Povijest razvoja računala
Prvi IBM PC bio je analitičko računalo. Dizajniran je na mehaničkim komponentama. Radio je na jeziku Ada. Sljedeći stroj bio je Mark 1. Releji su korišteni kao memorijski elementi, tako da je stroj imao nisku brzinu (jedan postupak odjednom).
Oznaka 2. Radio na okidačima. (1946.) Izvodio je stotine operacija u sekundi.
Prvi domaći automobil razvio je Lebedev. MESM je mali elektronički računski stroj. Kasnije je skovan Main Freim - univerzalni stroj za mirno rješavanje niza problema.
Super kompjuter– najskuplji i najbrži strojevi koji rade u stvarnom vremenu.
Koristi se vodeno ili plinsko hlađenje. Koristi se asemblerski jezik i jezgra procesora radi na njemu.
IBM 360-390 – također izgrađen u Assembler jeziku. Sadržavao je ideju modernih mikroprocesora.
CPU– uređaj za obradu informacija. Sastoji se od mnogo mikroprocesora.
Mikroprocesor– procesor koji koristi VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit).
Program– slijed naredbi koje se izvršavaju u procesoru.
Tim- naputak za izvršenje određene radnje.
Prvi mikroprocesor nastao je 1970. godine, bio je 4-bitni. Zvao se MP 880.
Sljedeći procesor je 88.36.
Glavne karakteristike mikroprocesora:
1) Širina podataka– određuje količinu memorije spojene na procesor.
2) Frekvencija sata– određuje unutarnja brzina procesora, koja također ovisi o taktna frekvencija sabirnice matične ploče.
3) Veličina predmemorije memorije– instaliran na podlozi mikroprocesora.
Postoje dvije razine:
1) L1 – nalazi se unutar krugova glavne jezgre, koji uvijek radi na maksimalnoj frekvenciji.
2) L2 – memorija druge razine povezana je s jezgrom mikroprocesora (interna sabirnica).
4) Sastav uputa– popis, vrsta i vrsta naredbi koje se automatski izvršavaju u mikroprocesoru.
5) Radni napon napajanja(Potrošnja energije)
Značajke dizajna
Cijena
von Neumannov zakon
Principi:
1) Podaci i naredbe se prenose u binarnom kodu
2) Programi se izvršavaju linearno
3) Adresa sljedeće naredbe razlikuje se od prethodne za +1
4) Memorija za pohranjivanje podataka je operativna i vanjska, povezana s korisnikom s jedne strane i s OS s druge strane.
SERIJSKI I PARALELNI KOD
Sa serijskim kodom, prijenos informacija (n-bitova) provodi se sekvencijalno, naboj po naboj duž jednog vodiča. Vrijeme prijenosa podataka proporcionalno je broju bitova . T=t*n.
Kada se svi bitovi prenose paralelno, prenose se putem n-vodiča. Vrijeme prijenosa je jednako jednom bitu, a oprema je jednaka N puta.
T=t*n+t*n+…t*n
RAČUNALNI BLOK DIJAGRAMI
Računalo uključuje niz uređaja koji se mogu međusobno povezati putem autocesta: adresa, podaci i kontrola. U stvarnosti su ove autoceste predstavljene u obliku sučelja (kablovi ili sabirnice). Postoji nekoliko načina za međusobno povezivanje uređaja.
Von Neumonova struktura je metoda konstrukcije okosnice ili iz zajedničke sabirnice.
Sučelje- sučelje sučelja koje omogućuje međusobno povezivanje uređaja pomoću hardvera ili softvera.
Memorija- namijenjen za pohranu početnih podataka, međurezultata i konačnih rezultata.
Kontrolni uređaj- namijenjen uzorkovanju svih kontrolnih signala koje primaju drugi računalni uređaji prilikom obrade informacija u skladu s programima. Upravljačka jedinica i ALU zajedno čine procesorski uređaj za obradu informacija.
ROM- memorija samo za čitanje. Služi samo za očitavanje informacija i pohranjivanje informacija bez utroška energije.
radna memorija- sudjeluje u procesu obrade informacija na ALU. U kojem se radnje izvode pomoću brojeva i naredbi.
Računalo– obrađuje informacije u skladu s programom.
Predstavljanje podataka u računalu
Te se naredbe u računalu prikazuju u binarnom kodu, odnosno sve su informacije homogeni medij i te su naredbe zapisane u bit gridu, što je odraz fizičkih dimenzija memorije u računalu. Konkretno, registri 32-bitnog računala su 32-bitni. Jedna binarna znamenka je malo, 8 binarnih znamenki je bajt, 4 polucifre su grickalica.
Brojevi se mogu prikazati u sljedećim bitnim mrežama:
1) Pola riječi – 2 bajta
2) Riječ – 4 bajta ili 32 bita
3) Dvostruka riječ – 8 bajtova ili 64 bita
4) Linija – broj riječi može doseći 2 32, odnosno 4 GB
Upakirani format
1) 2 pojedinačne riječi
2) 2 dvostruke riječi
Podaci u modernim računalima predstavljeni su u bitnoj mreži s fizičkom točkom i pomičnim zarezom.
Brojeve s fiksnom točkom obrađuje cjelobrojna ALU. Fiksna točka može biti fiksirana na početku i na kraju pražnjenja.
Brojevi s pomičnim zarezom sadrže mantisu i eksponent, od kojih svaki sadrži drugu znamenku.
Memorija
Dizajniran za pohranu podataka i programa.
Glavne karakteristike:
1) Kapacitet memorije - broj bitova bajtova riječi istovremeno pohranjenih u računalu.
Kilogram – 1024
Mega – 10 6
Giga – 10 9
Tera – 10 12
Peta – 10 15
2) Vrijeme pristupa memoriji – vrijeme tijekom kojeg se pristupa memoriji u svrhu upisa ili čitanja informacija.
3) Promjenjivost ili nepromjenjivost pri pohranjivanju informacija
1) Trajna memorija - FZU
2) Hlapljiva memorija - RAM, registar, predmemorija, itd.
4) Vrijeme pohrane informacija
5) Trošak pohrane jednog bita
Organizacija pamćenja
To je jedan od glavnih parametara u računalu. Ima dva značenja.
1) Broj riječi pomnožen s brojem znamenki.
2) Pamćenje može biti jednodimenzionalno, dvodimenzionalno i trodimenzionalno.
A) Jednodimenzionalno pamćenje(D) - bitovi se upisuju jedan za drugim na medij za pohranu. Primjer: magnetska traka.
b) Dvodimenzionalno pamćenje- ovo je matrična memorija gdje se elementi nalaze na sjecištu sabirnica X i Y.
V) Trodimenzionalna memorija je kocka koja se sastoji od matrica. Gdje se broj ćelija N nalazi na Z osi.
Moderni poluvodički memorijski uređaji imaju 3D organizaciju i nalaze se u kristalnim, integriranim krugovima.
Za predstavljanje informacija u računalnoj memoriji (i numeričkoj i nenumeričkoj) koristi se metoda binarnog kodiranja.
Osnovna memorijska ćelija računala duga je 8 bita (bajtova). Svaki bajt ima svoj broj (naziva se adresa). Najveći niz bitova koje računalo može obraditi kao jednu jedinicu naziva se strojnim riječima. Duljina strojne riječi ovisi o dubini bita procesora i može biti 16, 32, 64 bita itd.
BCD kodiranje
U nekim slučajevima, kada se brojevi predstavljaju u računalnoj memoriji, koristi se mješoviti binarno-decimalni "sustav brojeva", gdje svako decimalno mjesto zahtijeva nibble (4 bita), a decimalne znamenke od 0 do 9 predstavljene su odgovarajućim binarnim brojevima iz 0000 do 1001. Na primjer, upakirano. Decimalni format, dizajniran za pohranjivanje cijelih brojeva s 18 značajnih znamenki i zauzimajući 10 bajtova u memoriji (od kojih je najznačajniji s predznakom), koristi upravo ovu opciju.
Predstavljanje cijelih brojeva u komplementu dva
Drugi način predstavljanja cijelih brojeva je dodatni kod . Raspon vrijednosti vrijednosti ovisi o broju memorijskih bitova dodijeljenih za njihovu pohranu. Na primjer, vrijednosti tipa Integer (svi nazivi tipova podataka ovdje i ispod prikazani su u obliku u kojem su prihvaćeni u programskom jeziku Turbo Pascal. Drugi jezici također imaju takve tipove podataka, ali mogu imati drugačija imena) leže u rasponu od -32768 ( -2 15) do 32767 (2 15 - 1) i 2 bajta (16 bita) su dodijeljena za njihovo pohranjivanje; tipa LongInt - u rasponu od -2 31 do 2 31 - 1 i nalaze se u 4 bajta (32 bita); Vrsta riječi - u rasponu od 0 do 65535 (2 16 - 1) (korištena su 2 bajta), itd.
Kao što se može vidjeti iz primjera, podaci se mogu tumačiti kao potpisani brojevi, dakle nepotpisan. Kada se predstavlja veličina s predznakom, krajnja lijeva (najvažnija) znamenka označava pozitivan broj ako sadrži nulu, a negativan broj ako sadrži jedinicu.
Općenito, bitovi su numerirani s desna na lijevo, počevši od 0. Numeriranje bitova u dvobajtnoj strojnoj riječi prikazano je dolje.
Dodatni kod pozitivan broj poklapa se s njegovim izravni kod. Izravni kod cijelog broja može se dobiti na sljedeći način: broj se pretvara u binarni brojevni sustav, a zatim se njegov binarni zapis na lijevoj strani nadopunjuje s onoliko beznačajnih nula koliko zahtijeva vrsta podataka kojoj broj pripada.
Na primjer, ako je broj 37 (10) = 100101 (2) deklariran kao vrijednost tipa Integer ( šesnaestobitni predznak), tada će njegov izravni kod biti 0000000000100101, a ako je vrijednost tipa LongInt ( tridesetdvobitni predznak), tada će njegov izravni kod biti. Za kompaktniju notaciju često se koristi heksadecimalni prikaz koda. Rezultirajući kodovi mogu se prepisati kao 0025 (16) i 00000025 (16).
Komplement negativnog cijelog broja može se dobiti pomoću sljedećeg algoritma:
- zapisati izravnu šifru modula broja;
- invertirati ga (zamijeniti jedinice nulama, nule jedinicama);
- dodajte jedan inverznom kodu.
Na primjer, zapišimo dodatni kod broja -37, tumačeći ga kao LongInt vrijednost (s predznakom trideset i dva bita):
- postoji izravni kod za broj 37;
- inverzni kod;
- dodatni kod ili FFFFFFDB (16) .
Prilikom dobivanja broja iz njegovog komplementarnog koda, prije svega je potrebno odrediti njegov predznak. Ako se broj pokaže pozitivnim, jednostavno pretvorite njegov kod u decimalni brojevni sustav. U slučaju negativnog broja potrebno je provesti sljedeći algoritam.
U fizičkom svijetu svaka informacija mora biti predstavljena na neki način. Čitajući bilo koji članak (knjigu, prikaz, bilješku) objavljen na internetu ili tiskan na papiru, percipiramo tekst i slike. Slika koju vidimo fokusira se na mrežnicu naših očiju i u obliku električnih signala prenosi u mozak koji prepoznaje poznate simbole i tako prima informacije. U kojem obliku te informacije ostaju u našem sjećanju - u obliku slika, logičkih dijagrama ili nečeg drugog - ovisi o okolnostima njihova primitka, postavljenom cilju i specifičnom načinu shvaćanja. Računalna tehnologija je ograničenija i radi s nizom nula i jedinica (tzv. binarno kodiranje informacija).
Notacija koja je u osnovi svega odabrana je povijesno. Čak iu doba stvaranja prvih cijevnih računala, inženjeri su počeli razmišljati o tome kako kodirati informacije tako da cijena cijelog uređaja bude minimalna. Budući da vakuumska cijev ima dva moguća načina rada - propušta struju, blokira je, dva u bazi su se činila najracionalnijima. Pri prelasku na poluvodičke uređaje ovaj se zaključak mogao revidirati, ali inženjeri su slijedili uhodan put, čuvajući binarnu logiku za sve bolja računala. Ipak, fizika poluvodiča dopušta i trojno kodiranje informacija u računalu: uz odsutnost naboja (ternarna nula), moguća je prisutnost i pozitivnog (+1) i negativnog (-1), što odgovara tri moguće vrijednosti trit - elementarne memorijske ćelije. Isto se može reći i za električnu struju: u smjeru naprijed ili unazad ili bez struje (također tri značenja).
Odabirom ternarnog automatski bi se riješio problem kodiranja negativnih brojeva, koji se u binarnom sustavu rješava uvođenjem tzv. inverzije, uzimajući u obzir prvi bit kao bit predznaka. Mnogo je napisano o zamršenosti ove operacije za binarni sustav i na Internetu iu literaturi o jeziku Assember. U slučaju ternarna logika broj se može napisati, na primjer, ovako: “+00-0+0+-”. Ovdje je "+" ekonomična oznaka za vrijednost "+1", "-" odnosno - "-1", ali nula govori sama za sebe. Kad bi se prevelo na ljudski jezik, dobilo bi se sljedeće: +3^8 + 0 + 0 - 3^5 + 0 + 3^3 + 0 + 3^1 - 3^0 = 6561 - 243 + 27 + 3 - 1 = 6347. Prednosti ternarne logike također bi se pokazale pri radu s velikim brojem podataka: ako određeno pitanje zahtijeva jednosložni odgovor, tada binarni bit može nositi jedan od dva odgovora ("da" ili "ne"), dok ternarni bit može sadržavati jedno od tri ("da", "ne", "nije definirano"). Iskusni programeri se sjećaju koliko je često potrebno pohraniti jedan odgovor od tri moguća, pa za nedefiniranu vrijednost morate nešto izmisliti, na primjer unijeti u sustav dodatni parametar(binarni): je li u ovom trenutku u potpunosti definiran.
Binarno kodiranje informacija također je nezgodno za rad s grafičkim slikama. Ljudsko oko opaža tri različite boje: plavu, zelenu i crvenu, u konačnici svaku grafički piksel je kodiran s četiri bajta, od kojih tri označavaju intenzitet primarnih boja, a četvrti se smatra rezervom. Ovakav pristup očito smanjuje učinkovitost računalna grafika, ali za sada ništa bolje nije predloženo.
S matematičke točke gledišta, ternarno računalo bi trebalo biti najučinkovitije. Strogi izračuni prilično su složeni, ali njihov se rezultat svodi na sljedeću tvrdnju: što je izvorni brojevni sustav bliži broju e (približno jednak 2,72), to je veća učinkovitost računalne tehnologije. Lako je vidjeti da je tri mnogo bliže broju 2,72 nego dva. Možemo se samo nadati da će jednog dana inženjeri odgovorni za proizvodnju elektronike obratiti pažnju na ternarni brojevni sustav. Možda će to biti iskorak nakon kojeg će se stvoriti umjetna inteligencija?
Za predstavljanje informacija u računalnoj memoriji (i numeričkoj i nenumeričkoj) koristi se metoda binarnog kodiranja.
Elementarna memorijska ćelija računala duga je 8 bita (1 bajt). Svaki bajt ima svoj broj (naziva se adresa). Najveći niz bitova koje računalo može obraditi kao jednu jedinicu naziva se strojna riječ. Duljina strojne riječi ovisi o dubini bita procesora i može biti 16, 32 bita itd.
Jedan bajt je dovoljan za kodiranje znakova. U ovom slučaju može biti predstavljeno 256 znakova (s decimalnim kodovima od 0 do 255). Skup znakova osobnih računala najčešće je proširenje ASCII koda (American Standard Code of Information Interchange).
U nekim slučajevima, kada se brojevi predstavljaju u memoriji računala, koristi se mješoviti binarno-decimalni brojevni sustav, gdje svaka decimalna znamenka zahtijeva nibble (4 bita), a decimalne znamenke od 0 do 9 predstavljene su odgovarajućim binarnim brojevima od 0000 do 1001. Na primjer, pakirani decimalni format, dizajniran za pohranjivanje cijelih brojeva s 18 značajnih znamenki i zauzimajući 10 bajtova u memoriji (od kojih je najznačajniji s predznakom), koristi upravo ovu opciju.
Drugi način predstavljanja cijelih brojeva je dodatni kod. Raspon vrijednosti vrijednosti ovisi o broju memorijskih bitova dodijeljenih za njihovu pohranu. Na primjer, vrijednosti cijelog broja kreću se od
-32768 (-2 15) do 32677 (2 15 -1) i 2 bajta su dodijeljena za njihovu pohranu: tip LongInt - u rasponu od -2 31 do 2 31 -1 i nalaze se u 4 bajta: tip riječi - u raspon od 0 do 65535 (2 16 -1) koriste se 2 bajta, itd.
Kao što se može vidjeti iz primjera, podaci se mogu interpretirati kao brojevi s predznakom ili bez predznaka. Kada se predstavlja veličina s predznakom, krajnja lijeva (najvažnija) znamenka označava pozitivan broj ako sadrži nulu, a negativan broj ako sadrži jedinicu.
Općenito, znamenke se numeriraju s desna na lijevo, počevši od nule.
Dodatni kod pozitivan broj poklapa se s njegovim izravni kod. Izravni kod cijelog broja može se predstaviti na sljedeći način: broj se pretvara u binarni brojevni sustav, a zatim se njegov binarni zapis na lijevoj strani nadopunjuje s onoliko beznačajnih nula koliko zahtijeva vrsta podataka kojoj broj pripada. Na primjer, ako je broj 37 (10) = 100101 (2) deklariran kao vrijednost tipa Integer, tada će njegov izravni kod biti 0000000000100101, a ako je to vrijednost tipa LongInt, tada će njegov izravni kod biti. Za kompaktniju notaciju često se koristi heksadecimalni kod. Rezultirajući kodovi mogu se prepisati kao 0025 (16) i 00000025 (16).
Komplement negativnog cijelog broja može se dobiti pomoću sljedećeg algoritma:
1. zapisati izravnu šifru modula broja;
2. preokrenuti ga (zamijeniti jedinice nulama, nule jedinicama);
3. dodajte jedan kodu inverzije.
Na primjer, zapišimo dodatni kod broja -37, tumačeći ga kao LongInt vrijednost:
1. izravni kod za broj 37 je 1
2. inverzni kod
3. dodatni kod ili FFFFFFDB (16)
Prilikom primanja broja pomoću dodatnog koda, prije svega, potrebno je odrediti njegov znak. Ako se broj pokaže pozitivnim, jednostavno pretvorite njegov kod u decimalni brojevni sustav. U slučaju negativnog broja potrebno je izvršiti sljedeći algoritam:
1. oduzeti 1 od koda;
2. obrnuti kod;
3. pretvoriti u decimalni brojevni sustav. Napiši dobiveni broj sa znakom minus.
Primjeri. Zapišimo brojeve koji odgovaraju dodatnim kodovima:
a. 0000000000010111.
Budući da je najvažniji bit nula, rezultat će biti pozitivan. Ovo je šifra za broj 23.
b. 1111111111000000.
Evo koda za negativan broj, izvršavamo algoritam:
1. 1111111111000000 (2) - 1 (2) = 1111111110111111 (2) ;
2. 0000000001000000;
3. 1000000 (2) = 64 (10)
Nešto drugačija metoda koristi se za predstavljanje realnih brojeva u memoriji osobnog računala. Razmotrimo prikaz količina s pokretni zarez.
Bilo koji realni broj može se napisati u standardnom obliku M*10 p , gdje je 1 ≤ M< 10, р- целое число. Например, 120100000 = 1,201*10 8 . Поскольку каждая позиция десятичного числа отличается от соседней на степень числа 10, умножение на 10 эквивалентно сдвигу десятичной запятой на 1 позицию вправо. Аналогично деление на 10 сдвигает десятичную запятую на позицию влево. Поэтому приведенный выше пример можно продолжить: 120100000 = 1,201*10 8 = 0,1201*10 9 = 12,01*10 7 ... Десятичная запятая плавает в числе и больше не помечает абсолютное место между целой и дробной частями.
U gornjoj notaciji, M se naziva kazaljka brojeva, a p je njegov u redu. Kako bi se održala maksimalna točnost, računala gotovo uvijek pohranjuju mantisu u normaliziranom obliku, što znači da mantisa u u ovom slučaju je broj koji se nalazi između 1 (10) i 2 (10) (1 ≤ M< 2). Основные системы счисления здесь, как уже отмечалось выше,- 2. Способ хранения мантиссы с плавающей точкой подразумевает, что двоичная запятая находится на фиксированном месте. Фактически подразумевается, что двоичная запятая следует после первой двоичной цифры, т.е. нормализация мантиссы делает единичным первый бит, помещая тем самым значение между единицей и двойкой. Место, отводимое для числа с плавающей точкой, делится на два поля. Одно поле содержит знак и значение мантиссы, а другое содержит знак и значение порядка.
Osobno računalo IBM PC sa matematički koprocesor 8087 dopušta sljedeće važeće tipove (raspon vrijednosti dat je u apsolutnoj vrijednosti):
Možete primijetiti da je najvažniji bit dodijeljen mantisi broj 51, tj. Mantisa zauzima donja 52 bita. Traka ovdje označava položaj binarne točke. Ispred zareza mora stajati malo cijelog dijela mantise, ali budući da je uvijek jednak jedan, ovaj bit ovdje nije potreban i odgovarajući bit nije u memoriji (ali se podrazumijeva). Vrijednost narudžbe nije ovdje pohranjena kao cijeli broj predstavljen u kodu komplementa dva. Radi pojednostavljenja izračuna i usporedbe stvarnih brojeva, vrijednost narudžbe u računalu pohranjuje se u obrazac offset broj, tj. Odmak se dodaje trenutnoj vrijednosti narudžbe prije nego što se upiše u memoriju. Odmak je odabran tako da minimalna vrijednost poredak je odgovarao nuli. Na primjer, za Double, poredak ima 11 bitova i ima raspon od 2 -1023 do 2 1023, tako da je pomak 1023 (10) = 1111111111 (2). Konačno, bit broj 63 označava predznak broja.
Dakle, iz gore navedenog slijedi sljedeći algoritam za dobivanje reprezentacije realnog broja u memoriji računala:
1. pretvoriti modul zadanog broja u binarni brojevni sustav;
2. normalizirati binarni broj, t.j. zapisana u obliku M*2 p, gdje je M mantisa (njezin cijeli broj jednak je 1 (2)) i R- naredba je upisana u decimalni sustav račun;
3. dodati pomak redu i pretvoriti pomaknuti red u binarni brojevni sustav;
4. Uzimajući u obzir predznak zadanog broja (0 - pozitivan; 1 - negativan), zapišite njegov prikaz u memoriju računala.
Primjer. Zapišimo brojčani kod -312.3125.
1. Binarni zapis modula ovog broja je 100111000.0101.
2. Imamo 100111000,0101 = 1,001110000101*2 8 .
3. Dobivamo pomaknuti poredak 8 + 1023 = 1031. Dalje imamo 1031 (10) = 10000000111 (2) .
Sve informacije u računalu pohranjene su u obliku skupova bitova, odnosno kombinacija 0 i 1. Brojevi su predstavljeni binarnim kombinacijama u skladu s brojčanim formatima usvojenim za rad u određenom računalu, a simbolički kod uspostavlja podudarnost slova i drugih simbola s binarnim kombinacijama.
Postoje tri formata brojeva za brojeve:
binarna fiksna točka;
binarni pokretni zarez;
binarno kodirani decimalni (BCD).
U binarnom formatu s fiksnom točkom, brojevi mogu biti predstavljeni kao nepredpisani (kodovi) ili predpisani. Za predstavljanje brojeva s predznakom u modernim računalima uglavnom se koristi komplementarni kod. To dovodi do činjenice da se, kao što je ranije pokazano, za danu duljinu bitne mreže može prikazati jedan više negativnih brojeva nego pozitivnih. Iako se operacije u računalu izvode na binarnim brojevima, prikladniji oktalni, heksadecimalni i decimalni prikazi često se koriste za njihovo pisanje u programskim jezicima, u dokumentaciji i za prikaz na zaslonu.
U binarno kodiranom decimalnom formatu, svaka decimalna znamenka predstavljena je kao 4-bitni binarni ekvivalent. Postoje dvije glavne varijante ovog formata: zapakirani i nepakirani. U upakiranom BCD formatu, niz decimalnih znamenki pohranjuje se kao niz 4-bitnih grupa. Na primjer, broj 3904 predstavljen je kao binarni broj 0011 1001 0000 0100. U nepakiranom BCD formatu, svaka decimalna znamenka nalazi se u nižoj znamenki 8-bitne skupine (bajta), a sadržaj visoke tetrade je određen sustavom kodiranja koji se koristi u računalu, au ovom slučaju nematerijalno. Isti broj 3904 u nepakiranom formatu zauzimat će 4 bajta i izgledat će ovako:
xxxx0011 xxxx1001 xxxx0000 xxxx0100 .
Brojevi s pomičnim zarezom obrađuju se na posebnom koprocesoru (FPU - floating point unit), koji je, počevši od MP I486, dio mikroprocesora LSI. Podaci u njemu pohranjeni su u 80-bitne registre. Upravljanjem postavki koprocesora možete promijeniti raspon i točnost ove vrste podataka ( tablica 14.1).
|
Tablica 14.1. |
|||
|
Tip podataka |
Veličina (bitovi) |
Raspon |
Blok obrade |
|
Cijeli brojevi bez predznaka |
|||
|
1 dvostruka riječ | |||
|
Cijeli brojevi s predznakom |
|||
|
1 dvostruka riječ |
2147483648...+2147483647 |
||
|
1 četverostruka riječ | |||
|
Brojevi s pomičnim zarezom |
|||
|
pravi broj | |||
|
dvostruka preciznost |
≈(0.18*10 309) |
||
|
s povećanom točnošću |
≈(0.12*10 4933) |
||
|
Binarni decimalni brojevi |
|||
|
1 bajt otpakiran | |||
|
1 bajt pakiran | |||
|
10 bajtova zapakirano |
0...(99...99) 18 znamenki | ||
Organizacija RAM-a
OP je glavna memorija za pohranjivanje informacija. Organiziran je kao jednodimenzionalni niz memorijskih ćelija veličine 1 bajta. Svaki bajt ima jedinstvenih 20 bita fizička adresa u rasponu od 00000 do FFFFFh (u daljnjem tekstu za pisanje adresa koristi se heksadecimalni brojevni sustav čiji je predznak simbol h na kraju koda). Dakle, veličina OP adresnog prostora je 2 20 = 1 MB. Bilo koja dva uzastopna bajta u memoriji mogu se tretirati kao 16-bitna riječ. Niži bajt riječi ima nižu adresu, a visoki bajt ima višu adresu. Tako će heksadecimalni broj 1F8Ah, koji zauzima riječ, biti smješten u memoriji u nizu 8Ah, 1Fh. Adresa riječi je adresa njenog niskog bajta. Stoga se 20-bitna memorijska adresa može smatrati i adresom bajta i adresom riječi.
Naredbe, bajtovi i podatkovne riječi mogu se postaviti na bilo koju adresu, čime se štedi memorija zbog njezine punije popunjenosti. Međutim, kako bi se uštedjelo vrijeme izvršavanja programa, preporučljivo je podatkovne riječi staviti u memoriju počevši od parne adrese, budući da mikroprocesor prenosi takve riječi u jednom ciklusu sabirnice. Za riječ s parnom adresom kaže se da je poravnata na granici riječi. Neusklađene podatkovne riječi s neparnom adresom su prihvatljive, ali njihov prijenos zahtijeva dva ciklusa sabirnice, što smanjuje performanse računala. Imajte na umu da potrebni broj ciklusa čitanja podatkovne riječi automatski pokreće mikroprocesor. Imajte na umu da prilikom izvođenja operacija stoga podatkovne riječi moraju biti poravnate, a pokazivač stoga inicijaliziran na parnu adresu, budući da takve operacije uključuju samo podatkovne riječi.
Tok instrukcija se dijeli na bajtove kada je red instrukcija unutar mikroprocesora pun. Stoga poravnanje naredbi praktički nema utjecaja na performanse i ne koristi se.
Adresni prostor OP-a podijeljen je na segmente. Segment se sastoji od susjednih OP ćelija i nezavisna je i odvojeno adresabilna memorijska jedinica, koja u osnovnoj arhitekturi osobnog računala ima fiksni kapacitet od 2 16 = 64K bajta. Svakom segmentu se dodjeljuje početna (bazna) adresa, koja je adresa prvog bajta segmenta u adresnom polju OP-a. Vrijednost fizičke adrese ćelije je zbroj adrese segmenta i pomaka memorijske ćelije u odnosu na početak segmenta (intra-segmentni pomak). 16-bitne riječi koriste se za pohranu adrese segmenta i vrijednosti pomaka.
Da bi dobio 20-bitnu fizičku adresu, mikroprocesor automatski izvodi sljedeće operacije. Vrijednost osnovne adrese segmenta množi se sa 16 (pomaknuto 4 bita ulijevo) i zbraja s vrijednošću pomaka segmenta ( riža. 14.3). Rezultat je 20-bitna vrijednost fizičke adrese. Tijekom zbrajanja može doći do prijenosa od najvažnijeg bita, koji se zanemaruje. To dovodi do činjenice da se čini da je OP organiziran prema principu prstena. Nakon ćelije s maksimalnom adresom FFFFFh slijedi ćelija s adresom 00000h.
Riža. 14.3. Shema za dobivanje fizičke adrese
Segmenti nisu fizički vezani za određenu memorijsku adresu, a svaka memorijska ćelija može pripadati nekoliko segmenata istovremeno, budući da se osnovna adresa segmenta može odrediti bilo kojom 16-bitnom vrijednošću. Segmenti mogu biti susjedni, ne preklapajući se, djelomično ili potpuno preklapajući. Istovremeno, u skladu s algoritmom za izračunavanje fizičke adrese, početne adrese segmenata uvijek su višekratnik broja 16.
|
Logičke i aritmetičke osnove i principi rada računala |
|
Književnost: verzija za ispis |
|
Udžbenici za predmet Gurov V.V., Chukanov V.O. Osnove teorije i organizacije računala Varfolomeev V.A., Letsky E.K., Shamrov M.I., Yakovlev V.V. IBM eServer zSeries arhitektura i tehnologije Internetsko sveučilište informacijskih tehnologija - INTUIT.ru, 2005 Bogdanov A.V., Korkhov V.V., Mareev V.V., Stankova E.N. Arhitekture i topologije višeprocesorskih računalnih sustava Internetsko sveučilište informacijskih tehnologija - INTUIT.ru, 2004 Novikov Yu.V., Skorobogatov P.K. Osnove mikroprocesorske tehnike Internetsko sveučilište informacijskih tehnologija - INTUIT.ru, 2006 Bibliografija |
Avanesyan G.R., Levshin V.P. Integrirani krugovi TTL, TTLSh: imenik M.: Strojarstvo, 1993
Atovmyan I.O. Arhitektura računalnih sustava M.: MEPHI, 2002
Borkovsky A. Englesko-ruski rječnik programiranja i informatike (s tumačenjima) M.: ruski jezik, 1990
Brodin V.B., Shagurin I.I. Mikroprocesor i486. Arhitektura, programiranje, sučelje M.: DIALOG-MEPhI, 1993
Gurov V.V. Sinteza kombinacijskih sklopova u primjerima M.: MEPHI, 2001
Gurov V.V., Lensky O.D., Solovyov G.N., Chukanov V.O. Arhitektura, struktura i organizacija računalnog procesa u računalu tipa IBM PC M.: MEPhI, 2002. Ed. G.N. Solovjova
Kagan B.M. Elektronička računala i sustavi M.: Energoatomizdat, 1991
Kazarinov Yu.M., Nomokonov V.N., Podkletnov G.S. i tako dalje. Mikroprocesorski komplet K1810: Struktura, programiranje, primjena M.: postdiplomske studije, 1990. ur. Yu.M. Kazarinova
Korneev V.V., Kiselev A.V. Moderni mikroprocesori M.: Znanje, 1998
Liu Yu-Zheng, Gibson G. Mikroprocesori obitelji 8086/8088 M.: Radio i veze, 1987
Mayorov S.A., Novikov G.I. Struktura elektroničkih računala L.: Strojarstvo, Lenjingradski odjel, 1979
Nikitin V.D., Solovjev G.N. Operacijski sustavi M.: Mir, 1989
Saveljev A.Ja. Primijenjena teorija digitalnih automata M.: Viša škola, 1987
GOST 15133-77. Poluvodički uređaji, Pojmovi i definicije
GOST 17021-75 Mikroelektronika, pojmovi i definicije
|
Logičke i aritmetičke osnove i principi rada računala |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Indeks predmeta: verzija za ispis |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||