Основные понятия об архитектуре компьютера. Способы представления данных в ЭВМ

1.

ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ,
УСТРОЙСТВО И
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Вебинар 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ
АРХИТЕКТУРЕ КОМПЬЮТЕРА.
СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В ЭВМ.

2.

ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• Компьютер – вычислитель
• Аналоговый компьютер - вычислительная
машина, оперирующая информацией,
представленной в виде непрерывных
изменений некоторых физических величин
• Цифровой компьютер - вычислительная
машина, оперирующая информацией,
представленной в дискретном виде
• Архитектура компьютера - описание его
организации и принципов функционирования
его структурных элементов.

3.

НЕМНОГО ИСТОРИИ.
Общие тенденции развития
• Увеличение количества элементов на
единицу площади.
• Уменьшение размеров.
• Увеличение скорости работы.
• Снижение стоимости.
• Развитие программных средств, с одной
стороны, и упрощение, стандартизация
аппаратных – с другой.

4.

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
Механические вычислители

5.

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
Компьютеры на электронных лампах
• (194х-1955)

6.

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
Компьютеры на транзисторах
• (1955-1965)

7.

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ.
Компьютеры на интегральных схемах
• (1965-1980)

8.

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
Компьютеры на больших
(и сверхбольших) интегральных схемах
• (1980-…)

9.

ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ

10.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
КОМПЬЮТЕРА
• Входная информация преобразуется в
электрический сигнал;
• Сигналы обрабатываются в блоке
обработки;
• С помощью преобразователя выходных
сигналов обработанные сигналы
преобразуются в неэлектрические сигналы
(изображения на экране).

11.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
• Запоминающее устройство (память)
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
• Устройство управления (УУ)
• Устройство ввода-вывода (УВВ).

12.

ВИДЫ АРХИТЕКТУР
• Архитектура фон Неймана - принцип
совместного хранения команд и данных в
памяти компьютера

13.

ВИДЫ АРХИТЕКТУР.
Гарвардская архитектура
1. Хранилище
инструкций и
хранилище данных
представляют собой
разные физические
устройства.
2. Канал инструкций и
канал данных также
физически разделены.

14.

Байтовая структура
8 = 23

15.

СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ЧИСЕЛ В ЭВМ

16.

Примеры разрядных сеток для чисел
с фиксированной запятой
1. Число -0,111
2. Число 10011

17.

Примеры разрядных сеток для чисел
с плавающей запятой

18.

Пример разрядных сеток для чисел с
плавающей запятой
Нормализация – приведение к виду, в котором после
запятой находится единица.

19.

Выполнение арифметических операций над
числами, представленными с фиксированной
запятой.
• Любая операция (сложение, вычитание,
умножение, деление и др.) сводится к
последовательности микроопераций:
– сложение
– сдвиг
– передача
– преобразование кодов.

20.

Кодирование отрицательных чисел.
• Прямой код чисел. Подразумевается кодирование
только знака числа.
Пример 1
А = -1010111
1
1
0
1
1
1
1
1
Код отрицательного знака числа

21.

Кодирование отрицательных чисел.
• Прямой код чисел. Подразумевается кодирование
только знака числа.
Пример 1
А = -1010111
1
1
0
1
1
1
1
1
Код отрицательного знака числа
Пример 2
А = 1110
0
0
0
0
1
1
1
0
Код положительного знака числа

22.

• При работе с числами в прямом коде
можно складывать только числа с
одинаковыми знаками, так как сумматор
прямого кода не работает со знаковыми
разрядами. Он не имеет цепи переноса
между старшим цифровым и знаковым
разрядом.

23.

• Обратный код чисел. При знаковом разряде = 1
числовые разряды инверсируются.
Пример 1:
А = -10011
Прямой код:
1
0
0
1
Обратный код:
1
1
1
0
Пример 2:
А = 1100
Прямой код:
0
0
0
0
Обратный код:
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0

24.

• Есть цепь переноса между старшим цифровым и
знаковым разрядом.
Также есть цепь циклического переноса.
Спр = 1.0001011
Искомое число С = - 1011

25.

• Дополнительный код чисел. Кодирование
происходит также как и в обратном, после чего
добавляется единица к младшему разряду числа.
Пример :
А = -11000
Прямой код:
1
0
0
Обратный код:
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
Дополнительный код:
1
1
1
0
+1
1
0
0
0

26.

Если возникает 1 из знакового разряда, то сумматор ее
выбросит.
С пр. = 1.0000110
Результат: С= - 110

27.

Домашнее задание
• Повторить лекцию по презентации Вебинар 1
• Изучить материал 1 раздела (темы 1.1 и 1.2)
• Ответить на контрольные вопросы и сделать
все предложенные задания (в количестве 4
шт.)