Классификация ЭВМ. План: 1. По принципу действия; 2. По этапу создания и элементарной базе; 3. По назначению; 4. По размеру вычислительной мощности

По принципу действия. Аналоговая ВМ – работает с информацией, представленной в аналоговом (непрерывном) виде. Цифровая ВМ – работает с дискретной (цифровой) информацией. Гибридная ВМ – работает как с аналоговым, так и с цифровым сигналами

По этапу создания и элементарной базе. Первое поколение: 50 – е годы.ЭВМ на электронно-вакуумных лампах; Второе поколение: 60 –е годы.ЭВМ на полупроводниковых приборах (транзисторах); Третье поколение: 70 – е годы.ЭВМ на интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (тысячи транзисторов в одном корпусе); Четвертое поколение: 80 – 90 – е годы.ЭВМ на микросхемах со сверхбольшой интеграцией, основная из которых микропроцессор; Пятое поколение: Настоящее время.Компьютер со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров; Шестое поколение.Оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом и нейтронной структурой.

По назначению.

По размеру вычислительной мощности.

Принцип действия ЭВМ. План: 1. Структура ЭВМ; 2. Основные характеристики ЭВМ; 3. Понятие о системе программного обеспе-чения (ПО).

Структура ЭВМ.

1. Процессор – основной вычислительный блок ПК. В его состав входят: 1.1 Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет простейшие арифметические и логические действия. Устройство 1.2 управления (УУ) – управляет работой процессора и служит для связи с другими узлами. 1.3 Сверх оперативная память (ОП) – внутренняя память МП, содержащая алгоритмы запуска процессора. 2. Оперативная память (ОП) – энергозависимая память ПК в которой хранятся команды и данные. Вместе с МП образуют центральную часть ЭВМ. 3. Каналы связи – предназначены для связи центральной части с внешними устройствами. 4. Внешние устройства: 4.1 Внешняя память (ВП) – не энергозависимая память, обладающая большой емкостью, но малым быстродействием по сравнению с ОП. 4.2 Устройства ввода-вывода (клавиатура и другие).

Основные характеристики ЭВМ. 1. Длина машинного слова (8,16,32 бит); 2. Тактовая частота; 3. Емкость ОП; 4. Коэффициент эффективности:

Понятие о системе ПО. Ач ОС ППП Утилиты Ач – аппаратная часть; ОС – операционные системы; ППП – пакет прикладных программ; Утилиты – текстовые программы

Позиционные системы счисления. План: 1. Понятие о системе счисления; 2. Перевод чисел из одной системы счисления в другую; 2.1. Из десятеричной в двоичною; 2.2. Из двоичной в шестнадцатеричную и обратно; 2.3. Из двоичной в десятеричную

Понятие о системе счисления. Система счисления – это способ представления числа с помощью некоторого алфавита символов, называемых цифрами. Систему счисления называют позиционной, если одна и та же цифра имеет различные значения, определяемые ее позицией последовательности цифр изображающих число. Любое число в позиционной системе счисления можно представить в виде: X – число; q – основание системы счисления; Am – цифра из данной системы счисления; m – позиция цифр в числе.

Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Из десятеричной в двоичною. Перевод целой части. Для перевода необходимо выполнить непосредственное деление на 2 пока в остатке не окажется единица, и записать остатки в обратном порядке.

Перевод дробной части. Необходимо выполнить последовательное умножение на 2 столько раз сколько необходимо иметь значащих цифр после запятой (только дробную часть).

Из двоичной в шестнадцатеричную и обратно. При переводе из двоичной в шестнадцатеричную систему счисления необходимо двоичное число разбить на тетрады (4 цифры) от запятой влево и вправо и заменить каждую тетраду шестнадцатеричной цифрой. Для перевода из шестнадцатеричной в двоичную систему счисления необходимо выполнить обратное действия: каждую шестнадцатеричную цифру заменить двоичной тетрадой , =BA,A8 16 Из двоичной в десятеричную. Перевод осуществляется по формуле (1) см.выше ,101 2 = ,5+0,125=90,625 10

Десятеричная ДвоичнаяШестнадцатеричная A B C D E F

Степень ЗначенияСтепень Значения

Арифметические основы вычислительной техники. План: 1. Арифметические действия над двоичными числами и цифрами; 2. Прямой, обратный и дополнительный коды.

Арифметические действия над двоичными цифрами. Правило действия над двоичными цифрами:

Арифметические действия над двоичными числами , , ,11 Сложение Вычитание 11011, , ,01 Умножение * Деление ,

Правило действия над двоичными числами: Умножение можно заменить сложением и сдвигом влево, деление - вычитанием со сдвигом вправо. Вычитание можно заменить сложением. Поэтому ЭВМ достаточно уметь складывать и сдвигать информацию. Прямой, обратный и дополнительный коды. Прямым кодом числа называют код в котором независимо кодируется знак и значение числа. Обратный (инверсный) код – это дополнение до наиболее значащей цифры в данной системе счисления. А564F A9B Дополнительный код – это способ отображения отрицательного числа, образуется из обратного кода путем прибавления единицы в младший разряд

Логические основы. План: 1. Понятие алгебры логики; 2. Простейшие логические функции; 3. Основные правила преобразования формул.

Простейшие логические функции. Логическое отрицание (инверсия) – преобразует значение в другое ему противоположное, такое преобразование выполняет элемент «не». XY 10 01

X1X2X3Y Логическое сложение (дизъюнкция) – если хотя бы одно из слагаемых равно 1, то результат функции равен 1, такое преобразование выполняет логический элемент «или». Логическое сложение (дизъюнкция) – если хотя бы одно из слагаемых равно 1, то результат функции равен 1, такое преобразование выполняет логический элемент «или».

X1X2X3Y Логическое умножение (конъюнкция) – если хотя бы одно из аргументов равен 0, то значение функции равно 0, такое преобразование выполняет логический элемент «и».

Основные правила преобразования формул. Любую логическую функцию можно реализовать с помощью трех простых, но такая реализация может оказаться очень объемной, поэтому в ЭВМ используется микросхемы, реализующие сложные функции.

& & 11 У = Х1Х2Х3v X4X5X6 ______________ X1 X3 X2 X4 X5 X6 &&7777 У = Х1Х2Х3v X4X5X6 ______________ X1 X2 X3 X4 X5 X6 & & 1

Кодирование чисел. 0 – 0000 «+» – 0001 «-» – 0010 «зона» – – – – – – – 1001 Распакованный способ Н.р Упакованный способ

Основные типовые элементы ЭВМ. План: 1. Запись информации в регистр; 2. Передача информации от одного регистра в другой; 3. Сдвигающий регистр.

Запись информации в регистр. Регистром называется узел ЭВМ, предназначенный для запоминания одного машинного слова (регистр так же может осуществлять сдвиг информации и преобразовать последовательный код в параллельный и обратно).

Передача информации от одного регистра в другой.

Сдвигающий регистр.

Дешифраторы. План: 1. Структурная схема дешифратора; 2. Каскадный дешифратор.

Структурная схема дешифратора. Дешифратор – это узел ЭВМ, предназначенный для преобразования двоичного кода поступающего на его входы в управляющий сигнал на одном из его выходов. Структурная схема дешифратора на элементах 3«и», «не»: Если у дешифратора n входов, то выходов будет 2^n.

Каскадный дешифратор. Применяется тогда, когда нужен дешифратор на большее количество выходов DC С

Счетчики. План: 1. Счетчик с последовательным переносом; 2. Счетчик с параллельным переносом; 3. Реверсивный счетчик.

Счетчик с последовательным переносом. Счетчиком называют узел ЭВМ, предназначенный для подсчета входных сигналов (импульсов). Счетчики: 1.Суммирующие; 2.Вычитающие; 3.Реверсивные.

ТТ 1 ТТ 4 ТТ 2 ТТ 3 &JC&K&JC&K &JC&K&JC&K &JC&K&JC&K &JC&K&JC&K Счетчик с параллельным переносом.

Реверсивный счетчик.

Сумматоры. План: 1. Одноразрядный сумматор; 2. Сумматор с поразрядным последовательным переносом.

Одноразрядный сумматор. Сумматором называется узел ЭВМ выполняющий арифметическое суммирование двух чисел.

Для получения сумматоры на большее количество разрядов берутся несколько одноразрядных сумматоров.

Мультиплексоры и демультиплексоры. План: 1. Мультиплексоры; 2. Демультиплексоры.

Мультиплексоры. Мультиплексором называется схема осуществляющая подачу сигнала с одного из информационных входов в одну выходную линию.

Демультиплексоры. Демультиплексор выполняет функцию обратную мультиплексору, то есть имеет один информационный вход и несколько выходов.

Преобразователь кода. Рассмотрим принцип построения матрицы, которая преобразует десятичную цифру в двоичный код. +5В

Узлы контроля. План: 1. Сумматор по модулю 2; 2. Контроль по методу «чет-нечет»; 3. Узел контроля «по совпадению».

Сумматор по модулю 2.

Контроль по методу «чет-нечет».

Узел контроля «по совпадению».

Память. План: 1. Основные характеристики памяти; 2. Классификация памяти; 3. Способы организации.

Основные характеристики памяти. Памятью ЭВМ называется совокупность устройств предназначенных для запоминания и хранения информации. Отдельные устройства, входящие в совокупность памяти называется запоминающие устройства (ЗУ). К основным параметрам ЗУ относятся: 1.Емкость; 2.Быстродействие; 3. Ширина канала. Емкость памяти – это максимальное количество данных, которые в ней могут храниться. Время обращения при считывании: t(дос) – время доступа, потраченное на организацию связи с запоминающим элементом. t(сч) – время считывания. t(рег) – время регенерации. Время на восстановление памяти, если при считывании она была разрушена. Время обращения при записи: t(зап) – время записи. t(под) – подготовительное время приведения ячеек в исходное состояние. Ширина выборки определяется число разрядов одновременно считываемых или записываемых в памяти. Как правило, ровняется длине машинное слово.

Классификация памяти.

Способы организации.

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). План: 1. Структура ЗУ типа 2D; 2. Структура ЗУ типа 3D; 3. ЗУ с мультиплексарной передачей адресов

Структура ЗУ типа 2D.

…… А … … … … … … …… M,./ …… АдрФ2 Ус Зап Адрес 0 n-1 Адрес Инф Вх K-1 2 АдрФ1 0 K-1 2 K-1 ЗЭ Ус Чс 0 n-1 Инф Вых Структура ЗУ типа 3D

ЗУ с мультиплексарной передачей адресов.

Постоянные запоминающие устройства(ПЗУ). План: 1. ПЗУ с плавкой выжигаемой перемычкой; 2. ПЗУ с пробивным pn – переходом; 3. Перепрограммирование ПЗУ.

ПЗУ с плавкой выжигаемой перемычкой. ПЗУ с пробивным pn – переходом. Перепрограммирование ПЗУ.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ). План: 1. Устройство магнитной головки; 2. Запись информации; 3. Считывание информации; 4. Стирание информации; 5. Кодирование команд.

Устройство магнитной головки.

Считывание информации. С обмотки снимаются импульсы напряжения, которые возникают в месте смены направления намагничивания. Если импульс положительный, то 0 сменяется 1, если отрицательный, то наоборот. Для определения подряд идущих 0 и 1 используют дополнительную синхродорожку. Стирание информации. Удаление информации происходит с помощью импульсов тока высокой частоты. Кодирование команд. Любая команда в ЭВМ имеет определенную структуру: операционную и адресную. В операционной части указано, что необходимо сделать (код операции), в адресной части указываются операнды и их адреса (то над чем сделать). A+B – операнды Рассмотрим различные способы кодирования команд: коп – код операции; A1 – адрес 1 операнда; A2 – адрес 2 операнда; A3 – адрес результата; A4 – адрес следующий команды.

Адрес следующей команды обычно рассчитывается автоматически (естественным путем). Ряд команд записывает результат на место первого операнда Существуют команды, в которых один из операндов располагается в специальном регистре. Есть команды, состоящие только из операционной части.

Способы адресации. План: 1. Непосредственная адресация; 2. Прямая адресация; 3. Относительная адресация; 4. Косвенная адресация; 5. Стековая адресация.

Непосредственная адресация. В адресной части содержится сам операнд, а не его адрес. Прямая адресация. В адресной части содержится адрес ячейки памяти, в которой находится сам операнд. Относительная адресация. Связана с операндом адреса с помощью расчета (адресации с базированием). Косвенная адресация. В ячейке хранится адрес, по которому хранится операнд. Стековая адресация. Работает по принципу «первый пришел последний ушел».

Наименование и структура процессора. План: 1. Структура процессора; 2. Алгоритм работы.

Структура процессора.

Алгоритм работы. 1. Процессор загружает из памяти новую команду. 2. Процессор производит расчет адреса следующей команды (к текущему адресу прибавляется длина выборной команды). 3. Производиться декодирование команды. 4. Рассчитывается адрес операндов. 5. Производиться загрузка операндов из ОП в местную. 6. Выполняются команды. 7. Результат отправляется в ОП. 8. Алгоритм повторяется заново.

Регистровая структура микромроцессора. План: 1. Регистры общего назначения; 2. Сегментные регистры; 3. Регистры флагов и указатели команд.

Регистры общего назначения.

Сегментные регистры. Регистры флагов и указатели команд.

Устройство управления(УУ). План: 1. УУ с микропрограммным уровнем управления; 2. УУ на жесткой логике.

УУ с микропрограммным уровнем управления.

УУ на жесткой логике.

Арифметико-логические устройства(АЛУ). План: 1. Схема АЛУ комбинационного типа; 2. АЛУ с магистральной структурой; 3. Схема АЛУ на основах блоков памяти.

Схема АЛУ комбинационного типа.

АЛУ с магистральной структурой.

Схема АЛУ на основах блоков памяти.

Организация систем прерывания. План: 1. Состояние процессора; 2. Система прерывания программ; 3. Характеристика систем прерывания; 4. Процедура прерывания.

Система прерывания программ.

Характеристика систем прерывания.

1. Издержки прерывания t(изд)=tp+tз+tв; 2. Глубина прерывания – это максимальное число программ, которые могут участвовать в прерывании. Рассмотрим систему с глубиной прерывания 3: 3. Насыщения системы прерывания – наступает тогда когда поступает запрос на прерывание от устройства, а предыдущий запрос от этого устройства еще не обработан.

Процедура прерывания.

Основные понятия об интерфейсах. План: 1. Требования, предъявляемые к интерфейсу; 2. Прямой доступ к памяти

1.Программно-управляемый: 2. Прямой доступ к памяти:

Каналы ввода – вывода. План: 1. Мультиплексный канал; 2. Селекторный канал.

Мультиплексный канал.

Селекторный канал.