ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.01.2025
Просмотров: 122
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
Логические операции и элементарные логические функции.
3.Способы представления логических функций. Минимизация функций алгебры логики методом Вейча-Карно.
3. Логические элементы. Параметры логических элементов. Типы выходных каскадов.
4. Типовые комбинационные схемы. Назначение, принципы построения, примеры использования.
6.Регистры. Классификация, принципы построения, выполняемые функции, примеры использования.
7. Счётчики: назначение, классификация, принципы построения, примеры использования
8. Полупроводниковая память: назначение, классификация. Принципы построения адресных зу.
9. Принцип работы эвм. Классификация мп. Программная модель мп Intel 8086. Сегментация памяти
10. Система памяти эвм. Особенности памяти типа стек. Назначение и принцип действия кэш-памяти.
11. Система команд универсального микропроцессора.
13.Организация взаимодействия человека оператора с вычислительной системой.
14. Видеосистемы пк типа ibm pc. Устройство и характеристики мониторов.
15. Виды обмена с внешними устройствами.
16.Внешний интерфейс. Примеры реализации
18. Микроконтроллеры: назначение, особенности архитектуры. Типовые периферийные устройства.
1.Представление информации в ЦВМ и ВС
Информация – это сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами для обеспечения целенаправленной деятельности. Информация: числовая, текстовая, графическая, звуковая, видео и др.Существуют методы оценки количества информации. Классическим является подход, использующий формулу Шеннона: H=log2N H-количество информации, N- количество равновероятностных альтернативных состояния объекта. Все виды информации представляются двоичными кодами и имеют определенные правила кодирования. Коды различных значений, относящихся к различным видам информации могут совпадать .В этом случае интерпретация кодированного значения выполняется программистом по контексту выполнения команд программы.
Представление чисел.
Используется две формы представления: естественная и нормальная. Каждая из форм имеет несколько форматов, в основном отличающихся длиной полей. Естественная форма жестко определяет положение точки в числе, как правило, точка расположена правее младшей значащей цифры. В этом случае имеем дело с чисто целым числом, и второй случай – левее старшей значащей цифры (чисто дробное число). Возможно и смешанное представление. Диапазон представления целых чисел без знака: 0≤Nцфт≤2n-1. Диапазон дробных чисел:2-n≤Nдфт≤1-2-n. Для кодирования знака числа используется старший разряд. Положительное число кодируется 0, отрицательное число кодируется 1.
Integer Byte – целое число со знаком, длиной 1 байт. знак__7.___6.___ модуль_________0.Word (2байта), Double Word (4б), Quad Word (8б). Имеется 4 беззнаковых формата: Unsigned Byte (1б), Unsigned word (2б), Unsigned Double Word (4 б), Unsigned Quad Word (8б).
Достоинства: Простота и наглядность представления чисел. Простота реализации операций над числами в естественной форме. Простота операционных устройств
Недостатки: Ограниченный диапазон представимых значений. Для таких чисел возможна ситуация переполнения.
От этих недостатков свободна нормальная форма представления чисел, записываемая в следующем виде: x=±mx*q±px, где mx- мантисса, px- порядок. 16б-Short Int, 32- Integer, Long Int.
Числа с плавающей точкой – положение точки в числе определяется значением порядка, а точность определяется порядком мантиссы. 39.128*10-1=391.28*100=0.39128*103
Существуют
различные варианты нормализации:2.
В состав современных микропроцессоров для выполнения операций над числами с плавающей точкой входят устройства (сопроцессоры) или дополнительные устройства для выполнения операций над числами с плавающей точкой.
Формат любого числа с плавающей точкой (или вещественного числа):
.знак_. характеристика_._мантисса_.
Форматы: Длины полей:
Single (4 б) h – 8 бит m – 23 бит
Double Precession (8 б) h – 11 бит m – 52 бит
Extended (10 б) h – 15 бит m – 64 бит
Для двоичной позиционной системы счисления в случае нормализации по 2 mx=1.XXX, этот факт позволяет исключить один бит из кода мантиссы с согласованным изменением алгоритма операции. В результате точность представления повышается на 1б. Этот прием используется в сопроцессорах в форматах Single и Double Precession. Для упрощения операций над порядками, обычный порядок, который представляет целое число со знаком, заменяют смещенным порядком.
,
np-
длина поля порядка
Формат Single: порядок представления b числом: np=8 Δ=27-1=127 Px=-1,0,+1 P’x=126d P’x=127d P’x=128d P’x=01111110b P’x=01111111b P’x=10000000b
С введением характеристики: Все значения характеристики >0, P’x>0. 1 в старшем разряде означает, что порядок положительный
X=9.625d=1001.101b=1.001101*2+3
. 31. 30._____23.22___0.
P’x=01111111+00000011=100000010b
0.11000010.001101000..0.
Single : 10-38…10+38
Double Precession : 10-308…10+308
Extended: 10-4932…10+4932
0..232-1= ~ 4*109 - снижается точность представления.
В современных ЭВМ, кроме рассмотренных форм используется двоично-десятичное представление, в котором каждая двоично-десятичная цифра заменяется своим двоичным эквивалентом. Эта форма введена для удобства обработки десятичных чисел. Поддержка BCD кодирования упрощает вв/вывод кодов; и позволяет достичь для некоторых классов задач требуемую точность вычисления.
Представление двоично-десятичных чисел: 2 формата: Unpacked (64р), Packed (32р)
Для Unpacked младшая десятичная цифра в младшем разряде – тетрада:
12967504
0000.0001.0000.0010.0000.1001.0000.0110.0000.0111.0000.0101.0000.0000.0000.0100.
Неупакованный.
0001.0010.1001.0110.0111.0101.0000.0100
Упакованный
Вещественные числа представляются в нормальном формате.
Представление символьной информации.
Char, String, Pchar – нультерминальные строки.
Совокупность всех символов, используемых в системе, называется алфавитом. Длина в 1 байт- 256 различных символов. Примеры кодирования символов: ASCII, ANSI, CP866, WIN1251. Младшие 128 кодов составляют аппаратную часть таблицы, и они не меняются, в этой части находятся управляющие коды, коды цифр, латинского алфавита, псевдографики. Старшая часть – программируемая часть кодовой страницы и содержит коды символов национальных алфавитов. Символьный вид универсальный, им можно представить даже цифровую информацию. Этап ввода можно разделить на две стадии: На первой выполняется ввод кода клавиши. А на второй – по коду клавиши формируется код символа. При нажатии клавиши формируется Scan-код клавиши (аппаратный номер). На втором этапе, Scan-код клавиши преобразуется в код символа с использованием таблицы кодирования (трансляции). Описание изображения каждого символа хранится в видео памяти вычислительной системы.
Для таблицы ASCII: 30h..39h – коды символов.
Представление видео и звуковой информации
Преобразование звуковой информации: сначала используется устройство преобразования звуковой информации в электрический сигнал, а на втором этапе подвергается аналоговому преобразованию, и в результате получаем цифровые коды. Потеря информации на этапе превращения звуковой информации в цифровые коды зависит от частоты дискретизации и разрядности квантования fдз≥2fвз fвз – наивысшая частота в спектре звукового сигнала. N=32 разрядные. Звуковой сигнал должен обрабатываться в реальном масштабе времени (темпе приема). По скорости изменения делят на квазистатическую (числовую, символьную, графическую) и динамическую (звуковая, видео). Для обработки звуковой информации используют звуковую карту. Для воспроизведения звуковой информации необходимо произвести преобразование цифровых кодов, а затем электрический сигнал проводят в акустическую систему. Звуковая карта оцифровывает информацию, обрабатывает ее, затем превращает в аналоговый сигнал и усиливает его; микширование, эквалайзер, усиление громкости, подключение джойстика и музыкальной клавиатуры. Сигнальные (медийные) процессы – обрабатывают информацию в реальном времени.
Принцип обработки видеоинформации аналогичен принципу обработки звуковой информации. Для преобразования оптического изображения в звуковой сигнал используют специальное устройство: опто-электрический преобразователь (ПЗС – матрица, передающие телевизионные трубки). В конечном итоге цифровое изображение попадает в память видеоадаптера (RAMDAC) и затем создается оптическое изображение на экране монитора. Видео информация – динамическая. Основное отличие – видеоинформация значительно более быстро меняется. Ширина спектра: 10..100МГц. По способу формирования видеоизображения: растровое, матричное, векторное. Растровое – аналоговое – в телевидении. Матричный – изображение представляется в виде точек (пиксель – picture element). Каждый пиксель может иметь один из разрешенных цветов. В качестве характеристики графической информации выступает цвет и координаты пикселя. Векторное – состоит из отрезков линий. Для каждой линии хранится ее математическое описание. В памяти видеоадаптера изображение хранится в матричном виде, что позволяет перевести векторное изображение в матричное при выводе на монитор. Векторное изображение хорошо масштабируется. Как и звуковая, видеоинформация может быть синтезирована ЭВМ, ошибки с вводом отсутствуют. Для хранения необходимы большие объемы памяти => подвергаются сжатию при передаче по каналам связи => перед воспроизведением выполняется обратная функция.
Арифметические основы ЭВМ
Представление чисел в естественной форме называется прямым кодом числа. Прямые коды чисел не используются в ЭВМ по следующим причинам: 1.Алгоритм выполнения арифметических операций зависит от знака чисел. 2.Знаки и модули чисел должны обрабатываться раздельно. Для преодоления этих недостатков используются обратные и дополнительные коды. Обратный код образуется по следующему правилу: 1Обратный код положительного числа совпадает с его прямым кодом. 2.Обратный код отрицательного числа образуется следующим образом: знаковый разряд 1, а разряды модуля числа инвертируются. Обратный код обладает след. свойствами: 1. сложение положительного числа с отрицательным значением дает все 1 (1:1111111 1-машинная единица обратного кода), 2. нуль в обратном коде имеет двоякое представление ( положительный – 0:000000, отрицательный – 1:111111), 3.дополнительный код отрицательного числа – знак 1 0 модуль числа формируется путем добавления 1 к обратному коду в младшем разряде. Свойства дополнительного кода: 1. сложение – и – дает 10:0000 – машинная единица дополнительного кода, 2. единственное представление нуля.
Число |
Код числа |
||
прямой |
обратный |
дополнительный |
|
2 |
0:010 |
0:010 |
0:010 |
1 |
0:001 |
0:001 |
0:001 |
+0 |
0:000 |
0:000 |
0:000 |
-0 |
1:000 |
1:111 |
10:000 |
-1 |
1:001 |
1:110 |
1:111 |
-2 |
1:010 |
1:101 |
1:110 |
-3 |
1:011 |
1:100 |
1:101 |
-4 |
1:100 |
1:011 |
1:100 |
-5 |
1:101 |
1:010 |
1:011 |
-6 |
1:110 |
1:001 |
1:010 |
-7 |
1:111 |
1:000 |
1:001 |
-8 |
- |
- |
1:000 |
В ЭВМ в операциях сложения со знаком используется дополнительный код по след. причинам: 1. Единственное представление нуля. 2. при использовании дополнительного кода упрощается аппаратная реализация сумматора. 3. Использование дополнительного кода позволяет легко определить знак результата и наличие переполнения.
Обратный код используется для нормирования дополнительного кода. 00-плюс, 11-минус. Такое кодирование называется модифицированным знаком. Такой код автоматически обнаруживает переполнение, если код знака 01- положительное переполнение, если 10 – отрицательное.
Основной код используется для хранения чисел, дополнительный для выполнения операций над мантиссами.
2.Математическое описание цифровых устройств
ОСНОВЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ
Алгебра логики или алгебра высказываний разработана Джорджем Булем в 1854 г. Отсюда второе название "Булева алгебра". Логическая функция – закон соответствия между логическими переменными (функция дискретная). Логическая переменная либо есть, либо ее нет. Логическая функция может иметь произвольное число логических переменных. Область определения насчитывает 2n значений, где n – количество переменных. Таблица истинности логической функции устанавливает соответствия между возможными наборами значений логических переменных и значениями логической функций (табличный метод задания логической функции). Любая логическая функция представляется через элементарны логические функции. Эта алгебра оперирует двумя понятиями – ложь и правда. Для технических целей удобно заменить ложь=0, правда=1. Тогда будем оперировать двумя символами 0 и 1. Если в обычной алгебре буквами A, B, C…X, Y, Z обозначаются произвольные числа, то в булевой алгебре их всего два. Над этими числами производятся не арифметические, а логические операции.