Архитектура и структура ЭВМ

СОДЕРЖАНИЕ:                                                                                                           1.Перевод чисел из одной системы счисления в другую…………….………...….3

  Архитектура и структура ЭВМ…………………………………………….……...5

2.Справочно-правовые системы…………………….…………………..……….….9                             3.Основные  возможности «КонсультантПлюс»…………..…………...……...11  4.Технология работы с «КонсультантПлюс»……………….………….……….17      Список используемой литературы …………...……………………...……………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                                   

 

 

  ПЕРЕВОД ЧИСЕЛ ИЗ ОДНОЙ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ В ДРУГУЮ                         

 

 Перевод чисел из  одной системы счисления составляет  важную часть машинной арифметики.^[1]

1. Для перевода двоичного  числа в десятичное необходимо  записать его  в виде  многочлена,  состоящего из произведений цифр  числа и соответствующей степени  числа 2, и вычислить по правилам  десятичной арифметики:

              Х ₂=А_n ·  2^n-1 + A_n-1 · 2^n-2 + A_n-2 · 2^n-3+ …+ A₂ · 2¹+A₁ · 2⁰

       Степени числа 2

N степень 0   1    2    3    4   5  6  7     8      9     10

2n            1    2    4    8   16  32  64  128  256  512  1024

2. Для  перевода восьмеричного  числа в десятичное необходимо  его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр  числа и соответствующей степени  числа 8, и вычислить по правилам  десятичной арифметики:   X₈ = A_n· 8^n-1 + A_n-1· 8^n-2 + A_n-2· 8^n-3 + …+ A₂ · 8¹ + A₁ · 8⁰   

     Степени числа 8

N степень   0   1   2   3   4    5    6     7      8       9      10

2n               1   2   4   8   16  32  64  128  256  512  1024

3. Для перевода шестнадцатеричного  числа в десятичное необходимо  его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр  числа и соответствующей степени  числа 16, и вычислить по правилам  десятичной арифметики: X₁₆ = A_n · 16^n-1 + A_n-1 · 16^n-2 + A_n-2 · 16^n-3 + … + A₂   ·16¹ +A₁  · 16⁰

Степени числа 16

N степень     0  1    2      3        4          5                 6 

16n               1   16  256  4096  65536  10485776   16777216

4. Для перевода десятичного  числа в двоичную систему его  необходимо последовательно делить  на 2 до тех пор, пока не останется  остаток, меньший или равный 1. Число в двоичной системе записывается  как последовательность последнего  результата деления и остатка  от деления в обратном порядке.

5.  Для перевода десятичного  числа в восьмеричную систему  его необходимо последовательно  делить на 8 до тех пор, пока  не останется остаток, меньший  или равный 7. Число в восьмеричной  системе записывается как последовательность  цифр последнего результата деления  и остатка деления в обратном  порядке.

6. Для перевода десятичного  числа в шестнадцатую систему  его необходимо последовательно  делить на 16 до тех пор, пока  не останется остаток, меньший  или равный 15. Число в шестнадцатеричной  системе записывается как последовательность  цифр последнего результата и  остатка от деления в обратном  порядке.

7. Чтобы перевести число  из двоичной системы в восьмеричную, его нужно разбить на триады (тройки цифр), начиная с младшего  разряда. В случае необходимости  дополнив старшую триаду нулями, и каждую триаду заменить соответствующей  восьмеричной цифрой (табл.4).

Соответствие чисел, записанных в различных системах счисления

Десятичная       двоичная   восьмеричная   шеснадцатеричная

    1                        001              1                          1

    2                        100               2                          2           

    3                        011               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                        А

   11                      1011             13                        В

   12                      1100             14                        С

   13                      1101           15                         D

   14                      1110              16                         E

     15                      1111            17                         F      

     16                      10000          20                         10

8. Чтобы перевести число  из двоичной системы в шестнадцатую, его нужно разбить на тетрады  (четвёрки цифр), начиная с младшего  разряда, в случае необходимости  дополнив старшую тетраду   нулями, и каждую тетраду заменить  соответствующей восьмеричной цифрой (табл. 4).

9. Для перевода восьмеричного  числа в двоичное необходимо  каждую цифру заменить эквивалентной  ей двоичной тетрадой.

10. Для перевода шестнадцатеричного  числа в двоичное необходимо  каждую цифру заменить эквивалентной  ей двоичной тетрадой.

11. При переходе из восьмеричной  системы счисления в шестнадцатеричную  и обратно, необходим промежуточный  перевод чисел в двоичную систему.

 

                             АРХИТЕКТУРА И СТРУКТУРА ЭВМ       

 

«Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие  программное управление работой  и взаимодействием основных её функциональных узлов».^[2]

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно - математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное  управление.

Основы учения об архитектуре  вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического  устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру.  

 Положения фон Неймана:

Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)

 Арифметико-логическое устройство - выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти

Управляющее устройство - обеспечивает управление и контроль всех устройств  компьютера (управляющие сигналы  указаны пунктирными стрелками)

Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме

Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве

 Для ввода и вывода  информации используются устройства  ввода и вывода

     Архитектура  ЭВМ, построенной на принципах  фон Неймана.

 

Современную архитектуру  компьютера определяют следующие принципы:

Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность  программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными  начальными данными).

Принцип программы, сохраняемой  в памяти. Согласно этому принципу, команды программы подаются, как  и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа  перед выполнением загружается  в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.

Принцип произвольного доступа  к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что  позволяет обратиться по любому заданному  адресу (к конкретному участку  памяти) без просмотра предыдущих.

На основании этих принципов  можно утверждать, что современный  компьютер - техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить  вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения  задачи в форме, пригодной для  восприятия человеком.

Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная  выше (ее можно назвать логической структурой). В современных компьютерах, в частности персональных, все  чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный  стремлением разработчиков и  пользователей к повышению качества и производительности компьютеров. Качество ЭВМ характеризуется многими  показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный  понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие - количество операций, какую процессор способен выполнить  за единицу времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера - показатель его эффективного быстродействия, то есть способности  не просто быстро функционировать, а  быстро решать конкретные поставленные задачи.

Как результат, все эти  и прочие факторы способствуют принципиальному  и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем не менее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможно увеличивать беспредельно (существуют современные технологические ограничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершенствованием архитектуры ЭВМ.

Так, появились компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой несколько процессоров  работают одновременно, а это означает, что производительность такого компьютера равняется сумме производительностей  процессоров. В мощных компьютерах, предназначенных для сложных  инженерных расчетов и систем автоматизированного  проектирования (САПР), часто устанавливают  два или четыре процессора. В сверхмощных  ЭВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального  времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процессоров достигает  нескольких десятков.

Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с  быстродействием возрастает стоимость  элементов памяти, поэтому наращивание  быстродействующей оперативной  памяти нужной емкости не всегда приемлемо  экономически.

Проблема решается построением  многоуровневой памяти. Оперативная  память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости  строится на относительно медленных (более  дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит  из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается  процессор  находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной  информации хранится в основной памяти.

Раньше работой устройств  ввода-вывода руководил центральный  процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.