Файл: В россии в xvixvii веках появилось намного более передовое изобретение.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 285
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
А называется тождественно ложной или противоречивой, если она равна 0 при всех значениях входящих в нее переменных.
Формула алгебры логики является функцией входящих в нее элементарных высказываний, ее аргументы принимают два значения 0 и 1, при этом значение формулы может быть равно 0 или 1.
Функцией алгебры логики п переменных (или функцией Буля) называется функция п логических переменных, то есть функцией алгебры логики f(х1,х2,...,хп) от п переменных х1,х2,...,хпназывается функция, при мающая значения 0,1, аргументы которой также принимают значения 0, 1.
Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ.
При построении функциональных узлов компьютерных систем используются элементы, которые реализуют базовую систему логических функций. Мы уже знаем, что любую достаточно сложную логическую функцию можно реализовать, имея относительно простой набор базовых логических операций. Первоначально этот тезис был технически реализован “один к одному”: были разработаны и выпускались микросхемы, соответствующие основным логическим действиям.
Потребитель, комбинируя имеющиеся в его распоряжении элементы, мог получить схему с реализацией необходимой логики. Базовый логический элемент компьютера— это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию. Ноль изображается на диаграммах низким значением сигнала, а единица — высоким.
Кроме приведенных используются еще несколько простейших логических элементов: И - НЕ, ИЛИ - НЕ и операция исключающего ИЛИ. Схема И - НЕ состоит из элемента И и инвертора (НЕ), реализующего операцию отрицания. Связь между выходом у и входами х1и х2схемы записывается следующим образом:
и читается "инверсия х1и х2".
Таблица 3.1. Таблица 3.2 Таблица 3.3.
Истинности истинности истинности элемента
элемента И – НЕ элемента ИЛИ – НЕ исключающее ИЛИ
Функциональные узлы компьютерных систем
Основой ячейки памяти является функциональное устройство, которое может хранить бит информации сколь угодно долго и по команде может принять или выдать этот бит.
Такие устройства называются триггерами.
Термин "триггер" происходит от английского слова trigger— защелка, спусковой крючок. Триггер собирается из четырех логических элементов: два элемента "логическое НЕ" и два элемента "логическое И-НЕ ".
Самый распространенный тип триггера — так называемый RS –триггер (S и Rсоответственно от английских слов set— установка и reset— сброс).
Он имеет два симметричных входа S и Rи два симметричных выхода Q и
Рис. 3.2.. RS - триггер: а — в состоянии хранения бита информации; б — запись в триггер единицы
Схема, приведенная на рис.3.2. а, поддерживает значение бита, равное нулю. S = 0 и R= 0 — входных сигналов нет. Тогда на входы элементов D3 и D4 , связанные с S и R, будет подана 1 и их выходной сигнал будет зависеть от сигналов на противоположных входах. Единица на выходе элемента D4 и единица на выходе элемента D1 поддерживают состояние выхода элемента D3 в состоянии нуля. В свою очередь ноль на выходе элемента D3поддерживает единицу на выходе элемента D4. Такое состояние может поддерживаться триггером бесконечно долго.
Таблица 3.4..Таблица истинности триггера
Для записи в триггер единицы подадим на вход S единицу (рис. 3.4. б). На выходе элемента D1 получим ноль, который обеспечит на выходе элемента D3 единицу. С выхода элемента D3 единица поступит на вход элемента D4 , на выходе которого значение изменится на ноль. Этот ноль на входе элемента D3 будет поддерживать сигнал на его выходе в состоянии единицы. Теперь можно снять единичный сигнал на входе S , на выходе элемента D3все равно будет поддерживаться единица, т. е. триггер сохраняет записанную в него единицу.
Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта соответственно 8 ×210 =8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы таких устройств. Триггер служит основой для построения функциональных узлов, способных хранить числа, осуществлять их передачу, а также выполнять с ними некоторые специальные операции. Такие функциональные узлы называются регистрами.
Регистр—это набор триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Кроме того, в состав регистра входят схемы управления его работой. Рассмотрим схему п- разрядного регистра хранения с синхронной записью и чтением (рис. 3.3). Этот регистр хранения содержит п триггеров, образующих п разрядов. Перед записью информации регистр обнуляется подачей единичного сигнала на вход "Сброс". Запись информации в регистр производится синхронно подачей единичного сигнала на вход "Запись". На тех входах х1 ,х2,...,хп, где присутствует единичный сигнал, произойдет запись единицы. Чтение из регистра также происходит синхронно подачей сигнала на вход “Чтение”
Рис. 3.3. n – разрядный регистр
На основе регистров выполнены устройства, производящие основные логические и арифметические операции над числовыми данными. Такие устройства называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения' двух целых чисел. Остальные операции- реализуются с помощью представления чисел в специальном дополнительном коде.
Архитектура ЭВМ
То общее, что есть в строении ЭВМ, относят к понятию архитектуры. Это приводит к тому, что все машины одного семейства, независимо от фирмы производителя, способны выполнить одну и ту же программу. К архитектуре ЭВМ относят следующие общие принципы построения ЭВМ:
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1946 году коллективом авторов во главе с фон Нейманом в статье "Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства".
Принцип хранимой программы содержит несколько принципиальных идей.
Компьютеры, построенные на основе перечисленных принципов, относятся к типу фон-неймановских. Однако существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счётчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя.
Согласно принципам фон Неймана схему устройства ЭВМ можно изобразить так, как показано на рис. 3.4. По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы.
Рис. 3.4. Фон-неймановская архитектура ЭВМ
Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т. д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов.
Для лучшего понимания принципа работы каждого узла и компьютера в целом вводится понятие уровней представления компьютера.
Процессоры, каналы ввода-вывода, режим работы и периферийные устройства ЭВМ
Процессоры
Центральный процессор - функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС.
Центральный процессор в общем случае содержит:
Формула алгебры логики является функцией входящих в нее элементарных высказываний, ее аргументы принимают два значения 0 и 1, при этом значение формулы может быть равно 0 или 1.
Функцией алгебры логики п переменных (или функцией Буля) называется функция п логических переменных, то есть функцией алгебры логики f(х1,х2,...,хп) от п переменных х1,х2,...,хпназывается функция, при мающая значения 0,1, аргументы которой также принимают значения 0, 1.
Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ.
При построении функциональных узлов компьютерных систем используются элементы, которые реализуют базовую систему логических функций. Мы уже знаем, что любую достаточно сложную логическую функцию можно реализовать, имея относительно простой набор базовых логических операций. Первоначально этот тезис был технически реализован “один к одному”: были разработаны и выпускались микросхемы, соответствующие основным логическим действиям.
Потребитель, комбинируя имеющиеся в его распоряжении элементы, мог получить схему с реализацией необходимой логики. Базовый логический элемент компьютера— это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию. Ноль изображается на диаграммах низким значением сигнала, а единица — высоким.
Кроме приведенных используются еще несколько простейших логических элементов: И - НЕ, ИЛИ - НЕ и операция исключающего ИЛИ. Схема И - НЕ состоит из элемента И и инвертора (НЕ), реализующего операцию отрицания. Связь между выходом у и входами х1и х2схемы записывается следующим образом:
и читается "инверсия х1и х2".Таблица 3.1. Таблица 3.2 Таблица 3.3.
Истинности истинности истинности элемента
элемента И – НЕ элемента ИЛИ – НЕ исключающее ИЛИ
Функциональные узлы компьютерных систем
Основой ячейки памяти является функциональное устройство, которое может хранить бит информации сколь угодно долго и по команде может принять или выдать этот бит.
Такие устройства называются триггерами.
Термин "триггер" происходит от английского слова trigger— защелка, спусковой крючок. Триггер собирается из четырех логических элементов: два элемента "логическое НЕ" и два элемента "логическое И-НЕ ".
Самый распространенный тип триггера — так называемый RS –триггер (S и Rсоответственно от английских слов set— установка и reset— сброс).
Он имеет два симметричных входа S и Rи два симметричных выхода Q и
Рис. 3.2.. RS - триггер: а — в состоянии хранения бита информации; б — запись в триггер единицы
Схема, приведенная на рис.3.2. а, поддерживает значение бита, равное нулю. S = 0 и R= 0 — входных сигналов нет. Тогда на входы элементов D3 и D4 , связанные с S и R, будет подана 1 и их выходной сигнал будет зависеть от сигналов на противоположных входах. Единица на выходе элемента D4 и единица на выходе элемента D1 поддерживают состояние выхода элемента D3 в состоянии нуля. В свою очередь ноль на выходе элемента D3поддерживает единицу на выходе элемента D4. Такое состояние может поддерживаться триггером бесконечно долго.
Таблица 3.4..Таблица истинности триггера
Для записи в триггер единицы подадим на вход S единицу (рис. 3.4. б). На выходе элемента D1 получим ноль, который обеспечит на выходе элемента D3 единицу. С выхода элемента D3 единица поступит на вход элемента D4 , на выходе которого значение изменится на ноль. Этот ноль на входе элемента D3 будет поддерживать сигнал на его выходе в состоянии единицы. Теперь можно снять единичный сигнал на входе S , на выходе элемента D3все равно будет поддерживаться единица, т. е. триггер сохраняет записанную в него единицу.
Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта соответственно 8 ×210 =8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы таких устройств. Триггер служит основой для построения функциональных узлов, способных хранить числа, осуществлять их передачу, а также выполнять с ними некоторые специальные операции. Такие функциональные узлы называются регистрами.
Регистр—это набор триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Кроме того, в состав регистра входят схемы управления его работой. Рассмотрим схему п- разрядного регистра хранения с синхронной записью и чтением (рис. 3.3). Этот регистр хранения содержит п триггеров, образующих п разрядов. Перед записью информации регистр обнуляется подачей единичного сигнала на вход "Сброс". Запись информации в регистр производится синхронно подачей единичного сигнала на вход "Запись". На тех входах х1 ,х2,...,хп, где присутствует единичный сигнал, произойдет запись единицы. Чтение из регистра также происходит синхронно подачей сигнала на вход “Чтение”
Рис. 3.3. n – разрядный регистр
На основе регистров выполнены устройства, производящие основные логические и арифметические операции над числовыми данными. Такие устройства называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения' двух целых чисел. Остальные операции- реализуются с помощью представления чисел в специальном дополнительном коде.
Архитектура ЭВМ
То общее, что есть в строении ЭВМ, относят к понятию архитектуры. Это приводит к тому, что все машины одного семейства, независимо от фирмы производителя, способны выполнить одну и ту же программу. К архитектуре ЭВМ относят следующие общие принципы построения ЭВМ:
-
структура памяти ЭВМ; -
способы доступа к памяти и внешним устройствам; -
возможность изменения конфигурации компьютера; -
система команд; -
форматы данных; -
организация интерфейса.
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1946 году коллективом авторов во главе с фон Нейманом в статье "Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства".
-
Принцип использования двоичной системы для кодирования данных. Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. -
Принцип "хранимой программы". Первоначально программа задавалась путем установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма неудобным и трудоемким занятием. Принцип хранимой программы соединяет запись самой программы и данные к ней в один двоичный код. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.
Принцип хранимой программы содержит несколько принципиальных идей.
-
Идея, программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняемых процессором автоматически в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. Поскольку команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных адресов памяти. -
Идея однородности памяти. Так как программа и данные хранятся в одной и той же памяти, то компьютер не различает, что хранится по определенному адресу памяти — число, текст или программа. Это открывает целый ряд возможностей. Во-первых, программа в процессе выполнения может также подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей. Во-вторых, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины. -
Идея адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных адресов. Процессору в произвольный момент доступен любой адрес. Это дает возможность, присваивать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. -
Принцип логического устройства ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), память, внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) и устройства ввода и вывода.
Компьютеры, построенные на основе перечисленных принципов, относятся к типу фон-неймановских. Однако существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счётчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя.
Согласно принципам фон Неймана схему устройства ЭВМ можно изобразить так, как показано на рис. 3.4. По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы.
Рис. 3.4. Фон-неймановская архитектура ЭВМ
Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т. д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов.
Для лучшего понимания принципа работы каждого узла и компьютера в целом вводится понятие уровней представления компьютера.
-
Цифровой логический уровень — уровень логических схем базовой системы элементов. -
Микроархитектурный уровень — уровень организации обработки информации внутри функционального узла. -
Командный уровень — набор функциональных узлов и связи между ни ми, система команд и данных, передаваемых между устройствами. Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня. Архитектура командного уровня называется обычно компьютерной архитектурой или компьютерной организацией.
Процессоры, каналы ввода-вывода, режим работы и периферийные устройства ЭВМ
Процессоры
Центральный процессор - функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС.
Центральный процессор в общем случае содержит:
-
арифметико-логическое устройство; -
шины данных и шины адресов; -
регистры; -
счетчики команд; -
кэш — очень быструю память малого объема; -
математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.