Тема: Арифметические и логические основы ЭВМ

1. Системы счисления

Системы счисления — совокупность приёмов и правил изображения чисел цифровыми знаками. Системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисление значения символа не зависит от положения в числе (римская система счисления). Недостаток — громоздкость в записи чисел.

В позиционной системе значение символа зависит от ряда цифр.

Основание или базис позиционной системы счисления — количество знаков или символов, используемых для изображения числа в данной системе счисления в виде формулы:

— основание системы счисления;

— знаки системы счисления (цифры);

и — количество целых и дробных разрядов числа.

Длина числа — количество разрядов или позиций в записи числа.

Длина разрядной степени — термин, используемый для определения длины числа.

6. Способы представления чисел в ЭВМ

Числа в ЭВМ могут быть представлены в форме с фиксированной и с плавающей точкой.

В форме с фиксированной точкой в разрядной сетке выделяется строго определённое число разрядов для целой и для дробной части числа:

Для представления чисел с плавающей запятой используется следующая формула:

— мантисса числа ;

— порядок числа, целое число.

При увеличении порядка происходит сдвиг мантиссы вправо, младшие ряды могут выйти за сетку мантиссы.

Для представления чисел с плавающей запятой производится нормализованная форма записи, когда первая цифра мантиссы обязательно значимая.

Форма с фиксированной точной используется для реализации задач, где известны диапазоны чисел; велика вероятность переполнения сетки, используются для операций с двоичными кодами.

Диапазон с плавающей запятой значительно шире, но необходимо выравнивание порядков нормализации, из чего исходит бóльшая сложность и меньшее быстродействие.

7. Физическое представление информации в ЭВМ

В ЭВМ двухзначные коды представляются в виде двух различных уровней напряжения/тока или в виде импульсов. Один уровень, или наличие импульса — единица; а другой уровень, или отсутствие импульса — ноль.

В схемах ЭВМ переменные и соответствующие им сигналы изменяются не непрерывно, а только в дискретные моменты времени. Временной интервал между двумя соседними моментами дискретного времени называется такт или период представления информации.

ЭВМ содержит специальные блоки, вырабатывающие тактовые синхронизирующие импульсы — тактовые генераторы (кварцевые резонаторы).

В
современных вычислительных системах применяется потенциальный и импульсный способ представления информации.

Для непосредственной передачи двоичных слов применяют последовательный и параллельный способы.

При последовательном способе каждый временной такт используется для отображения одного разряда слова. Все разряды, которые передаются по каналу, последовательны и фиксируются одним и тем же элементом.

---

При параллельном способе все разряды двоичного кода передаются в одном временном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные каналы. Число каналов должно равняться числу разрядов.

Существует также последовательно-параллельный способ: слова разбиваются на слоги, слоги передаются последовательно, при этом каждый слог представляется параллельным кодом.

8. Логические основы ЭВМ

Для математического описания работы вычислительных устройств широко используется алгебра логики (аппарат булевых функций). Это часть математической логики, называемая исчислением высказывания. Под высказыванием понимается всякое предложение, в котором содержится смысл утверждения (то есть истинности) или отрицания (то есть ложности). Одно и то же утверждение может быть либо истинным (то есть единицей), либо ложным (то есть ноль).

1. Логические операции

Основные логические операции:

• Логическое отрицание (операция НЕ или инверсия) — если имеется высказывание А, то отрицанием высказывания будет ;

• Логическое умножение (операция И или конъюнкция);

• Логическое сложение (операция ИЛИ или дизъюнкция);

• Сложение по модулю 2 (исключающее ИЛИ).

На основе этих логических операций можно представить любое сложное логическое высказывание.

Пример:

Пусть необходимо в некотором двоичном коде сохранить значения разрядов , а остальные обратить в «0». Формируется код-маска, который имеет в выделенных разрядах «1» и выполняется поразрядная операция конъюнкции «И» над этими 2 кодами. В результате будет получен требуемый код .

---

Тема: Система команд и способы адресации в ЭВМ

1. Система команд ЭВМ

Под командой понимается совокупность сведений в виде двойных кодов необходимых процессору ЭВМ для выполнения требуемого действия:

• Сведения о типе операции (КОп);

• Адресная информация о местонахождении обрабатываемых данных (операндов);

• Адресная информация о месте хранения результатов.

Для фиксации этой информации в многоразрядном коде команды выделяются определенные разряды + поля.

Форматом команды называется оговоренная структура полей её кода, позволяющая ЭВМ распознавать составные части кода.

Множество реализуемых машинных действий образует её система команд, выбор которой определяет область и эффективность применения ЭВМ.

По функциональному назначению системы команд в ЭВМ делятся на:

• Команды передачи данных (обмен кодами между регистрами процессора);

• Команда обработки данных;

• Команды передачи управления (условного безусловного);

• Доп. команды (сброс, диагностика).

2. Способы адресации в ЭВМ

Решить проблему сокращения разрядности команды только за счет сокращения количества указываемых в команде операндов и применения регистровой памяти невозможно, поэтому используют различные способы адресации.

1. Прямая адресация

Прямая адресация — физический адрес операнда совпадает с кодом в адресной части команды.

Формальное обозначение: Операнд .

2. Непосредственная адресация

Формальное обозначение: Операндi = Аi

Преимущество	Недостаток
Быстродействие выполнения функций	Зависимость кодов команд от данных (приходится изменять программу при каждом изменении непосредственного операнда)

Недостатки	Достоинства
Большое время вычисления физического адреса операнда	Создание «перемещаемых» программ — программы, которые можно перемещать в различные части памяти ЭВМ без изменения команд программы. Можно обрабатывать информацию, расположенную в различных областях запоминающих устройств, по единому алгоритму — в этих случаях достаточно изменить содержимое базового адреса и не модифицировать сами команды.

Такой подход широко используется при составлении сложных программ и при автоматическом распределении памяти в вычислительных системах.

9. Взаимодействие узлов и устройств ЭВМ при выполнении основных команд (трёхадресная команда)

   1. Выборка исполняемой команды из ОЗУ

Для реализации данного этапа код со счётчика команд (СК), равный , необходимо передать в основное запоминающее устройство (ОЗУ), то есть обратиться в ячейку и передать на регистр команд (РК) содержимое данной ячейки (оно является кодом данной команды).

Регистр адреса (РА) служит для хранения адреса, по которому происходит обращение к ОЗУ, только на время данного обращения.

Дешифратор адреса (ДША) преобразует поступающий на него адрес в простой код, который непосредственно воспринимается микросхемами памяти ЭВМ.

---

Регистр команд (РК) предназначен для хранения в процессоре считанной из ОЗУ команды (только на время выполнения).

После приёма команды на регистр команд дешифратор кода операций (ДШКОп) на основании кода операции определяет тип команды. Сигнал с дешифратора кода операций таким образом настраивает блок управления операциями, что на его выходах формируются управляющие сигналы.

Формирование -тых происходит на основании датчиков сигнала, которые вырабатывают импульс.

Все эти компоненты составляют устройство управления процессором.

Если данная команда не является командой перехода, то реализуется следующая последовательность этапов:

---

Тема: Материнская плата

1. Материнская плата

Материнская (системная) плата — главная плата ПК, на которой размещаются все основные элементы.

Тип материнской платы (форм-фактор и чипсет) определяет общую производительность системы, возможность модернизации и подключения дополнительных устройств.

На материнской плате установлены следующие элементы:

• Центральный процессор с системой охлаждения;

• Чипсет (набор микросхем управления);

• Слоты для установки ОЗУ;

• Слот для подключения видеоконтроллера;

• Разъём для установки карт расширения PCI;

• Микросхема перепрограммирования памяти (BIOS — базовая система ввода/вывода);

• Разъёмы для подключения внешних накопителей (SATA 3);

• Аккумуляторная батарея;

• Кварцевый генератор частот (для выработки синхронизирующих импульсов).

Все компоненты материнской платы связаны друг с другом системой проводников. Эту совокупность называют информационной шиной. Линии шины делятся на три группы, в зависимости от типа передаваемых данных: линия данных, линия адреса, линия управления, линия питания.

Шины ЭВМ различают по своему функциональному назначению:

• Системная шина (шина процессора)

• Видеошина

• Шина памяти

• Стандартная локальная шина.

К
онцептуальная схема материнской платы

10. Центральный процессор (ЦП)

    1. Основные характеристики

1. Степень интеграции — показывает, сколько транзисторных элементов размещается на кристалле;

2. Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных — существует разрядность шины данных, шины адреса и разрядность управляющей шины. Разрядность шины данных определяет скорость работы системы, разрядность шины адреса — сложность системы, а количество линий управления определяет разнообразие режимов обмена и эффективность обмена процессора с другими устройствами системы;

3. Тактовая частота определяет быстродействие, но быстродействие определяется особенностями структуры процессора. Тактовая частота определяет только внутреннее быстродействие;

4. Количество ядер;

5. Объём кэш-памяти.

Кроме вывода трёх основных шин, процессор всегда имеет вывод для подключения внешнего тактового сигнала или кварцевый резонатор (CLK).

При включении питания, при аварийной ситуации или при зависании процессора подача сигнала Reset приводит к инициализации процессора и заставляет его приступить к выполнению программы начального запуска.

Для подключения также используются буферные микросхемы. Буферные микросхемы обеспечивают промежуточное накопление информации.

После включения питания, процессор переходит в первый адрес программы начального запуска и выполняет эту программу. Данная программа предварительно записана в ПЗУ. После завершения программы начального запуска, процессор начинает выполнять основную программу, находящуюся в постоянной или оперативной памяти. От этой программы его могут отвлекать внешние прерывания или запросы на прямой доступ к памяти (ПДП).

---

Смотрите также файлы

• Вопросы к экзамену.docx

• Метод. указания к КР.doc

• Лекции.docx

• Метод. указания к ЛР (часть 1).docx

• Метод. указания к ЛР (часть 2).docx