление по эвм. Характеристики, достоинства и недостатки схемного и микропрограммного управления.
- •Вопрос№48. Архитектура процессоров, разработанных с использованием суперскалярной технологии. Алгоритм выполнения процессором двух команд одновреммено.
Вопрос №32. Микропроцессоры. Адресация и структура команд. Назначение регистров общего назначения и специальных регистров.
Прямая регистровая адресация. При этой адресации процессор обращается к внутренней памяти процессора.
Прямая адресация. Эта адресация используется при непосредственном обращении процессора к оперативной памяти. В адресной части команды указывается адрес оперативной памяти.
Непосредственная адресация. При непосредственной адресации в адресной части команды находится сам операнд, с которым будут производиться действия.
Косвенная регистровая адресация. При этой адресации процессор обращается в ячейку внутренней памяти, в которой он находит не сам операнд, а еще один адрес, по которому находится операнд.
Косвенная адресация ОП. Выполняется аналогично косвенной регистровой, но процессор обращается не к внутренней памяти, а к оперативной, находя в ней адрес ячейки содержащей операнд.
Относительная адресация. Эта адресация используется при обращении к части оперативной памяти. В ОП выделяется часть и называется виртуальной памятью. Адрес нулевой ячейки виртуальной памяти находится во внутренней памяти процессора. При обращении в виртуальную память в команде указывают адрес базового регистра (регистра внутренней памяти, который хранит адрес нулевой ячейки виртуальной памяти) и смещение (адрес, какой либо ячейки виртуальной памяти). Действительный адрес ОП получается при сложении адреса базы и смещения.
У каждой ЭВМ своя структура команд.
Размер операционной части команды зависит от особенностей процессора. Размер адресной части команды зависит от емкости памяти. Операционная часть команды делится на 2 части – код операции и признак адресации. В коде операции указывается какую операцию необходимо производить процессору. В признаке адресации указывался признак адресации. В адресной части указывались адреса команд или операндов.
Вопрос№33. Дополнительный код положительных и отрицательных чисел. С какой целью он используется в эвм. Представление чисел в эвм с фиксированной точкой и плавающей точкой.
При размещении обрабатываемой информации в ЭВМ следует учитывать необходимость контроля ее обработки и адресации в ячейки ОП. Это вызывает определенные требования к организации разрядной сетки ЭВМ. Под разрядной сеткой ЭВМ понимают количество разрядов, необходимых для размещения в ячейках оперативной памяти полного машинного слова. Для каждого типа ЭВМ она имеет строго определенное количество разрядов.
В ЭВМ используют две формы представления чисел в разрядной сетке: с фиксированной и плавающей запятой.
Представление чисел с фиксированной запятой.
Число с фиксированной запятой — естественная форма представления числа, когда положение запятой в разрядной сетке строго фиксируется. Обычно она фиксируется перед старшим или после младшего разрядов. Если запятая фиксируется перед старшим разрядом, то числа в ЭВМ представляются как правильные дроби; если после младшего — как целые числа. ЭВМ, в которых используется такая форма записи чисел, называют машинами с фиксированной запятой. На рис. 1.4, а приведена разрядная сетка ЭВМ для представления чисел с фиксированной запятой перед старшим разрядом. Разряды такой сетки нумеруются слева направо, начиная с нулевого, который называется знаковым разрядом. В этом разряде 0 соответствует плюсу, а 1 -минусу на разрядной сетке указан вес каждого разряда. Максимальное машинное число по абсолютной величине, т. е. без учета знака, равно
где n - количество разрядов числа.
Минимальное, отличное от нуля машинное число
Диапазон чисел всех возможных величин в данном случае определяется неравенством: 2-n <|Х|<:(1—2 -n).
Среди команд ЭВМ есть такие, когда операция с фиксированной запятой производится не только над числами, но и над адресами. В этом случае операнд интерпретируется как двоичное число без знака. Диапазон представления чисел без знака в два раза больше, чем со знаком в разряд - ной сетке ЭВМ.
Работа ЭВМ в режиме с фиксированной запятой используется в основном для управления технологическими процессами и обработки информации в реальном масштабе времени. При выполнении операций над двоичными числа - ми с фиксированной запятой основным операндом в ЕС ЭВМ является 32-разрядное, в 16-разрядных мини - и микроЭВМ—16-разрядное, а в 8-разрядных микроЭВМ— 8-разрядное слово. В ЕС ЭВМ могут использоваться операнды длиной в полуслово, а произведения и делимые — длиной в двойное слово.
Десятичные числа в ЭВМ представляются только в естественной форме. Десятичные числа кодируются тетрадами в коде 8-4-2-1 и используются два формата для их представления: упакованный (уплотненный) и распакованный (зонный). В упакованном формате в одном байте размещаются две десятичные цифры. Код знака размещается в правых четырех разрядах младшего байта (рис. 1.5, а). В распакованном формате младшие четыре разряда байта заняты цифрой, а остальные разряды содержат служебный символ (зону). В младший байт записываются код знака и код младшей десятичной цифры (рис. 1.5,6).
Десятичные числа вводятся обычно в распакованном формате, а при выполнении операций переводятся по специальной программе в упакованный формат; при выводе из ЭВМ десятичные числа вновь преобразуются в распакованный формат по специальной программе.
Упакованный формат представления десятичных чисел позволяет эффективно использовать ОП, уменьшить процесс выполнения арифметических операций и ускорить процесс обмена информацией между ОП и периферийными устройствами.
Представление чисел с плавающей запятой. Оно основывается на изображении чисел в полулогарифмической форме А = ±р, ±М, соответствующей записи чисел в нормальной форме, A—d±p* (±M), где р — целое число, называемое порядком числа Л; d — основание системы счисления; М — мантисса числа А (обычно |М|<1).
Фактически положение запятой в мантиссе М определяется величиной порядка р. С изменением р в большую или меньшую сторону запятая соответственно перемещается влево или вправо, т. е. «плавает» в изображении числа.
Пример 1.12. Представить в форме с плавающей запятой числа (158)10 и (101101)2.
Решение. 1. (158)10=103*0,158= 104*0,0158= 105*0,00158. 2.(101101)2=2110*0,'1б1101 = 2111* 0,0101101 =21000 *0,00101101.
Числа, удовлетворяющие условию 1/d<=М<=1, называют нормализованными.
Как видно из примера, при разных порядках числа положение запятой бывает различным; поэтому ЭВМ, допускающие такую форму записи числа, относят к машинам с плавающей запятой. В их памяти числа хранятся нормализованными. В разрядной сетке ЭВМ (рис. 1.6) фиксируются знак числа, знак порядка, порядок числа и числовое выражение мантиссы.
Нормализованное представление чисел позволяет сохранять в разрядной сетке большое количество значащих цифр, что повышает точность вычислений. Обычно в ЭВМ нормализация, как при вводе чисел, так и в процессе вычислений
(после выполнения очередной операции) осуществляется автоматически. При этом мантисса сдвигается влево на не-обходимое число разрядов и производится соответствующее уменьшение порядка, т. е. производится «нормализация влево». При выполнении операции сложения или вычитания нормализованных чисел с разными порядками одно из них «нормализуется» до уравнения порядков, а сумма (или разность) опять нормализуется.
В ЭВМ с плавающей запятой возможно переполнение разрядной сетки, так же как и в машине с фиксированной запятой. Например, переполнение может возникнуть при сложении нормализованных чисел с одинаковыми порядками. В этом случае появляется единица слева от запятой. Такого рода переполнение исключается сдвигом мантиссы вправо на один разряд и увеличением порядка на единицу, т. е. производится «нормализация вправо».
От количества разрядов, отводимых для хранения порядка, зависит диапазон записываемых чисел, а от количества разрядов, отводимых для мантиссы,— точность записи числа. Если под цифровые разряды мантиссы отведено n, а порядка — т разрядов, то максимальное и минимальное по абсолютной величине нормализованные двоичные числа соответственно равны:
Диапазон чисел в ЭВМ с плавающей запятой определяется неравенством
2-(2m-1)*2-1<=|A|<=2(2m-1)*(1—2--n). (1.2)
При достаточно больших п (обычно n>30) 1—2n=1 и неравенство (1.2) принимает вид
2-2m<=|A|<=2(2m-1). (1.3)
Из этого неравенства видно, что диапазон чисел зависит в основном от порядка р. Если число превышает верхний предел неравенства (1.3), то происходит переполнение разрядной сетки и ЭВМ автоматически останавливается.
Если число выйдет за нижний предел неравенства (1.3), то оно будет соответствовать машинному нулю.
Если т взято достаточно большим, то абсолютная величина А будет настолько велика, что при вычислениях для большинства задач все числа не будут выходить из диапазона чисел ЭВМ и не нужно будет прибегать к масштабным коэффициентам. Однако при этом уменьшается точность вычислений, так как увеличиваются ошибки округления и потери значности при нормализации. В целях устранения такого недостатка в современных ЭВМ предусматривается возможность перераспределения разрядов машинного слова между мантиссой и порядком программным путем.
В последних моделях ЭВМ получило распространение представление чисел с плавающей запятой с недвоичным основанием системы счисления (d=8 и d=16). Использование недвоичного основания несколько уменьшает точность вычислений при заданном числе разрядов мантиссы, но позволяет увеличить диапазон представляемых чисел в ЭВМ и ускорить выполнение некоторых операций, в частности нормализации, за счет того, что сдвиг производится сразу на несколько двоичных разрядов (при d=8 на три разряда, при d=16 на четыре разряда). Вероятность получения ненормализованных чисел входе вычислений значительно уменьшается.
В ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ при представлении чисел с плавающей запятой применяется основание d=16, и порядок числа выражается через характеристику рx — смещенные порядки, представляющие собой сумму действительного порядка р числа с учетом знака и числа 64, т. е. px=p+64.
Отрицательные и положительные действительные порядки р, увеличившись на 64, оказываются смещенными на числовой оси в положительном направлении и представляются 7-разрядными двоичными числами без знака от 0 до 127 (рис. 1.7). Так как все характеристики рx являются положительными, то это упрощает выполнение некоторых действий над ними, например исключение операций над знаками порядков.
В ЕС ЭВМ в операциях с плавающей запятой числа могут быть двух форматов фиксированной длины: короткий — в одно слово (рис. 1.8, а) и длинный — в двойное слово (рис. 1.8, б). Форматы различаются длиной мантиссы. Характеристики и мантиссы положительных и отрицательных чисел хранятся в ОП в прямом коде (рис. 1.8, в).
В некоторых мини - и микроЭВМ предусматривается возможность обрабатывать числа с плавающей запятой - Формат слова данных с плавающей запятой для 16-байтовых ЭВМ показан на рис. 1.9, а. В целях увеличения точности представления дробной части числа и диапазона представления чисел используют для представления числа с плавающей запятой два прилегающих друг к другу 16-битовых слова (рис. 1.9, б). Младшая часть мантиссы хранится в следующем, старшем по адресу 16-битовом слове.
Для выполнения операций в ЭВМ числа кодируются специальными машинными кодами. Используются прямой, дополнительный и обратный коды, позволяющие заменить операцию непосредственного вычитания операцией сложения чисел с целью упрощения АЛУ ЭВМ.
Дополнительный код. Формула для образования дополнительного кода двоичного числа А имеет вид
1.5
Пример 1.14. А=— 0,101010; Адоп=10+(—0,101010)= 1,010110.
Как видно из выражения (1.5), дополнительный код положительного числа полностью совпадает с изображением числа в прямом коде. Сравнивая отрицательное число А с его дополнительным кодом Адоп, можно вывести следующее правило: чтобы записать отрицательное число в дополнительной коде, нужно в знаковом разряде этого числа поставить единицу, а во всех числовых разрядах нули заменить единицами, а единицы — нулями и к полученному результату прибавить единицу младшего разряда.
Пример 1.15. Записать двоичное число А=-0,0101 в дополнительном коде.
Адоп = 1,1010+0,0001 = 1,1011.
Чтобы преобразовать дополнительный код отрицательного числа в прямой код, необходимо в числовых разрядах этого числа заменить нули на единицы, а единицы на нули и прибавить к полученному результату единицу младшего разряда.
Пример 1.16. Преобразовать дополнительный код Адоп= 1,1011 отрицательного числа в прямой код.
Апр = 1,0100+0,0001 =1,0101.
В дополнительном коде отрицательный нуль отсутствует.