Наибольшая последовательность бит которую процессор может обрабатывать как единое целое называется

Обновлено: 03.07.2024

Основные характеристики ПК

1. Характеристики микропроцессора: тактовая частота и разрядность;

2. Объем внутренней (оперативной) памяти;

3. Характеристики внешней памяти.

Основными характеристиками микропроцессора являются тактовая частота и разрядность процессора. Режим работы микропроцессора и других связанных с ним устройств задается микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. Тактовая частота измеряется в мегагерцах - МГц Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в одну секунду.Примеры: 600 МГц, 800 МГЦ, 1000 МГц (гигагерц - ГГЦ)

Следующая характеристика - разрядность процессора. Разрядностью называют максимальную длину двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться процессором целиком. На соременных ПК используются 16-разрядные и 32-разрядные процессоры. Наибольшая разрядность у современных микропроцессоров 64 бита.

Объем внутренней памяти

Объем оперативной влияет на производительность компьютера. Для эффективной работы современных программ требуется память объемом в сотни и тысячи (гигабайты).

Характеристики устройств внешней памяти

Устройства внешней памяти - это магнитные и лазерные дисководы, флэш-память. Встроенные в системный блок магнитные диски называются жесткими дисками, или винчестерами. Это очень важная часть компьютера, поскольку именно здесь хранятся все необходимые для работы компьютера программы. Чтение/запись на жесткий диск производится быстрее, чем на все другие виды внешних носителей, но все-таки медленне, чем в оперативную память.

Все остальные носители внешней памяти - сменные, т.е. их можно вставлять в дисковод и доставать из дисковода. К ним относятся гибкие диски - дискеты и оптические диски типа CD и DVD. Стандартные дискеты вмещают 1,4 Мб информации

Флэш-память - это электронное устройство внешней памяти, используемое для чтения и записи информации в файловом формате. Флэш-память, как и диски, - энергонезависимое устройство. Емкость носителя составляет от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Скорость чтения и записи данных на флэш-память приближается к скорости чтения и записи данных на жестком диске.

Необходимый набор устройства ввода/вывода: клавиатура, манипулятор, монитор.

Дополнительные устройства ввода/вывода : принтер, сканер, модем, акустическая система и др.

Машинное слово. Последовательность битов, которую процессор может обработать как единое целое, называется машинным словом. Длина машинного слова может быть разной - 8, 16, 32 бита и т.д. Адрес машинного слова в памяти компьютера равен адресу младшего байта, входящего в это слово.

1. Оперативная память компьютера содержит 163 840 машинных слов, что составляет 0,625 Мбайт. Сколько битов содержит каждое слово?

Решение: 1 Мбайт = 1024 Кб = 1 048 576 байт = 1 048 576 * 8 =8 388 608 бит

Машинное слово = 8 388 608 *0,625 / 163 840 = 32 бита

2. Объем оперативной памяти компьютера составляет 1/8 часть Мбайта. Сколько машинных слов составляют оперативную память, если одно машинное слово содержит 64 бита?

3. Компьютер имеет оперативную память 2 Кбайта. Указать адрес последнего байта оперативной памяти (десятичной).

4. Вы работаете на компьютере с 4-байтовым машинным словом. С каким шагом меняются адреса машинных слов?

5. Компьютер имеет объем оперативной памяти 0,5 Кбайт. Адреса машинных слов меняются с шагом 4. Сколько машинных слов составляют оперативную память компьютера?

Презентация на тему: " 7 25 166 88 3000 512 11 3. Внутренняя память ПК условно делится на ячейки, каждая из которых имеет свой номер. Нумерация начинается с нуля 01234567 89101112131415." — Транскрипт:

2 Внутренняя память ПК условно делится на ячейки, каждая из которых имеет свой номер. Нумерация начинается с нуля И т. д. … …

3 Минимально адресуемой ячейкой памяти является байт – 8 двоичных разрядов. Порядковый номер байта называется его адресом. Наибольшую последовательность битов, которую процессор может обрабатывать как единое целое, называется машинным словом. Длина машинного слова может быть разной – 8, 16, 32 и т. д. бита и т. д.

4 Форматы представления чисел С фиксированной точкой Для кодирования целых чисел 1, 20, 345, 166, , 555, 34 С плавающей точкой Для задания подмножества действительных чисел 234, …..

5 Для размещения целых положительных чисел отводится 1 или 2 байта. Максимальное число, которое можно поместить в 1 байте – это = =2 8 -1

6 Этот способ существует для записи положительных и отрицательных целых чисел с фиксированной точкой Под знак отводится старший разряд ячейки: 0 – для положительных чисел; 1 – для отрицательных чисел. Например: ? ? положительное отрицательное

7 В одном байте могут разместиться числа из диапазона: От 0 до 255, если числа только положительные; От -128 до 127 – числа со знаком. В двух байтах могут разместиться числа из диапазона: От 0 до – числа только положительные; От до – числа со знаком.

8 Прямой код положительного двоичного числа Это само двоичное число Знаковый разряд равен 0 Обратный код положительного двоичного числа Это само двоичное число Знаковый разряд равен 0 Дополнительный код положительного двоичного числа Это само двоичное число Знаковый разряд равен 0 Т. е. для положительных чисел прямой, обратный и дополнительный коды одинаковые

9 Прямой код отрицательного двоичного числа Это само число Знаковый разряд равен 1 Обратный код отрицательного двоичного числа Получается из прямого кода путем замены нулей единицами, а единиц нулями Знаковый разряд равен 1 Дополнительный код отрицательного двоичного числа Получается как результат суммирования обратного кода с единицей младшего разряда Знаковый разряд равен 1

10 Определить прямой, обратный и дополнительный коды двоичных чисел: 1) ) )

11 Будем считать, что число размещается в 2-х байтах. Старший бит – знак числа. Незначащие нули добавляются слева от числа. Число Прямой код Обратный код Дополнительный код

12 Как будет представлено в памяти компьютера число ?

13 Для размещения числа возьмем 2 байта. Т.к. число положительное, то в старшем (15 бите) будет 0. Переведем число в двоичную систему счисления: = Результат: Знак числа Число

Термин «разрядность» часто используют при описании вычислительных устройств и систем, понимая под этим число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство. Но именно применительно к центральным процессорам (ЦП), как к наиболее сложным представителям вычислительного железа, не делимым на отдельные детали (до тех пор, пока кто-то не придумал, как продать отдельно кэш или умножитель внутри чипа), понятие разрядности оказывается весьма расплывчатым. Продемонстрировать это поможет умозрительный пример.

Представьте себе, что вокруг благодатные 80-е, в мире (всё ещё) десятки производителей ЦП, и вы работаете в одном из них над очередным поколением. Никаких 256-битных SSE8, встроенных GPU и 5-канальных контроллёров памяти на свете пока нет, но у вас уже есть готовый 16-битный процессор (точнее, «16-битный» пишется в технической документации), в котором 16 бит везде и во всём — от всех внешних шин до архитектурного размера обрабатываемых данных. Реальным примером такого ЦП могут быть первые однокорпусные (правда, не однокристальные) ЦП для архитектуры DEC PDP-11. И вот приходит задание руководства — разработать новое, обратно совместимое поколение этого же ЦП, которое будет 32-битным — не уточняя, что понимается под последним. Именно это понимание и предстоит прояснить в первую очередь. Итак, наш главный вопрос: что именно надо удвоить по разрядности в нашем пока насквозь 16-битном ЦП, чтобы получившийся процессор мог называться 32-битным? Чтобы решать задачу было легче, применим два подхода: систематизируем определения и посмотрим на примеры.Систематизируем

Первое, что приходит в голову — разрядность чего именно считать? Обратимся к определению любой информационной системы: её три основных функции — это обработка, хранение и ввод-вывод данных, за которые отвечают, соответственно, процессор(ы), память и периферия. Учитывая, что сложная иерархически самоподобная система состоит из многих компонент, можно утверждать, что такое разделение функций сохраняется и на компонентном уровне. Например, тот же процессор в основном обрабатывает данные, но он также обязан их хранить (для чего у него есть относительно небольшая память) и обмениваться с другими компонентами (для этого есть разные шины и их контроллёры). Поэтому будем функционально разделять разрядности обработки, хранения и обмена информации.

Рискну предположить, что все производители любого программируемого «железа», особенно процессоров, на 90% стараются не для конечных пользователей, а для программистов. Следовательно, с точки зрения производителей процессор должен выполнять нужные команды нужным образом. С другой стороны, детали структуры кристалла (топологические, электрические и физические параметры отдельных транзисторов, вентилей, логических элементов и блоков) могут быть скрыты не только от пользователя, но и от программиста. Выходит, что разрядность надо отличать и по реализации — физическую и архитектурную.

Следует добавить, что программисты тоже бывают разные: большинство пишут прикладные программы на языках высокого уровня с помощью компиляторов (что делает код до некоторой степени платформонезависимым), некоторые пишут драйверы и компоненты ОС (что заставляет более внимательно относиться к учёту реальных возможностей аппаратной части), есть творцы на ассемблере (явно требующем знания целевого процессора), а кто-то пишет сами компиляторы и ассемблеры (аналогично). Поэтому под программистами далее будем понимать именно тех, для кого детали аппаратной реализации важны если не для написания программы вообще, то хотя бы для её оптимизации по скорости — «архитектурная» разрядность чего-либо будет относиться именно к программированию на родном машинном языке процессора или более удобном ассемблере, не залезая при этом в нутро ЦП (это уже вопросы микроархитектуры, которую мы для большего различия и назвали физической реализацией). Описанные нюансы всё равно влияют на всех программистов, т.к. языки высокого уровня почти всегда переводятся компиляторами в машинный код, а компиляторы тоже должен кто-то написать. Исключения в виде интерпретируемых языков тоже не стоят в стороне — сами интерпретаторы тоже создаются с помощью компиляторов.

Осталось рассмотреть, разрядность какой именно информации нам интересна. Что вообще потребляет и генерирует ЦП в информационном смысле? Команды, данные, адреса и сигнально-управляющие коды. О последних речь не идёт — их разрядность жёстко зафиксирована в конкретной аппаратной реализации и в большинстве случаев программно не управляема. Чуть трудней с командами — в семействе архитектур RISC, например, разрядность любого обращения к памяти должна быть равна физической разрядности шины данных процессора, в т.ч. и при считывании кода (кроме некоторых послаблений в современных ARM и PowerPC). Это хорошо для ЦП — нет проблем с невыровненным доступом, все команды имеют одинаковую, либо переменную, но просто вычисляемую длину. Зато плохо для программиста — RISC это усечённый набор команд, которые ещё и занимают больше места, чем при более компактном кодировании (для того же алгоритма нужно больше команд, но и для того же числа команд надо больше байтов). Поэтому именно CISC-парадигма завоевала наибольший подход с её разнообразием и переменной длинной команд, не равной разрядности чего-либо. Разумеется, все современные ЦП внутри — настоящие RISC, но это только физически, а не архитектурно. Остались только два вида информации — данные и адреса. Их и рассмотрим.Собираем

У нас имеется три критерия видов разрядности: функциональный (обработки, хранения и обмена), реализационный (физическая и архитектурная) и типовой (данных и адресов). Итого уже 12 видов этой непонятной штуки. Предположим, что на каждую комбинацию критериев для нашего исходного ЦП мы отвечаем «16-битная» (и физическая разрядность обработки данных, и архитектурная хранения адресов, и все остальные). Теперь посмотрим, какие из этих вопросов обязательно должны давать ответ «32-битная», чтобы получившийся процессор оказался именно таким.

На аналогичные вопросы об архитектурных вычислениях над 32-битными данными и адресами, а также программно 32-битном обмене данных с программно 32-битной адресацией ответ может быть таким же — с данными надо, а с адресами не факт.



Intel 486DX2. Где-то здесь притаилась разрядность…

Но это ещё не всё. Зачем нам вообще 32-битная физическая или логическая адресация? Середина-конец 80-х, на рынке только-только появились мегабитные микросхемы памяти, типичный объём памяти для ПК пока что измеряется сотнями килобайт, но чуть позже — мегабайтами. А 32-битная адресация позволит получить доступ к 4 ГБ физического ОЗУ! Да кому вообще такое может понадобиться в ближайшие лет 20 в персоналках?! Неудивительно, что первые популярные «32-битные» ЦП имели совсем не 32 бита логической ширины шины адреса: MC68000 имел 24 (23 физических + 1 для управления разрядами), а MC68008 — и вовсе 20. Intel 386SX (вышедший на 3 года позже оригинального полностью 32-битного i80386), помимо уполовинивания шины данных, сократил и шину адреса до 24 (23 физических) бит, а его встраиваемые версии 386EX/CX имели 26-битную шину. Более того, первые чипсеты, позволявшие оперировать 32-битными адресами, появились лишь в 90-х, а первые материнские платы, имевшие достаточное число слотов памяти, чтобы набрать >4 ГБ модулями максимального на тот момент размера — лишь в 2000-х. Хотя первые ЦП с 64-битной физической шиной адреса (IBM/Motorola PowerPC 620) появились аж в 1994 г.. Выводим

Итак, физически в процессоре вообще ничего не требуется делать 32-битным. Достаточно лишь архитектурно убедить программиста, что ЦП выполняет 32-битные операции одной командой. И хотя она при отсутствии полноценных внутренних ресурсов неизбежно будет декодироваться в цепочки микрокода для управления 16-битными физическими порциями информации и аппаратными блоками — это уже программиста не волнует. Так что же, достаточно переписать прошивку, переделать декодер и схему управления, и вот наш 16-битный процессор сразу стал 32-битным?

Но означает ли всё это, что в ЦП как можно больше ресурсов, и аппаратных, и архитектурных, должны быть 32-битными, чтобы его можно было бы назвать полноценным 32-битным процессором? Совсем нет. Возьмём тот же MC68000 — у него 32-битная архитектура для данных и адресов и 32-битные регистры, но 16-битные АЛУ и внешняя шина данных и 24-битная физическая внешняя адресация. Тем не менее, недостаточная «32-битность» не мешает ему обгонять появившийся на 3 года позже «16-битный» 80286: на популярном в 1980-е бенчмарке Dhrystones MC68000 на 8 МГц набирает 2100 «попугаев», а 286 на 10 МГц — 1900 (также 16-битный i8088 на 4,77 МГц — 300).

Разрядности некоторых процессоров для ПК

* — Мультиплексированная шина данных и адреса (для ЦП с интегрированным контроллёром памяти — только межпроцессорная)
«A/B|C/D» — для данных указана разрядность скалярного целого / вещественного | векторного целого / вещественного доменов
«X+Y» — имеет домены этого вида двух разрядностей
«X-Y» — в зависимости от команды или ФУ принимает все промежуточные значения с целой степенью двойки

Презентация к уроку информатики в 8 классе по теме "Представление чисел в памяти компьютера". Рассмотрены правила представления в компьютере целых положительных и отрицательных чисел.

ВложениеРазмер
predstavlenie_chisel_v_pamyati_kompyutera.ppt 1.61 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

«ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЕЛ В ПАМЯТИ КОМПЬЮТЕРА»

Повторение: Переведите двоичные числа в десятичную: А)101101; б) 110010 2. Переведите десятичные числа в двоичные: А) 55; б) 89

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЦЕЛЫХ ЧИСЕЛ Все числа в компьютере представляются в виде двоичных кодов, т.е нулей и единиц . Элементы числа, называют разрядами или битами. Память компьютера условно делиться на ячейки, каждая из которых имеет свой номер. Нумерация начинается с нуля(справа налево). Минимальной адресуемой ячейкой памяти называется байт – 8 двоичных разрядов. порядковый номер байта называется его адресом . Наибольшую последовательность битов, которую процессор может обрабатывать как единое целое, называют машинным словом . Длина машинного слова может быть разной - 8 , 16 , 32 бит и т.д.

Целочисленный формат (формат с фиксированной точкой) используется для представления в компьютере целых положительных и отрицательных чисел. Для представления в компьютере положительных и отрицательных чисел существуют правила. Под знак отводится старший разряд ячейки: 0 - для положительных чисел, 1 - для отрицательных чисел.

Для положительного числа прямой, обратный и дополнительный коды выглядят одинаково. Прямой код двоичного числа — это само двоичное число, причем значение знакового разряда для положительных чисел равно 0, а для отрицательных чисел -1 . Обратный код отрицательного числа получается из прямого кода путем замены нулей единицами, а единиц нулями, исключая знаковый разряд. Дополнительный код отрицательного числа образуется как результат суммирования обратного кода с единицей младшего разряда. Перенос в знаковый разряд при этом теряется.

Пример 1. Определить прямой, обратный и дополнительный коды следующих двоичных чисел: а)111000; б) -111011; в) -100010. Решение Будем считать, что число размещается в 16 битах (2 байтах) . Старший бит – знак разряда. Незначащие нули добавляются слева от числа. Результат представим в виде таблицы: Число Прямой код Обратный код Дополнительный код 111000 0000000000111000 0000000000111000 0000000000111000 -111011 1000000000111011 1111111111000100 1111111111000101 -100010 1000000000100010 1111111111011101 1111111111011110

Пример 2. Как будет представлено в памяти компьютера целое число 12345 10 ? Решение Для размещения числа возьмем два байта. Поскольку число положительное, то в старшем (15-м) бите будет 0. Переведем число в двоичную систему счисления: 12345 10 = 11000000111001 2 . Результат: 0 0110000 00111001 Знак числа число

Читайте также: