Міністерство освіти і науки України

Національний університет „Львівська політехніка”

Кафедра СКС

Звіт

з лабораторної роботи №1

з дисципліни: “Організація та функціонування комп’ютерів”

на тему:

“Ознайомлення з організацією навчального комп’ютера - симулятора DeComp”

Виконав: ст. гр. КІ-16

Фреїшин С.І.

Прийняв: ст. викл.

Кудрявцев О.Т.

Львів -2012

Лабораторна робота № 1

Тема: “Ознайомлення з організацією навчального комп’ютера - симулятора DeComp”

Мета:

1. Вивчити організацію навчального комп’ютера – симулятора DeComp, призначення окремих блоків і можливості їх використання;

2. Засвоїти порядок уведення інформації в регістри та пам’ять симулятора навчального комп’ютера, навчитися вводити і запускати найпростішу програму.

3. Вивчити теоретичні основи побудови систем числення, які використовуються у комп’ютерах;

4. Засвоїти порядок використання двійкової системи числення.

Теоретичні відомості:

1. Загальні поняття про системи числення

Система числення - це сукупність прийомів та правил для зображення чисел за допомогою цифрових символів (цифр), що мають визначені кількісні значення (числовий еквівалент).

У загальному випадку, в довільній системі числення, запис числа називається кодом і у скороченому вигляді може бути відображений таким чином:

A= a_na_n-1...a₂a₁a₀

Окрему позицію запису числа називають розрядом, а номер позиції n – номером розряду. Кількість розрядів запису числа називається розрядністю числа.

Позиційна система числення - це така система, в якій значення символу (числовий еквівалент) залежить від його положення в записі числа. Будь-яка позиційна система числення характеризується основою.

Основа (або базис) d натуральної позиційної системи числення - це впорядкована послідовність кінцевого набору знаків або символів, які використовуються для зображення числа у данній систем, у якій значення кожного символу залежить від його позиції (розряду) у зображенні числа.

Однорідна позиційна система числення - це така позиційна система числення, в якій є одна основа d, а вага i-го розряду дорівнює p ⁱ.

Вага розряду p ⁱ числа у позиційній системі числення – це відношення

P ⁱ = d ⁱ / d ⁰ = d ⁱ

де i - номер розряду справа наліво, а d ⁰ це перший розряд ліворуч від коми і його номер дорівнює 0, а значення дорівнює 1.

Кожне число у позиційній системі числення з основою d може бути записане у вигляді дискретної суми степенів основи системи з відповідними коефіцієнтами. Таку форму ще називають розгорнутою або повною:

(1)

де: A_d – довільне число у системі числення з основою d;

– коефіцієнти ряду або цифри системи числення;

i = (n, n-1, n-2, …, 1, 0, -1, …, -m+1, -m) – номер розряду цілої (n) або дробової (-m) частини числа.

У сучасних комп’ютерних системах найбільше застосовуються позиційні системи числення. В універсальних цифрових комп’ютерах використовуються тільки позиційні системи числення, а у спеціалізованих комп’ютерах використовуються такі системи числення (в тому числі і не позиційні), які дозволяють значно спростити апаратуру процесора, зображення чисел і операції над ними для обчислення вузького класу задач.

2. Позиційні системи числення, які застосовуться у комп’ютерах

1. Двійкова система числення

З точки зору технічної реалізації найкращою є двійкова система числення, тому що двохпозиційні елементи різної фізичної природи легко реалізуються. Крім того, у процесах з двома стійкими станами різниця між цими станами має якісний, а не кількісний характер, що забезпечує надійну реалізацію двійкових цифр. Двійкова система числення у комп’ютерах є основною, у якій здійснюються арифметичні і логічні перетворення інформації у пристроях комп’ютера. Вона має тільки дві цифри: 0 і 1, а всяке двійкове число зображається у вигляді комбінації нулів і одиниць. Кожний розряд числа у двійковій системі числення ліворуч від коми подається двійкою у відповідній додатний степені, а праворуч від коми – двійкою у від’ємній степені.

До недоліків двійкової системи числення можна віднести:

1. Значно більша, порівняно з іншими системами числення, кількість розрядів, які необхідні для подання однакових за абсолютною величиною чисел.

2. Необхідність переведення вхідних даних з десяткової системи до двійкової і вихідних – з двійкової до десяткової.

2. Вісімкова система числення

Вісімкова система числення має основу d = 8 i можливі значення розрядів α_i = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Число вісім, яке дорівнює основі системи числення, записується двома цифрами у вигляді 10. Запис команд і даних програми у вісімковій системі числення у три рази коротше, ніж у двійковій.

3. Шістнадцяткова система числення

Шістнадцяткова система числення має основу d = 16 і α_i = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Для запису чисел у системі числення з основою, більше ніж 10, арабських цифр виявляється недостатньо і доводиться додатково вводити символи, що однозначно подають цифри від 10 до 15. У даній системі числення застосовують великі латинські символи для позначення цифр від 10 до 15.

3. Переведення чисел з однієї позиційної системи числення до іншої

   1. Переведення цілих чисел

Правило переведення цілого числа з однієї системи числення до іншої:

Число послідовно ділять на основу нової системи числення, записаної у початковій системі числення, до отримання частки, що дорівнює нулю. Число у новій системі числення записується як послідовність залишків від ділення, починаючи з останнього залишку. Операцію ділення виконують у початковій системі числення, тому її зручно використовувати при переведенні десяткових чисел до інших систем числення.

2. Переведення правильного дробу

Правило переведення правильного дробу з однієї системи числення до іншої:

Правильний дріб послідовно множать на основу нової системи числення, записаної в початковій системі числення. У процесі множення приймають участь тільки дробові частини проміжних добутків, тобто їх ціла частина ігнорується, але не відкидається. Операцію множення виконують в початковій системі числення, тому це правило переважно використовують при переведенні десяткових дробів до інших систем числення. Правильний дріб у новій системі числення записується як послідовність цілих частин добутків, отриманих від множення, починаючи з першого.

Процес переведення закінчується, коли проміжний добуток дорівнює 0 у всіх розрядах або досягнута необхідна точність, тобто отримана необхідна кількість розрядів результату після коми.

3. Особливості переведення вісімкових і шістнадцяткових чисел до двійкової системи числення і навпаки

• Будь-яке однорозрядне вісімкове число можна записати у вигляді трьохрозрядного двійкового;

• Будь-яке трьохрозрядне двійкове число можна записати у вигляді однорозрядного вісімкового.

Такий самий висновок можна зробити і для шістнадцяткових чисел від 0₁₆ до 15₁₆, але у двійкових числах треба розглядати чотири розряди. Група з трьох двійкових розрядів називається тріада, а з чотирьох двійкових розрядів – тетрада. На підставі цих положень можна стверджувати, що:

1. Для переведення вісімкових чисел до двійкової системи числення необхідно кожну вісімкову цифру замінити еквівалентною їй двійковою тріадою (для шістнадцяткових чисел – тетрадою).

2. Для переведення двійкових чисел до вісімкової системи числення необхідно двійкове число розбити на тріади праворуч і ліворуч від коми (для шістнадцяткових чисел – на тетради). Якщо останні ліворуч і праворуч тріади (тетради) будуть неповні, їх потрібно доповнити нулями. Потім кожну двійкову тріаду (тетраду) замінити одною еквівалентною їй вісімковою (шістнадцятковою) цифрою.

4. Переведення чисел з будь-якої позиційної системи числення до десяткової системи

При необхідності переведення чисел до десяткової системи з інших систем числення, у загальному випадку використовується формула повного запису числа (1). При використанні цього способу всі арифметичні дії виконуються у тій системі числення, до якої дане число переводиться. Число записується у розгорнутій (повній) формі у своїй системі числення, але значення розрядів записуються у десятковій формі. Виконавши всі операції за правилами десяткової арифметики ми отримаємо результат у десятковій формі.

Порядок виконання лабораторної роботи № 1:

1. Вивчити теоретичні відомості до лабораторної роботи № 1.

2. Дайте відповіді на такі контрольні питання:

8)Які системи числення застосовуються у сучасних комп’ютерах?

Систем числення – це сукупність прийомів і правил для зображення чисел за допомогою цифрових символів, що мають визначені кількісні значення(числовий еквівалент).У сучасних комп’ютерних системах найбільше застосовуються позиційні системи числення. В універсальних цифрових комп’ютерах використовуються тільки позиційні системи числення, а у спеціалізованих комп’ютерах використовуються такі системи числення(в тому числі і не позиційні), які дозволяють значно спростити апаратуру процесора, зображення чисел і операції над ними для обчислення вузького класу задач.

3. Запустити програму “Симулятор навчальної ЕОМ DeComp” (файл DeComp.exe) і включити живлення на панелі навчального комп’ютера.

За допомогою набірного поля і кнопок “Занесення з набірного поля”, записати до регістрів процесора такі значення двійкових кодів:

до РА	0101 0101 0101
до РД	0011 0011 0011 0011
до А	0000 1111 0000 1111
до РІ	0000 0000 1111 1111
до ЛАІ	1010 1010 1010

Вміння виконувати вказані дії продемонструвати викладачу.

Порядок виконання:

• На панелі управління увімкнув живлення;

• З допомогою відповідних перемикачів у набірне поле ввів число 0101 0101 0101;

• Кнопкою «РА» в панелі “Занесення з набірного поля” заніс в регістр адреси пам’яті число 0101 0101 0101₂;

• У набірне поле ввів число 0011 0011 0011 0011₂;

• Кнопкою «РД» заніс його в регістр даних пам’яті;

• У набірне поле ввів число 0000 1111 0000 1111₂;

• Кнопкою «А» заніс його в акумулятор;

• У набірне поле ввів число 0000 0000 1111 1111₂;

• Кнопкою «РІ» ввів його в регістр інструкції пристою управління;

• У набірне поле ввів число 1010 1010 1010₂;

• Кнопкою «ЛАІ» заніс його в лічильник адреси інструкції.

4. За допомогою набірного поля і кнопок “Операція з пам’яттю” записати до 5-ти сусідніх комірок пам’яті з адресами 20, 21, 22, 23 та 24 числа 16, 17, 18, 19 та 20. Попередньо всі десяткові числа перевести до двійкової системи числення і результати записати у робочий зошит для подання у звіті. Вміння виконувати вказані дії продемонструвати викладачу.

Частка	Остача		Частка	Остача		Частка	Остача		Частка	Остача
16÷2=8	0		17÷2=8	1		18÷2=8	0		19÷2=8	1
8÷2=4	0		8÷2=4	0		9÷2=4	1		9÷2=4	1
4÷2=2	0		4÷2=2	0		4÷2=2	0		4÷2=2	0
2÷2=1	0		2÷2=1	0		2÷2=1	0		2÷2=1	0
1÷2=0	1		1÷2=0	1		1÷2=0	1		1÷2=0	1
1610=100002			1710=100012			1810=100102			1910=100112

Частка	Остача		Частка	Остача		Частка	Остача		Частка	Остача
20÷2=10	0		21÷2=10	1		22÷2=11	0		23÷2=11	1
10÷2=5	0		10÷2=5	0		11÷2=5	1		11÷2=5	1
5÷2=2	1		5÷2=2	1		5÷2=2	1		5÷2=2	1
2÷2=1	0		2÷2=1	0		2÷2=1	0		2÷2=1	0
1÷2=0	1		1÷2=0	1		1÷2=0	1		1÷2=0	1
2010=101002			2110=101012			2210=101102			2310=101112

Частка	Остача
24÷2=12	0
12÷2=6	0
6÷2=3	0
3÷2=1	1
1÷2=0	1
2410=110002
Частка Остача
25÷2=12 1 12÷2=6 0 6÷2=3 0 3÷2=1 1 1÷2=0 1 2510=10011 Частка Остача 30÷2=15 0 15÷2=7 1 7÷2=3 1 3÷2=1 1 1÷2=0 1 3010=011112

Порядок виконання:

• Скинувши значення набірного поля, заніс нульові значення в регістр адреси пам’яті, в регістр даних пам’яті, в акумулятор арифметико-логічного пристрою, в регістр інструкції пристрою управління і в лічильник адреси інструкції.

• В набірне поле ввів число 10100₂ (20₁₀) і заніс його в регістр адреси пам’яті.

• В набірне поле ввів число 10000₂(16₁₀) і заніс його в регістр даних пам’яті.

• Кнопкою «Запис» записав число з регістру даних пам’яті за відповідною адресою;

• На пульті управління збільшив значення адреси пам’яті на одиницю (кнопкою «+1»)

• В набірне поле ввів число 10001₂ (17₁₀) і заніс його в регістр пам’яті.

• Кнопкою «Запис» записав число з регістру даних пам’яті за відповідною адресою;

• На пульті управління збільшив значення адреси пам’яті на одиницю (кнопкою «+1»)

• В набірне поле ввів число 10010₂ (18₁₀) і заніс його в регістр пам’яті.

• Кнопкою «Запис» записав число з регістру даних пам’яті за відповідною адресою;

• На пульті управління збільшив значення адреси пам’яті на одиницю (кнопкою «+1»)

• В набірне поле ввів число 10111₂ (19₁₀) і заніс його в регістр пам’яті.

• Кнопкою «Запис» записав число з регістру даних пам’яті за відповідною адресою;

• На пульті управління збільшив значення адреси пам’яті на одиницю (кнопкою «+1»)

• В набірне поле ввів число 10100₂ (20₁₀) і заніс його в регістр пам’яті.

• Кнопкою «Запис» записав число з регістру даних пам’яті за відповідною адресою;

5. Записати у пам’ять описану нижче програму, яка додаватиме числа, що знаходяться у 10-й та 11-й комірках пам’яті, а результат запише до 12-ї комірки. Програму розмістити у оперативній пам’яті, починаючи з комірки за адресою 0 (нуль). Попередньо у 10-ту та 11-ту комірки занести числа відповідно до свого варіанту:

№ за списком	Число 1	Число 2
19	25	30

Відповідна програма у мнемонічних кодах буде мати такий вигляд:

Мнемонічний код інструкції	Дія, яку виконує інструкція
LOAD 10	завантажити (прочитати) значення числа з 10-ї комірки пам’яті до акумулятора;
ADD 11	додати до числа в акумуляторі значення числа з 11-ї комірки пам’яті і результат зберегти в акумуляторі;
STORE 12	зберегти (записати) значення числа з акумулятора до 12-ї комірки пам’яті;
HALT	зупинити роботу процесора.