Назначение и структура ЭВМ. Взаимодействие устройств.

Технические средства.

Назначение и структура ЭВМ. Взаимодействие устройств.

Структура компьютера – это совокупность его элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем.

Архитектура компьютера может быть представлена как: программное обеспечение, аппаратное обеспечение, алгоритмическое обеспечение, специальное фирменное обеспечение.

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· устройство управления (УУ)

· запоминающее устройство (ЗУ);

· устройства ввода-вывода (УВВ);

· пульт управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором.

Процессор, оперативная память. Назначение и технические характеристики.

Центральный процессор - это центральное устройство компьютера, которое обрабатывает данные и управляет периферийными устройствами компьютера.

В состав центрального процессора входят:

·устройство управления (УУ); (организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы. )

·арифметико-логическое устройство (АЛУ); (обрабатывает все виды информации)

·запоминающее устройство (ЗУ); (предназначено для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки информации, а также самой программы обработки информации. Делится на ОЗУ (оперативное) и ПЗУ (постоянное))

·генератор тактовой частоты (ГТЧ). (создаёт электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор)

К основным характеристикам процессора относятся:

· Быстродействие – это среднее число операций процессора в секунду.

· Тактовая частота. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт-это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего. Она характеризирует компьютер, поэтому по названию модели микропроцессора можно составить представление о том, к какому классу принадлежит компьютер. Увеличение частоты – одна из основных тенденций развития микропроцессоров.

· Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно.

Внутренняя предназначена для хранения программ и их данных в процессе работы ЭВМ. Внешняя память предназначена для долговременного и энергонезависимого хранения программ и данных.

Внутренняя память подразделяется на оперативную и постоянную.

Оперативная память служит для хранения программ и данных, с которыми работает процессор в данный момент.

Постоянная память служит для хранения программ, которые должны быть доступны компьютеру сразу после включения, еще до загрузки операционной системы. В постоянной памяти хранится программа первоначального тестирования, BIOS (базовая система ввода-вывода) компьютера.

Основные технические характеристики памяти:

1)Емкость – максимальное количество единиц информации, которые одновременно могут храниться в памяти, (измеряется в байтах)

2) Время доступа – для ЗУ с произвольным доступом (от момента когда установлен адрес, до того, как данные станут доступны, для ЗУ с прямым (время для перевода в нужную позицию головки чтения-записи).

3)Длительность цикла обращения к памяти, характеризует ЗУ с произвольным доступом и измеряется минимальной длительностью временного интервала между последовательными обращениями к памяти, то есть время доступа плюс время выполнения дополнительных операций, связанных с подготовкой устройства к следующему обращению.

4) Скорость передачи характеризует интенсивность информационного потока между ЗУ и процессором.

Устройства обмена данными

· модем Предназначены для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (модулятор + демодулятор). Наибольшее распространение в настоящее время получили ADSL-модемы, позволяющие передавать данные по кабельным сетям низких категорий (телефонные линии) на большие расстояния с большой скоростью.

Принцип программного управления ЭВМ.

Суть ППУ:

1) Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы.

2) Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, адрес операндов и ряд служебных признаков.

Операнды - это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования

данных. Список всех переменных (входных и данных, промежуточных значений и

результатов вычислений) является неотъемлемым элементом любой программы;

ППУ включает в себя несколько архитектурно - функциональных принципов.

Принцип условного перехода. В процессе вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов возможен автоматический переход на тот или иной участок программы.

Принцип хранимой программы. Команды в ЭВМ представляются в такой же кодируемой форме, как и любые данные и хранятся в таком оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Это значит, что если рассматривать содержимое памяти, то без какой-то команды невозможно различить данные и команды. Следовательно, любые команды можно принципиально обрабатывать как данные (информация в ЭВМ отличается не представлением, а способом ее использования). Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов.

Принцип двоичного кодирования. Информация (команды и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными числами 0 и 1. Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1. (Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов).

Принцип иерархии запоминающих устройств (ЗУ).

Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.

Программное обеспечение.

Состав и назначение программного обеспечения.

Программное обеспечение — это совокупность программ, позволяющих осуществить на компьютере автоматизированную обработку информации. Программное обеспечение делится на системное (общее) и прикладное (специальное).

Системное программное обеспечение направлено:

• на координацию работы всех устройств компьютера;

• на распределение оперативной памяти подпрограмм;

• на распределение ресурсов;

• на автоматизированный процесс разработки программ;

• на управление файловой системой.

В состав прикладного программного обеспечения входят различные программы, предназначенные для решения задач пользователя, например:

- текстовые редакторы

- гипертекстовые редакторы

- редакторы электронных таблиц

- графические редакторы

- экспертные системы

- издательские системы

- программы для бухгалтеров

- программы для банковских сотрудников

- программы для маркетологов

- программы для сотрудников страховых компаний и т.д.

Этапы обработки программ под управлением операционной системы.

Тестирование и отладка.

При тестировании серого ящика разработчик теста имеет доступ к исходному коду, но при непосредственном выполнении тестов доступ к коду, как правило, не требуется.

Методы поиска семантических ошибок.

Семантические ошибки заключаются в нарушении порядка операторов, параметров функций и употреблении выражений. Параметр, указывающий изменяемое поле должен идти первым. Семантические ошибки также обнаруживаются компилятором.

Ошибки данного типа можно обнаружить с помощью отладчика, пошагово выполняя код программы.

Алгоритм замещения(далее)

2)ручной перевод чисел из десятичной системы в другую;

-для перевода целых чисел используется алгоритм деления:

осуществляется последовательное деление исходного числа на 2 и собираются остатки(коэффициенты нового разложения), начиная с последнего. Деление длится до получения частного, меньшего основания системы.

Например:

25|2

- 24|-----

---| 12|2

1| -12|----- 25(10)=11001(2)

----| 6|2

0| -6|---

---| 3|2

0| -2|----

--| 1

-для перевода правильных дробей осуществляется умножение дробной части на основание новой системы. В этой технике горизонтальная черта осуществляет исходное число, а вертикальная черта отделяет получающиеся целые части произведений, которые являются коэффициентами в разложении

Например:

0, |125*2

---|---------

0 | 250*2 0, 125(10)=0, 001(2)

0 |500*2

1 |000

(по аналогии и в остальных системах счисления)

*Перевод неправильных дробей осуществляется отдельно для целой и дробной части

Понятие о смешанных(промежуточных) системах исчисления(НАСТЯ)

Из десятичной в другие

1)Выберем систему счисления, в которую хотим перевести число(допустим р)

2)Найдем k и коэффициент α, так что умещалось в данное число.

3)Вычитаем из данного числа

4)Проделываем тоже самое для k-1, k-2…до тех пор пока данное число не станет равно 0.

5)Выписанные коэффициенты и есть данное число в выбранной системе счисления p.

II Промежуточные (смешанные) системы счисления.

В качестве смешанной системы счисления целесообразно использовать системы с основанием существенно упрощающий преобразование информации из системы в двоичную и наоборот.

Теорема

Если (где Q, P, k-целые), то запись любого числа в смешанной системе счисления (Q-P) тождественно совпадает с записью этого числа в системе счисления с основанием Q

Пример

Двоичная арифметика

Двоичное сложение

0+0=0

1+0=1

0+1=1

1+1=10

При сложении двух чисел в каждом разряде может производиться сложение двух цифр слагаемых или двух этих цифр и единицы, если имеется перенос.

Двоичное вычитание

0-0=0

1-0=1

1-1=0

10-1=1

При вычитании в данном разряде занимается единица из следующего разряда.Эта занятая единица равна двум единицам данного разряда.