Процессор фон неймановской эвм находит в памяти код очередной команды для исполнения

Обновлено: 04.07.2024

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.
Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

Принцип программного управления

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип однородности памяти

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения прграммы с использованием присвоенных имен.

Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:

* Устройства ввода/вывода информации
* Память компьютера
* Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ)

Машины, построенные на этих принципах, называются ФОН-НЕЙМАНОВСКИМИ.
Можно и по-другому сформулировать Принципы Джон фон Неймана:
1) принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности) ;
2) принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти) ;
3) принцип адресности (ОП состоит из пронумерованных ячеек и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка) Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные – управляющих сигналов от процессора к остальными узлам ЭВМ

· Принцип двоичного кодирования

· Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

· Принцип однородности памяти

· Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

· Принцип адресуемости памяти

· Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

· Принцип последовательного программного управления

· Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

· Принцип жесткости архитектуры

· Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

· Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

· Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

· Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

· Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда должна быть командой завершения работы.

· Команда состоит из указания, какую операцию следует выполнить (из возможных операций на данном «железе») и адресов ячеек памяти, где хранятся данные, над которыми следует выполнить указанную операцию, а также адреса ячейки, куда следует записать результат (если его требуется сохранить в ЗУ).

· Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.

· Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку.

· УУ управляет всеми частями компьютера. От управляющего устройства на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии.

· Управляющее устройство содержит специальный регистр (ячейку), который называется «счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство — «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.

· В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, следовательно, указывает на следующую команду программы. Когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление.

16)Структура и архитектура вычислительной системы

Система (от греческого systema — целое, составленное из частей соединение) — это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство.
Вычислительная система — это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для совместного выполнения информационно-вычислительных процессов.
Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку.
Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:
• возможность работы в разных режимах;
• модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;
• унификация и стандартизация технических и программных решений;
• иерархия в организации управления процессами;
• способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;
• обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений
По назначению ВС делят на
• универсальные,
• проблемно-ориентированные
• специализированные.
Универсальные предназначаются для решения широкого класса задач. Проблемно-ориентированные используются для решения определенного круга задач в сравнительно узкой сфере. Специализированные ориентированы на решение узкого класса задач
По типу ВС различаются на
• многомашинные
• многопроцессорные.
Вычислительная система может строиться на базе либо целых компьютеров (многомашинная ВС), либо на базе отдельных процессоров (многопроцессорная ВС).
По типу ЭВМ или процессоров различают
• однородные – строятся на базе однотипных компьютеров или процессоров.
• неоднородные системы – включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров.
Территориально ВС делятся на:
• сосредоточенные (все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга);
• распределенные (компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети);
По методам управления элементами ВС различают
• централизованные,
• децентрализованные
• со смешанным управлением.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.

По сути, Нейману удалось обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на их основе принципиально новое.

Принципы фон Неймана

Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.
Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

Как работает машина фон Неймана

Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда должна быть командой завершения работы.

Команда состоит из указания, какую операцию следует выполнить (из возможных операций на данном «железе») и адресов ячеек памяти, где хранятся данные, над которыми следует выполнить указанную операцию, а также адреса ячейки, куда следует записать результат (если его требуется сохранить в ЗУ).

Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.

Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку.

УУ управляет всеми частями компьютера. От управляющего устройства на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии.

Управляющее устройство содержит специальный регистр (ячейку), который называется «счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство — «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.

В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, следовательно, указывает на следующую команду программы. Когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление.

из следующей по порядку ячейки памяти
из ячейки памяти, адрес которой находится в регистре-счетчике команд процессора

Восьмеричное представление шестнадцатиразрядного двоичного числа имеет вид 012111. Образуйте восьмеричное представление эквивалентного ему числа с противоположным знаком.

165667
Перенос в старший разряд при отсутствии переноса из старшего разряда свидетельствует:

Об ошибке выполнения операции сложения целых положительных чисел
Об ошибке выполнения операции сложения целых чисел со знаком
Об ошибке выполнения операции сложения целых отрицательных чисел

Наличие переноса в старший разряд при отсутствии переноса из старшего разряда
Наличие переноса из старшего разряда при отсутствии переноса в старший разряд

Отсутствует арифметическое переполнение и переносы в старший разряд и из старшего разряда

Преобразуйте число 1001001001001001 из двоичной системы счисления в восьмеричную

111111
Результат сложения двух шестнадцатиразрядных двоичных чисел без знака 0001010001001001 + 1001001001111001 :

2.2 Двоичная арифметика
Восьмеричное представление шестнадцатиразрядного двоичного числа имеет вид 012111. Образуйте восьмеричное представление эквивалентного ему числа с противоположным знаком.

165667
Восьмеричное представление шестнадцатиразрядного двоичного числа имеет вид 111111. Образуйте восьмеричное представление эквивалентного ему числа с противоположным знаком.

066667
Восьмеричное представление шестнадцатиразрядного двоичного числа имеет вид 111131. Образуйте восьмеричное представление эквивалентного ему числа с противоположным знаком.

066647
Арифметическое переполнение это:

Наличие переноса в старший разряд при отсутствии переноса из старшего разряда
Наличие переноса из старшего разряда при отсутствии переноса в старший разряд

Преобразуйте число 1001001001001001 из двоичной системы счисления в восьмеричную

111111
Преобразуйте число 1010101010101010 из двоичной системы счисления в восьмеричную

125252
Преобразуйте число 1100110011001100 из двоичной системы счисления в восьмеричную

146314
Преобразуйте число 1111111111111111 из двоичной системы счисления в восьмеричную

177777
Преобразуйте число 9B8C из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную

Преобразуйте число FFFF из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную

Преобразуйте двоичное число 0001010001001001 в его двоично-дополнительный код

Преобразуйте двоичное число 1000001010100100 в его двоично-дополнительный код

Преобразуйте двоичное число 1001001001100001 в его двоично-дополнительный код

Преобразуйте двоичное число 1001001111001001 в его двоично-дополнительный код

Преобразуйте число 012111 из восьмеричной системы в шестнадцатиразрядное двоичное число

Преобразуйте число 101234 из восьмеричной системы в шестнадцатиразрядное двоичное число

Преобразуйте число 111311 из восьмеричной системы в шестнадцатиразрядное двоичное число

Преобразуйте число 161111 из восьмеричной системы в шестнадцатиразрядное двоичное число

В пособии рассматриваются основные принципы построения ЭВМ с фон-неймановской архитектурой: структура центрального процессора, система команд, организация ввода-вывода, управление памятью. Оно предназначено для использования в качестве учебных материалов по дисциплине «Архитектура ЭВМ», изучаемой студентами первого курса факультета компьютерных наук, и является вводным курсом для цикла дисциплин, связанных с программированием и использованием вычислительной и микропроцессорной техники.

Составитель – А.П.Толстобров Пособие подготовлено на кафедре Информационных систем факультета компьютерных наук Воронежского государственного университета Рекомендуется для студентов 1 курса направления подготовки дипломированного специалиста 654700 – «Информационные системы», специальности 07900 – «Информационные системы и технологии» по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем» и направления подготовки бакалавров 511800 – «Математика. Компьютерные науки» по дисциплине «Архитектура ЭВМ и системное программное обеспечение» © Толстобров Александр Павлович, 2004 © Воронежский государственный университет, 2004 3 Введение За полувековую историю развития ЭВМ сменилось несколько поколений электронных вычислительных систем, кардинальным образом изменилась их технология и элементная база, их качественные характеристики, значительно расширилась сфера применения компьютерной техники. Эти факторы, естественно, усложняют изучение этого вида техники. Интересно, однако, что, несмотря на множество поколений, семейств, типов и конкретных реализаций ЭВМ, в основе большинства из них лежат общие принципы, сформулированые в 1946 году американским ученым Джоном фон-Нейманом. Важность изучения этих принципов при подготовке специалистов в области компьютерных технологий обусловлена не только тем, что они до сих пор лежат в основе большинства современных ЭВМ и компьютерных систем. Их знание необходимо для успешного понимания других уже «не фоннеймановских» архитектурных принципов и технических решений, используемых при построении и развитии современных компьютерных устройств и систем, по нимания необходимости и условий использования этих новых принципов, достигаемого при этом эффекта и цены, которую приходится платить для его достижения.

Сложность современных вычислительных машин закономерно привела к понятию архитектура ЭВМ, охватывающего описание принципов организации цифровой вычислительной системы на некотором общем уровне, ориентированном в первую очередь на пользователя, интересующегося главным образом возможностями машины, а не деталями ее технического исполнения. Этот уровень не отражает такие проблемы, как управление и передача данных внутри процессора, конструктивные особенности логических схем и специфика технологии их производства. В круг рассматриваемых вопросов входят способы представление информации в ЭВМ и принципы построения устройств для выполнения арифметических и логических операций, структура центрального процессора ЭВМ, проблемы кодирования и выполнения команд ЭВМ, организация памяти ЭВМ и системы адресации, управление памятью, организация совместной работы входящих в ЭВМ устройств, операции ввода-вывода информации и т.д. Знание этих аспектов организации ЭВМ необходимо для обеспечения эффективного использования всех возможностей конкретной компьютерной системы, при программировании на машинно-ориентированном языке (например, в машинных кодах, на языке ассемблера).

1. Принципы организации ЭВМ с фоннеймановской архитектурой 1.1. Обобщенная структура ЭВМ Типичная цифровая ЭВМ включает в себя три основных компонента:

процессор, память и внешние устройства. Ее обобщенная блок-схема представлена на рис.1.1.

Память ЭВМ Процессор Внешние устройства Рис.1.Процессор или центральный процессор (ЦП) – это устройство, предназначенное для выполнения основных операций по обработке данных, арифметических и логических операций над числами, управления работой других частей ЭМ.

Память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – предназначено для хранения кодов команд, составляющих выполняемую ЭВМ программу, и данных или операндов, т.е. двоичных чисел или кодов, над которыми процессор ЭВМ выполняет задаваемые командами операции.

Через устройства ввода-вывода или внешние (периферийные) устройства осуществляется взаимодействие ЭВМ с внешним миром.

Компоненты ЭВМ связаны друг с другом с помощью специальной шины или канала ЭВМ, представляющих собой набор линий связи, предназначенных для передачи информационных и управляющих сигналов между компо нентами ЭВМ.

Приведенная схема является настолько привычной, что кажется почти очевидной. Однако, совсем не праздными являются вопросы, почему типичная ЭВМ включает в себя указанные компоненты, являются ли они обязательными, возможны ли другие способы построения ЭВМ, каково должно быть устройство основных элементов ЭВМ, наконец, что же общего между первыми ЭВМ и современными компьютерами.

В 1946 году Джон фон-Нейман вместе с группой работавших вместе с ним ученых сформулировал основные принципы, которым должно удовлетворять устройство, получившее название электронная вычислительная машина или ЭВМ. Эти принципы оказались настолько основополагающими, что и до настоящего времени, несмотряна смену большого числа поколений ЭВМ, большинство из них основано на использовании этих принципов, по лучивших название фон-неймановских принципов организации ЭВМ.

1.2. Принципы организации ЭВМ Принципы, которым удовлетворяют ЭВМ с фон-неймановской архитектурой, заключаются в следующем:

1. ЭВМ – это машина с хранимой (в памяти ЭВМ) программой, представленной в виде последовательности команд.

2. Выполняемые ЭВМ команды и операнды, т.е. данные, над которыми выполняется задаваемая командой операция, представлены в ЭВМ в виде двоичного кода с определенным количеством разрядов.

3. Память ЭВМ организована в виде последовательности запоминающих ячеек, в каждой из которых может храниться (запоминаться) некоторый двоичный код – число иликод символа алфавита, представляющие обрабатываемые данные, код команды ЭВМ. В конкретный момент времени можно обратиться для записи или чтения к любой одной из этих ячеек независимо от ее расположения в памяти, указав адрес (порядковый номер) этой ячейки. Таким способом организованная память называется памятью с произвольным доступом.

4. В ЭВМ используется общая память как для хранения данных, так и для хранения команд. При этом в кодах самих данных и команд отсутствуют признаки, позволяющие явно отличать их друг от друга. Процессор различает данные и команды только по контексту выполняемой программы.

5. Предназначение данных, их тип и способ использования также явно не указываются. Они определяются и различаются по контексту выполняемой программы.

6. В классической фон-неймановской ЭВМ используется один центральный процессор.

1.3. Контрольные вопросы 1. Объясните, в чем состоит принципиальный смысл формулы «ЭВМ – это машина с хранимой программой» 2. Какая система счисления и почему выбрана в фон-неймановской ЭВМ для внутреннего представления чисел 3. Представление в памяти фон-неймановской ЭВМ данных и команд.

4. Что такое программа ЭВМ В каком виде и где она должна размещаться, для того чтобы процессор мог ее выполнять 5. Для чего в ЭВМ нужна память Особенности организации памяти фоннеймановской ЭВМ.

6. Что такое «память с произвольным доступом», возможны ли другие спо собы доступа к ячейкам памяти, другие способы организации памяти 7. Что такое адрес ячейки памяти ЭВМ 8. В ЭВМ с фон-неймановской архитектурой данные и команды хранятся:

a) раздельно в памяти команд и памяти данных;

b) в общей памяти;

c) данные хранятся в памяти ЭВМ, а команды поступают от внешних устройств;

d) команды находятся в памяти ЭВМ, а данные принимаются из портов внешних устройств;

В чем преимущество выбранного Вами решения 9. Можно ли по содержимому ячейки памяти фон-неймановской ЭВМ определить, что в ней находится: команда, целое число без знака, число со знаком и т.д., если да, то каким образом 10. Каким образом процессор фон-неймановской ЭВМ определяет, из каких ячеек памяти следует выбирать команды, а из каких данные 2. Представление информации в ЭВМ. Системы счисления и арифметические операции над числами 2.1. Виды информации Фон-неймановский компьютер представляет собой систему обработки информации, представленной в виде двоичного кода, то есть выраженной в виде последовательности нулей и единиц. Это обусловлено тем, что для представления такого кода можно использовать физические процессы и объекты, которые могут находиться в двух устойчивых состояниях. Такие процессы и объекты реализуются гораздо проще, чем имеющие большее число состояний. Кроме того, существенно проще реализуются устройства, осуществляющие обработку таким образом представленной информации, в частности, арифметических операций над числами.

Один двоичный разряд позволяет представить минимальную «порцию» информации, равную одному биту. Восемь двоичных разрядов образуют байт. Шестнадцать двоичных разрядов образуют слово, состоящее, в свою очередь, из младшего (правого) и старшего (левого) байтов.

разряды (биты) старший младший байты слово Рис.2.Последовательность двоичных разрядов может быть использована для кодирования различных видов информации.

• Логическая информация. В этом случае два состояния каждого двоичного разряда представляют собой одно из состояний логической переменной – истина (true) или ложь (false).

• Алфавитно-символьная информация. Для кодирования символов какого-либо алфавита используется определенное количество двоичных разрядов. Набор из n двоичных разрядов позволяет представить алфавит из 2n символов. Обычно для кодирования алфавитно-цифровых символов используется байт. С помощью байта можно кодировать символы алфавита, состоящего из 28 = 256 различных символов. При этом возможны и практически используются различные кодировки или кодовые таблицы соответствия двоичных кодов конкретным символам : ASCII, КОИ8, DOS, Windows и другие, что создает на практике определенные трудности при интерпретации алфавитно-символьной информации в различных программных системах.

• Числовая информация. Двоичный код представляет собой ту или иную форму чисел (без знака и со знаком, целое, дробное с фиксированной или плавающей точкой).

2.2. Выбор системы счисления для представления чисел в ЭВМ Общепринятой в человеческой практике формой представления чисел является использование позиционной системы счисления. В позиционной системе счисления вес, т.е. значимость каждой цифры, составляющей число, определяется его позицией внутри числа. В соответствии со своей позицией каждая цифра числа умножается на коэффициент, представляющий собой так называемое основание системы счисления, возведенное в степень, равную номеру позиции данной цифры слева направо. Например:

572410 = 5·103 + 7·102 + 2·101 + 4·100 – целое число в десятичной системе счисления 34,8510 = 3·101 + 4·100 + 8·10-1 +5·10-2 – дробное число в десятичной системе 27318 = 2·83 + 7·82 + 3·81 + 1·80 – целое число в восьмеричной системе 110102 = 1·24 + 1·23 + 0·22 + 1·21 + 0·20 – целое число в двоичной системе счисления Для представления чисел в ЭВМ была выбрана двоичная система счисления. Эта система, являясь наиболее простой, использует только две цифры – 0 и 1.

В таблице 2.1 приведено взаимное соответствие чисел, представленных в десятичной и двоичной системах счисления, а также восьмеричной и шестнадцатеричной системах.

Таблица 2.Шестнадцате- ДвоичноДесятичная Двоичная Восьмеричная ричная десятичная 0 0 0 0 1 1 1 1 2 10 2 2 3 11 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 1 11 1011 13 B 1 12 1100 14 C 1 13 1101 15 D 1 14 1110 16 E 1 15 1111 17 F 1 16 10000 20 10 1 17 10001 21 11 1 18 10010 22 12 1 19 10011 23 13 1 20 10100 24 14 10 21 10101 25 15 10 22 10110 26 16 10 23 10111 27 17 10 24 11000 30 18 10 25 11001 31 19 10 26 11010 32 1A 10 27 11011 33 1B 10 28 11100 34 1C 10 29 11101 35 1D 10 30 11110 36 1E 11 31 11111 37 1F 11 32 100000 40 20 11 Причина использования восьмеричной и шестнадцатеричной систем в компьютерных приложениях лежит в простоте их перевода в двоичную систему и обратно. В таблице приведено также представление чисел в двоичнодесятичной системе.

2.3. Представление в ЭВМ целых двоичных чисел без знака Обычной моделью представления целых чисел является бесконечная числовая ось (рис.2.2), на которой при движении слева направо числа последовательно увеличиваются на единицу.

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Рис.2.Так как в фон-неймановской ЭВМ для представления чисел используется конечное число разрядов, то, следовательно, и все множество представимых в ЭВМ целых чисел также оказывается конечным. В связи с этим представляющая эти числа числовая ось как бы замыкается сама на себя, как это по казано на рис.2.3 для четырехразрядных двоичных чисел.

13 14 15 0 1 1101 1110 1111 0000 0001 12 0011 1010 1001 1000 0111 0110 10 9 8 7 6 Рис.2.Дело в том, что в аппаратных средствах ЭВМ, оперирующих с двоичными числами с конечным числом разрядов, имеются физические элементы для представления и отображения только этих разрядов. Поэтому операция прибавления единицы к наибольшему представимому в данном примере числу 1111 приведет к переходу не к числу 10000, а к числу 0000, т.к. возникающий в результате переноса пятый разряд аппаратурой не фиксируется и для пользователя никаким образом не проявляется.

2.4. Представление в ЭВМ целых чисел со знаком Очевидно, что при использовании для представления чисел со знаком конечного количества двоичных разрядов как отрицательные, так и положительные двоичные числа могут быть представлены только экземплярами из имеющегося конечного набора (множества) чисел. Возможная конкретная форма представления в ЭВМ чисел со знаком, т.е. взаимного соответствия двоичных кодов с фиксированным количеством разрядов конкретным положительным и отрицательным числам, может быть различной. Конкретный выбор этой формы имеет очень большое значение, т.к. от этого в большой степени определяет алгоритм выполнения основных арифметических операций над числами со знаком и, следовательно, сложность реализации устройств, осуществляющих в ЭВМ эти операции.

Обычно для представления отрицательных чисел в ЭВМ используют так называемый двоично-дополнительный код. Пример такой формы представления чисел со знаком для четырехразрядных чисел может быть наглядно представлен в виде замыкающейся самой на себя числовой оси, как это показано на рис.2.4.

-3 -2 -1 0 1 1101 1110 1111 0000 0001 -4 Отрицательные Положительные числа числа -0100 1010 1001 1000 0111 0110 -6 -7 -8 7 6 Рис.2.Алгоритм получения двоично-дополнительного кода отрицательного числа из соответствующего ему положительного числа достаточно прост.

– Вначале следует проинвертировать все разряды исходного положительного числа, т.е. заменить в нем все нули на единицы, а единицы на нули, после чего к результату прибавить единицу.

1. Положительные числа представляются обычным образом;

2. У всех положительных чисел старший разряд равен нулю, а у всех отрицательных равен единице;

3. При переходе по часовой стрелке от одного числа к другому, как для положительных, так и для отрицательных чисел, каждое следующее число на единицу больше предыдущего, как это имеет место для обычного представления чисел на бесконечной числовой оси;

4. Сумма положительного числа и равного ему по абсолютной величине отрицательного числа равна нулю.

Наиболее важным доводом в пользу такого представления чисел со знаком является то, что арифметическая операция вычитания может быть заменена в этом случае операцией алгебраического сложения чисел со знаком.

Продолжите фразу: «В компьютерах с классической фон-неймановской архитектурой все процессы ввода-вывода находились под управлением. ».

контроллера
процессора
шины управления
драйверов устройства

Вопрос 5

Выберите утверждения, характерные для принципа двоичного кодирования информации.

Только числовая информация представляется в виде двоичного кода.
Текстовая информация представляется в виде десятичных чисел.
Данные представляются в виде последовательности нулей и единиц
Программы представляются в виде двоичного кода
В ЭВМ используется двоичная система счисления

Вопрос 6

Продолжите фразу, выбрав соответствующий вариант ответа. «В современных компьютерах контроллерами называются. ».

специальные программы
программы для обмена данными между процессором и внешними устройствами
специальные микропроцессоры
специальные драйверы

Вопрос 7

Восстановите последовательность действий процессора.

чтение команды из памяти и её расшифровка
формирование адреса следующей команды
выполнение команды

Вопрос 8

Восстановите утверждение. Команды и ___________ размещаются в _______________памяти, состоящей из _____________, имеющих свои номера (адреса).

(впишите слова в нужном падеже в соответствии с пропусками через пробел, малыми буквами)

Вопрос 9

заполните пропуски. Магистраль — устройство для обмена __________ между устройствами компьютера.

(впишите слово в нужном падеже в соответствии с пропуском, малыми буквами)

Вопрос 10

Шины. Установите соответствие.

используется для указания физического адреса устройства
организует передачу данных
используется для обработки данных
используется для передачи данных между узлами компьютера
организует сам процесс обмена (сигналы чтение/запись, данные готовы/не готовы, обращение к внутренней/внешней памяти и др.)
используется для указания адреса устройства управления

Вопрос 11

Важным элементом устройства управления является счётчик адреса команд, где в любой момент времени хранится адрес

Читайте также: