Основы информатики 2 2 (стр. 1 из 12)
1. Классификация компьютеров и вычислительных систем
ЭВМ – это комплекс технических и программных средств, объединенных общим управлением и предназначенных для преобразования инф. по любому из заданных алгоритмов.
ЭВМ – это электронная система для сбора, преобразования, хранения и выдачи инф.
ЭВМ классифицируются по следующим признакам:
по виду обрабатываемой инф.
по способу представления инф.
по назначению
по способу передачи кодов
по производительности
по способу представления инф.
аналоговые (АВМ)
цифровые (ЦВМ)
В АВМ инф. представляется с помощью непрерывных (аналоговых) сигналов, В ЦВМ – с помощью дискретных сигналов.
АВМ содержит операционных усилителей и компонентов с помощью которых можно было бы моделировать различные мат. функции и операции.
Решение мат. уравнений на АВМ сводилось к набору на наборном поле машины эл. схемы, соотв. данному решаемому уравнению, а решение получалось на экране осциллографа как ф-ция, аргументом к-рой явл. время.
В современной ЭВМ для представления инф. используются двоичные числа. Для представления их исп. 0 и 1, кот в ЭВМ отображаются с помощью двух зон напряжений.
По назначению.
ЭВМ общего назначения
специализированные ЭВМ
Общего назначения имеют широкий набор команд, позволяющий на данной ЭВМ реализовать любой алгоритм.
Спец. ЭВМ имеют огр. набор команд и предназначены для реализации узкого круга алгоритмов, бывают счетные, информационные, управляющие.
По способу передачи и обработки кодов.
параллельные
последовательные
В парал. коды обрабатываются и передаются одновременно во всех разрядах. В посл. побитно и раздельно во времени. Все совр. ЭВМ относятся к ЭВМ параллельного действия. Их достоинством явл. высокое быстродействие, недостатком – большие аппаратные затраты.
По быстродействию.
Малой, средней, высокой, сверхвысокой, супер-ЭВМ.
На базе ЭВМ и процессоров создаются многопроцессорные и многомашинные вычисл. системы (комплексы).
Многомашинный выч. комплекс – это совокупность ЭВМ, объединенных линиями связи и управления с помощью коммутаторов. Основное назначение – повышение надежности выч. систем. Такие комплексы предполагают использование ЭВМ в качестве резервной. Многопроцессорный комплекс – это совокупность процессоров, связанных между собой через общую ОП и функционирующих под единой ОС. Основное назначение – повышение производительности.
2.Параметры компьютеров
К основным параметрам ЭВМ относятся:
производительность
разрядность машинного слова
ёмкость оперативной памяти
скорость обмена инф. между ЦП и ОП
скорость обмена инф. между ЦП и ОП и внешними устройствами
надежность
потребляемая мощность
Производительность.
Определяется средним количеством операций, выполняемых за единицу времени при решении широкого класса задач. Измеряется в опер/с - MIPS ( Millen Instructions Per Second). Производительность конкретной ЭВМ определяется используемой в ней элементной базой и архитектурой.
Разрядность машинного слова.
Определяется количеством разрядов, используемых в данной ЭВМ для представления данных и машинных кодов. Определяет максимальное число, которое можно представить в ЭВМ – диапазон представимых чисел в ЭВМ, точность представимых чисел, и обьем адресуемой памяти.
Ёмкость оперативной памяти.
Определяется количеством адресуемых ячеек памяти наименьшей длины – байта.
Скорость обмена инф. между ЦП и ОП и внешними устройствами.
Определяется количеством инф., передаваемой в единицу времени между устройствами. Измеряется в Мбайт/с.
Надёжность.
Характеризуется тремя параметрами:
интенсивность отказов
Nот – количество отказов в партии из N изделий за время испытаний tи.
наработка на отказ
вероятность безотказной работы за время t.
3. Структура ЭВМ. Основные устройства и их назначение
ЭВМ строится по модульному принципу. модули ЭВМ предст собой функц-но законченные устр-ва с типовым напряжением. Устр-ва, сходящие в состав ЭВМ, делятся на центральные (ОП, проц-р) и внешние(перефер – устр-ва в/в и внешн запомин устр-ва).
Схема ЭВМ:
Проц-р предназн для выполнения арифм и логич операций управления вычисл процессом и организации взаимодействия между устр-ми ЭВМ. Проц-р сост из 2-х основных устройств:
– АЛУ Предназн для выполн-я арифм операций над числами, представл-ми в форме с фиксиров, плавающ точкой и в десятичном формате. Предназн для выполн-я арифм операции (+,–,*,/), а также для логич операций над многоразрядными двоичными кодами и формир-я признаков рез-та операции. АЛУ строится на сумматорах, регистрах и др.
– УУ Предназн для управл-я вычисл-ым процессом. УУ дешифрирует коды команд, вырабатывает управляющие сигналы в соответствии с этими кодами для АЛУ и др устройств ЭВМ. В процессе работы на УУ поступают признаки рез-ов и сигналы запросов прерыв-ий, с учетом к-ых, если необходимо, УУ корректирует вычислительный процесс, вызывает программы прерываний и выполняет некоторые др действия.
ОП предназн для временного хранения программ, данных, обрабатываемых в программе, исходных, промежут и конечных рез-ов вычислений.
Внешние устр-ва предназн для организации взаимодействия пользователя с центр-ми устр-ми (ЦУ). Делятся на:
– устр-ва ввода (Увв)
– устр-ва вывода (Увы)
– внешние запоминающие устр-ва (ВЗУ)
Увв предназн для ввода информации в ЭВМ. Преобразует инф-ю, представленную на внешних носителях, в электрич сигналы, используемые для представления инф-ции в ЦУ ЭВМ.
Увы выполн функуию, обратную Увв, т.е. преобразует электр сигналы, с помощью к-ых инф-я представлена в ЭВМ, в форму, удобную для восприятия человеком, либо в форму, используемую для представления инф-ции на внешних носителях.
ВЗУ использ для хранения больших массивов инф-ции, к-ые не помещаются в ОП ЭВМ.
Интерфейсный блок предст собой совокупность аппаратных и программных средств, предназн-ых для сопряжения внешних устройств с ЦУ ЭВМ.
Шина – совокупность линий, по каждой из которых в любой заданный момент времени передается 1 бит инф-ции. Различают
– управляющая шина (ШУ)
– шина адреса (ША)
– шина данных (ШД)
ША однонаправлена. Используется для передачи от проц-ра кодов адресов ячеек ОП, внешних устройств, ячеек ПЗУ.
ШД двунаправлена. Использ для передачи кодов данных между ЦУ и внешними устр-ми ЭВМ.
ШУ двунаправлена. Использ для передачи сигналов синхронизации от проц-ра к ОП и наоборот, от проц-ра к внешн устр-ам и наоборот.
Сигнала синхронизации привязаны к границам тактов, к-ые задаются с помощью тактового генератора.
Разрядность шин опред-ся разрядностью машинного слова, используемой в данной ЭВМ. в соврем ЭВМ исп 32-битовая ША (4 Мб), 64-битовая ШД.
4. Прямой, обратный, дополнительный код
Набор цифр для двоичной системы счисления:
{0,1}, основание р=2
Эквивалент некоторого целого n-значного двоичного числа вычисляется согласно формуле:
Прямой код, обратный, дополнительныйиспользуються для представления целых и вещественых чисел(двоичная запись).
В прямом коде цифровые биты для отрицательных и положительных чисел выглядят одинаково.
Недостатки прямого кода: неудобство выполнения операций в АЛУ – действия над цифровыми и знаковыми битами нада выполнять раздельно. Исп ользуется в АЛУ при умножении и делении.
Недостаток: +0<>-0.
Достоинства: возможность свести операцию вычитания к операции сложения.
Обратный код (все биты инвертированы).
Недостатки: +0=0..0, -0=1..1.
Достоинство: можно свести операцию вычитания к операции сложения.
Дополнительный код(обратный +1).
Достоинство: +0=-0=0..0.
5. Форматы чисел с фиксированной точкой
Используются для представления целых и дробных чисел. положение двоичной точки в этих форматах никак специально не фиксируется, но строго предполагается, что двоичная точка для целых чисел располагается за младшим цифровым битом, для дробных – перед старшим цифровым битом.
Форматы целых и дробных чисел имеют след представление:
Формат числа определяет разрядную сетку ЭВМ, т.е. диапазон чисел, к-ые могут обрабатываться в данной ЭВМ, а также точность представления чисел.
Числа с фиксиров точкой в памяти ЭВМ представляются в дополн коде. Разрядность формата определяет диапазон чисел с фиксированной точкой, представимой в данной ЭВМ. Если для представления числа используется n разрядов, то диапазон чисел с фиксированной точкой определяется: –2n–1<=x<=2n–1–1
В ЭВМ для представления чисел с фиксированной точкой используется также беззнаковый формат, т.е. знаковый бит используется в качестве цифрового. В таком формате: 0<=|x|<=2n–1-1
В ЭВМ на основе 32-битовых МП-ов используются следующие форматы с фиксированной точкой
Однобайтовый формат
Формат слова
Формат двойного слова
АЛУ современных ЭВМ благодаря использованию 64-битового устройства для операций с плавающей точкой поддерживают также 64-битовый формат чисел с фиксированной точкой. (рис)