Основные принципы построения ЭВМ. — КиберПедия 

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

Основные принципы построения ЭВМ.

2021-03-18 98
Основные принципы построения ЭВМ. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Основные принципы построения ЭВМ.

                   Ядро                                        Внешние устройства

Машинные программы, исходные данные будут расположены в ОП(оперативной части).

Сами команды будут выполняться и обрабатываться в ЦП(центральном процессоре).

Устройства ввода/вывода: клавиатура, мышь, принтер и другие.

ВЗУ: винчестер, CD, дискеты и другие.

 

 

I. Связь ядра и внешних устройств:

 

1) канальный ввод/вывод:

   

Данные из Внешних устройств через канал поступают в ОП

 

2) общая шина:

3) радиальный ввод/вывод:

 

Для больших потоков информации вводится контроллер. Он управляет потоком информации.

 

II. Способ построения ядра:

 

1) мультипроцессорная вычислительная система:

             С одной ОП работает несколько ЦП.              

 

                                  Ядро                                            количество ЦП =n (n<10)

 

 

 

2) многомашинные комплексы:

 

                     ЭВМ 1                                                       ЭВМ N

3) векторные системы:

 

 

4)спецпроцессоры.

Ориентированы на решение конкретных специальных задач.

Системы счисления, используемые в ЭВМ.

Системой счисления называется способ представления чисел посредством цифровых знаков или алфавита символов.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления.

В позиционных системах счисления - значение цифры зависит от места расположения в числе (арабская система счисления): 3 30 300.

В непозиционных системах счисления значение цифры не зависит от места расположения в числе (римская система счисления):    IV VI.

В ЭВМ используют только позиционные системы счисления.

Основанием системы счисления q – называется количество цифр, используемое в данной системе счисления. Например для десятичной системы счисления q=10: 0,…,9.

В ЭВМ используются системы счисления с основаниями:

q=2: 0,1;

q=8: 0,…,7;

q=16: 0,…,9,A,B,C,D,E,F.

 

Таблица соответствия чисел (от 0 до 15), представленных в двоичной, десятичной, шестнадцатеричной системах счисления.

q=10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
q=2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
q=16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

 

Где q – основание системы счисления.

 

 

Представление чисел в позиционной системе счисления.

Число в позиционной системе счисления можно представить в виде полинома:

 

X= аnqn + аn-1 qn-1+...+ а1q1 + а0q0 + а-1q-1 +...+ а-mq-m

 

где n + 1 - число цифр в целой части числа;

m – число цифр в дробной части числа;

q – основание системы счисления;

аi – любая из цифр для заданной системы счисления.

 

Пример:

Число 753,24 в десятичной системе счисления можно представить в виде:

7*102 + 5*101 + 3*100 + 2*10-1 + 4*10-2

Перевод чисел из двоичной(восьмеричной, шестнадцатеричной) системы счисления в десятичную систему счисления.

Для перевода необходимо представить число в виде полинома, в котором все числа выражены в десятичной системе счисления и выполнить действия в десятичной системе счисления.

 

 

Пример:

4 3 2 1 0

(1 0 1 1 0)2 – (?)10

(10110)2 = 1*24 + 0*23 + 1*22 + 1*21 + 0*20 = 16 + 4 = (22)10

 

 

Перевод чисел из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную.

   

Чтобы перевести число из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную необходимо каждую шестнадцатеричную цифру заменить двоичным эквивалентом.

 

   

 

(16,599)16 – (10110,010110011001)2

 

Дополнительный код.

 

Дополнительным кодом целого двоичного числа называется число, образованное по формуле:

     

Дополнительным кодом дробного двоичного числ а называется число, образованное по формуле:


Правило:  Чтобы получить дополнительный код двоичного отрицательного числа необходимо в знаковый разряд поставить 1, все значащие разряды проинвертировать и к младшему разряду прибавить 1.

Это применимо как для целых так и для дробных чисел.

 

Пример:

А=5, В=4

 

+
+
1.1010  -5 обратный код                            1.1011  -4 обратный код                                

   1                                                                         1

1.1011 -5 дополнительный код                1.1100   -4 дополнительный код                            

 

Для положительных чисел прямой и дополнительный коды совпадают.

 

Правило: Чтобы выполнить алгебраическое суммирование двоичных чисел с использованием дополнительного кода, положительные числа представляются в прямом коде, отрицательные – в дополнительном, и производится суммирование кодов чисел включая знаковые разряды.

При возникновении 1 переноса из знакового разряда – она отбрасывается.

Если в знаковом разряде 1, значит результат отрицательный и представлен в дополнительном коде.

Чтобы получить прямой код результата необходимо в знаковом разряде оставить 1, значащие разряды проинвертировать, к младшему разряду прибавить 1.

 

Пример:

    А-В

+
  1.1100                  -4 дополнительный код

  0.0101          +5 прямой код

  0.0001                     +1 прямой код

  1

 

 

 Если образовался “0” в знаковом разряде, то число получилось положительным и представлено в прямом коде, а если “1”, то это число отрицательное и представлено в дополнительном коде.

Пример:

   В-А

+
0.0100                    +4 прямой код                           

1.1011                     -5  дополнительный код                    

  1.1111

Знаковый разряд результата равен 1. Из этого следует, что результат получился отрицательным и представлен в дополнительном коде. Прямой код результата равен:

+
1.0000

        1

1.0001                      -1  прямой код

 

D – триггер задержки.

Таблица переходов.

t t+1
D q(t+1)
0 0
1 1

                                 

 


                                                     

 

 


                                            

R
                                           


                                                            

JK – триггер универсальный.

Таблица переходов.

 

t

t+1
J K  
0 0 q(t)
0 1 0
1 0 1
1 1 q(t)

 

 


                                               

K
                                               

     
 
C


R
J
                                   

Регистры.

 

Регистр - устройство, предназначенное для хранения, приёма, выдачи машинных слов, а также рядов вспомогательных операций- например, сдвиг.

 

Регистр состоит из триггеров, число которых равно числу разрядов в машинном слове.

Дешифратор.

Дешифратором называется устройство, которое имеет n входов и m выходов, где m=2n. Дешифратор позволяет код, подаваемый на вход, преобразовывать в сигнал на одном из выходов, номер которого соответствует этому коду.

 

n=3 m=8

 

x0 1 0                                                         y0

                                                                      y1

x1 0                                                            y2

                                                                     .

x2 1                                                            .

                                                         .

                                                         .        

                                                          y7

 

на входе(101) – на у5 выходе будет 1

 

Пример:

000 y0=

001 y1=

010 y2=

111 ym-1=

 

Комбинационная схема.

 

 

                                 
             
               

 


                                                                                                      y0

   
 

 


                                                                                                 y1

         
 
 

 


                                                                                                              

                                                                                                      y2


                                                                .

                                                     .

 


                                                      ym-1

         
   

 


Сумматор.

Сумматором называется устройство, которое предназначено для сложения кодов чисел без учёта знака.

Различают:

· одноразрядные сумматоры,

· многоразрядные сумматоры.

Одноразрядный сумматор предназначен для сложения разряда слагаемых и переноса из предыдущего разряда. В результате суммирования получается значение (разряд) суммы и перенос в следующий разряд.

Многоразрядный сумматор представляет собой комбинацию одноразрядных сумматоров.

ü Для суммирования кодов чисел с использованием последовательного кода используются одноразрядные сумматоры.

ü Для суммирования кодов чисел с использованием параллельного кода используются многоразрядные сумматоры.

Счётчики.

Счётчик – это устройство, которое предназначено для подсчётов чисел во входной последовательности.

Счётчики бывают:

· суммирующие - выполняют операцию сложения,

· вычитающие - выполняют операцию вычитания,

· реверсивные – выполняют операции и сложения, и вычитания.

Адресная память.

Оперативная (основная) память является представителем адресной памяти.

                                                                             

             
Р А П
   
ЗМ
 
Р Ч П

 

 

 


РАП – регистр адреса памяти.

РЧП – регистр числа памяти.

ЗМ – запоминающий массив.

ДШ – дешифратор.

Шириной выборки из оперативной памяти называется число байт информации, которую можно считать или записать за одно обращение к памяти.

Основные операции, которые производятся в адресной памяти, это чтение и запись.

Стековая память.

Вспомогательная память представляет стековую память.

Стек – это память, организованная по принципу «последний пришёл, первый ушёл»; память «магазинного» типа.

 

         
   


N

                                                                                Указатель стека     

 


                                                                     Указатель стека = указатель стека – 1   

 
c

 


b
   

 

 
a

 


0

адрес

 

Указатель стека всегда будет указывать на последнюю занятую ячейку. Писать можно только в верхнюю свободную ячейку. Нельзя считывать a, пока не считали все верхние ячейки до a (d, c, b). Информация считывается по указателю стека, а после считывания указатель стека уменьшается на 1.

Ассоциативная память.

ЗМ
РО
                                                                                                РО – регистр отклика

                                                                                                РМ – регистр маски

                                                                                                РП – регистр признаков

     
РП
РМ

 

 


На РП записывается некоторый код. Все ячейки в ЗМ проверяются на наличие кода, записанного на РП. И в тех ячейках, где содержимое ячейки совпало с кодом на РП, соответствующий разряд помечается на РО. На РМ устанавливается некоторый код маски, который позволяет замаскировать отдельные разряды на РП, которые в дальнейшем не будут участвовать в сравнении с содержимым ячеек ЗМ.

Устройство управления (УУ).

Предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются команды ЭВМ.

По способу организации различают:

· микропрограммные УУ

· аппаратные УУ

 

Управляющие регистры (УР).

СчК (счётчик команд) – хранит адрес следующей выполняемой команды.

РК (регистр команд) – хранит текущую выполняемую команду.

Четырёхадресные команды.

 


А1 – адресная часть команды, в которой содержится информация об адресе первого операнда.

А2 – содержит информацию об адресе второго опранда.

А3 – содержит информацию об адресе, по которому должен быть помещён результат.

А4 – содержится информация об адресе следующей выполняемой команды.

Двухадресные команды.

А2
А1
коп
Нет поля А3.

 

Результат записываем либо по адресу А1, либо по адресу А2 (тогда этот операнд, на место которого будет записан результат, сотрётся, и нужна дополнительная команда, чтобы перезаписать этот операнд, если он понадобится для другой команды).

Одноадресные команды.


Регистр-аккумулятор добавляется в структуру ЦП. В него помещается второй операнд до выполнения одноадресной команды.

Безадресные команды.

 

коп
Используется стек.

 

 

                                                  z=c+b

            c      +         b           =      z

 

 

         
   

 

 

ü


ü Самый оптимальный вариант – это двухадресные и трёхадресные команды.

Способы адресации.

Адресный код команды в полях Аi в большинстве случаев не совпадает с исполнительным адресом.

Под исполнительным адресом понимается физический адрес ячейки памяти, по которому хранится информация, или же по которому её необходимо записать.

 

1.
Аi
коп
Прямая адресация.

В адресном поле Аi хранится непосредственно исполнительный адрес.

Структурная схема.

 

Аi
коп
                                                                                                          

  операнд
                                                  ОП                                             

                  адрес                   операнд      АЛУ                   

                                                                                                          

 

РАП = РК (Аi)

РЧП = Чт (РАП)

РА = РЧП

 

2. Непосредственная адресация.

В адресном поле команды хранится операнд.

Структурная схема.
коп
Аi
                

 

 

              

                   операнд АЛУ

 

 

РА = РК (Аi)

При непосредственной адресации можно только считывать операнд, но нельзя записывать результат на место Аi.

 

3. Косвенная адресация.

В адресном поле команды хранится адрес ячейки ОП, по которому находится адрес операнда (то есть адрес адреса).

Структурная схема.

 


  адрес операнда     операнд
                                   ОП

     
 

 


                                                        адрес операнда

                                                            

                                                        операнд       АЛУ

 

 


РАП = РК (Аi) – подаём в память адрес адреса операнда.

РЧП = Чт (РАП) – получили адрес операнда.

РАП = РЧП

РЧП = Чт (РАП) – получили операнд.

РА = РЧП

 

4. Регистровая адресация.

В адресном поле команды указывается номер РОНа, в котором хранится операнд.

Структурная схема.

                               
коп
Ri
                                 

 

 


  операнд
                                                  ОП                                        

              Номер РОНа                операнд АЛУ             

                                                                                                          

 

 

РОНы используются для сокращения времени доступа за операндами.

Микропрограмма выполнения двухадресной команды формата регистр-регистр (R-R). Структура операционной части ЦП.

 

Запись результата производится на место первого операнда.

 

ОП

ЗМ
Р Ч П
Р А П
                                                                                 Чт

                                                                                     

 

 

     
 

 


СчК
R2
R1
коп
                                      РК          

             

         
Дш
 
РА
 
РВ


+n        

         
 
БУУ


            

 

     
 

 


Чт

РЧРП
Зп

 

 


РАРП – регистр адреса регистровой памяти

РЧРП – регистр числа регистровой памяти

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = СчК – адрес следующей выполняемой команды помещаем в память.

РЧП = Чт (РАП) – на РЧП прочитали команду.

РК = РЧП – передали команду на РК.

СчК = СчК + n – (n – это длина в байтах текущей выполняемой команды).

2 этап. Дешифрация.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

РАРП = РК (R1) – подали номер РОНа, где хранится первый операнд.

РЧРП = Чт (РАРП) – выбрали первый операнд.

РА = РЧРП

РАРП = РК (R2)

РЧРП = Чт (РАРП) – выбрали второй операнд.

РВ = РЧРП

4 этап. Выполнение операций в АЛУ.

РС = РА оп РВ

5этап. Запись результата.

РАРП = РК (R1)

РЧРП = РС

Зп (РАРП) = РЧРП – записали результат в R1.

Выполнение команд безусловного перехода формата R-R.

коп
R2
М
             А1 А2

                                                       М – маска.

                                                        R2 – кодируется номер РОНа, в котором хранится адрес перехода.

Go to L.

1 этап. Выбор машинной команды.

Аналогично.

2 этап. Дешифрация.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

РАРП = РК (R2) – выбираем адрес перехода.

РЧРП = Чт (РАРП)

СчК = РЧРП – выбран адрес, по которому надо передать управление.

 ОП

 

ЗМ
Р Ч П
Р А П
                                                                                 Чт

 

                                                                                     

 

     
 

 



Поделиться с друзьями:

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.299 с.