Наличие каких компонентов компьютера следует из формулы эвм это машина с хранимой программой

Алгоритм – конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного числа операций.

• Дискретность. Алгоритм описывает дискретные действия над дискретными данными в цифровой машине. Альтернатива – алгоритмы для аналоговых и гибридных вычислительных машин – своя специфика не относится к стандарту ISO 2382/1-84.
• Определённость. В алгоритме должно быть указано всё, что подлежит выполнению. При этом ни одно из действий не должно трактоваться ________.
• Массовость. Применимость алгоритма к множеству исходных данных. Или универсальность алгоритма относительно исходных данных. Если требуется ограничить исходные данные, что в алгоритме должны быть предусмотрены соответствующие условия.
• Результативность. Возможность получения результата за конечное число шагов. Число шагов может быть очень большим, но обязательно конечным.

Вычислительный процесс, порождаемый алгоритмом, реализуется через программу для вычислительной машины, которая, согласно данному определению, представляет собой последовательность команд, подлежащих обработке.

Принципы фон Неймана

Согласно концепции Фон Неймана, данные команды кодируются двоично и хранятся в памяти вычислительной машины на ряду с данными.

Основные принципы фоннеймановской концепции вычислительной машины:

• Двоичное кодирование. И команды, и данные кодируются бинарно. При этом в формате команды выделяют два поля: КОп (код операции) длиною r бит и АЧ (адресная часть) длиною p бит. Таким образом вся команда содержит r+p бит. КОп указывает на то, какая операция должна быть выполнена. Адресная часть – адрес операнда, над которым будет выполнена команда, а может быть адрес следующей команды, подлежащей выполнению.
• Программное управление. Программа – последовательность команд, которые хранятся в последовательно пронумерованных ячейках памяти и выполняются в естественной последовательности. Принцип перехода – естественная последовательность выполняемых команд может быть нарушена, если возникают безусловный или условный переходы.
• Однородность памяти. И команды, и данные хранятся в одной и той же памяти. Это позволяет проводить над командами такие же действия, как и над данными. Отсюда следует, что команды могут быть получены как результат работы другой программы. Пример: компиляция – переход от текстового файла к набору машинных команд. Самое главное св-во – возможность синтеза программного кода стало базисом для создания высокоуровневых языков программирования, которые позволили программисту осуществлять диалог с машиной на естественном для человека языке. Архитектура Фон-Неймана. Позже появилась Гарвардская архитектура, где память разделена на память данных и память команд. Сегодня архитектуры сочетаются. Гарвардская выражается в различных уровнях кэш памяти. В настоящее время и постоянная память проходит то же разделение по быстродействию
• Принцип адресности. Структурно память состоит из пронумерованных ячеек. При этом одинаково доступна любая из ячеек (равновероятность (равнодоступность) доступа каждой ячейки памяти). Постоянная память трактуется Фон Нейманом как вторичная.

Базовая архитектура и структура ЭВМ

УС – указатель стека

ДКОп – дешифратор кода операции

МПА – микропрограммные автоматы

АЛУ – арифметико-логическое устройство

Рх – регистр операнда х

Ру — регистр операнда у

ОпБ – операционный блок

РПр – регистр признаков

Акк – аккумулятор (регистр)

УВВ – устройство ввода-вывода

ДВВ – дешифратор номера порта ввода-вывода

Алгоритм — одно из фундаментальных понятий математики и вычислитель­ной техники. Международная организация стандартов (ISO) формулирует поня­тие алгоритм как «конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций» (ISO 2382/1-84). Помимо этой стан­дартизированной формулировки существуют и другие определения. Приведем наиболее распространенные из них.

Итак, алгоритм — это:

— способ преобразования информации, задаваемый с помощью конечной систе­мы правил;

— совокупность правил, определяющих эффективную процедуру решения любой задачи из некоторого заданного класса задач;

— точно определенное правило действий, для которого задано указание, как и в какой последовательности — это правило необходимо применять к исходным дан­ным задачи, чтобы получить ее решение.

Основными свойствами алгоритма являются: дискретность, определенность, массовость и результативность.

Дискретность выражается в том, что алгоритм описывает действия над диск­ретной информацией (например, числовой или символьной), причем сами эти дей­ствия также дискретны.

Свойство определенности означает, что в алгоритме указано все, что должно быть сделано, причем ни одно из действий не должно трактоваться двояко.

Массовость алгоритма подразумевает его применимость к множеству значений исходных данных, а не только к каким-то уникальным значениям.

Наконец, результативность алгоритма состоит в возможности получения ре­зультата за конечное число шагов.

Рассмотренные свойства алгоритмов предопределяют возможность их реали­зации на ВМ, при этом процесс, порождаемый алгоритмом, называют вычислитель­ным процессом.

В основе архитектуры современных ВМ лежит представление алгоритма реше­ния задачи в виде программы последовательных вычислений. Согласно стандарту 15О 2382/1-84, программа для ВМ — это «упорядоченная последовательность ко­манд, подлежащая обработке».

ВМ, где определенным образом закодированные команды программы хранят­ся в памяти, известна под названием вычислительной машины с хранимой в памя­ти программой. Идея принадлежит создателям вычислителя ЕМ1 АС Эккерту, Моч-ли и фон Нейману. Еще до завершения работ над ЕМ1 АС они приступили к новому проекту — ЕВУАС, главной особенностью которого стала концепция хранимой в памяти программы, на долгие годы определившая базовые принципы построе­ния последующих поколений вычислительных машин. Относительно авторства существует несколько версий, но поскольку в законченном виде идея впервые была изложена в 1945 году в статье фон Неймана, именно его фамилия фигурирует в обозначении архитектуры подобных машин, составляющих подавляющую часть современного парка ВМ и ВС.

Сущность фон-неймановской концепции вычислительной машины можно све­сти к четырем принципам:

• двоичного кодирования;
• программного управления;
• однородности памяти;
• адресности.

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодиру­ются двоичными цифрами 0 и 1.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть пред­ставлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора опе­раций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность мо­жет быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд програм­мы принимается либо на основании анализа результатов, предшествующих вычис­лений, либо безусловно.

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразли­чимы. Распознать их можно только по способу использования. Это позволяет про­изводить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных.

Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного про­граммирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конк­ретной ВМ.

Концепция вычислительной машины, изложенная в статье фон Неймана, пред­полагает единую память для хранения команд и данных. Такой подход был принят в вычислительных машинах, создававшихся в Принстонском университете, из-за чего и получил название принстонской архитектуры.

Практически одновременно в Гарвардском университете предложили иную модель, в которой ВМ имела от­дельную память команд и отдельную память данных. Этот вид архитектуры назы­вают гарвардской архитектурой. Долгие годы преобладающей была и остается принстонская архитектура, хотя она порождает проблемы пропускной способности тракта «процессор-память». В последнее время в связи с широким использовани­ем кэш-памяти разработчики ВМ все чаще обращаются к гарвардской архи­тектуре.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процес­сору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих яче­ек — адреса.

Источник: studfile.net

Наличие каких компонентов компьютера следует из формулы эвм это машина с хранимой программой

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.

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.

не позволяет определить — команда это или данные

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

выбирая адрес этой команды из регистра-счетчика 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:

выбирая адрес этой команды из регистра-счетчика 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

Источник: kompyutery-programmy.ru

Концепция машины с хранимой в памяти программой

Алгоритм — одно из фундаментальных понятий математики и вычислитель­ной техники. Международная организация стандартов (ISO) формулирует понятие алгоритм как «конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций» (ISO 2382/1-84).

Основными свойствами алгоритма являются: дискретность, определенность, массовость и результативность.

Дискретность выражается в том, что алгоритм описывает действия над диск­ретной информацией (например, числовой или символьной), причем сами эти дей­ствия также дискретны.

Свойство определенности> означает, что в алгоритме указано все, что должно быть сделано, причем ни одно из действий не должно трактоваться двояко.

Массовость алгоритма подразумевает его применимость к множеству значений исходных данных, а не только к каким-то уникальным значениям.

Наконец, результативность алгоритма состоит в возможности получения ре­зультата за конечное число шагов.

Рассмотренные свойства алгоритмов предопределяют возможность их реали­зации на ВМ, при этом процесс, порождаемый алгоритмом, называют вычислитель­ным процессом.

В основе архитектуры современных ВМ лежит представление алгоритма реше­ния задачи в виде программы последовательных вычислений. Согласно стандарту ISO 2382/1-84, программа для ВМ — это «упорядоченная последовательность ко­манд, подлежащая обработке».

ВМ, где определенным образом закодированные команды программы хранят­ся в памяти, известна под названием вычислительной машины с хранимой в памя­ти программой. Идея принадлежит создателям вычислителя ENIАС Эккерту, Моч-ли и фон Нейману.

Сущность фон-неймановской концепции вычислительной машины можно све­сти к четырем принципам:

Классическая схема ЭВМ.

Изложенные принципы программного управления (фон Неймана) реализовывались в аппаратном обеспечении, структура которого постепенно оформилась а приведенную ниже схему, ставшую к настоящему времени классической и включающую:

— блок для выполнения логических и арифметических операций (АЛУ);

— блок для хранения информации (память) или ОЗУ;

— устройства для ввода и вывода данных.

Для обеспечения согласованной работы вышеперечисленных устройств преобразования информации требуется устройство управления (УУ).

На этой схеме линиями разной толщины отмечены потоки:

Используемые в изложении аббревиатуры означают следующее:

УУ – устройство управления,

Увв – устройства ввода,

Увыв – устройства вывода

АЛУ – арифметико-логическое устройство,

ЗУ – запоминающее устройство, память ЭВМ,

ПК –персональный компьютер.

Кратко функционирование устройств ЭВМ можно описать так.

УУ инициирует работу Увв, давая ему команду на выполнение ввода в ЗУ, аналогично инициируется работа Увыв.

УУ указывает, из какой ячейки памяти ЗУ необходимо передавать информацию в АЛУ, какую операцию над этой информацией должно выполнять АЛУ, в какую ячейку памяти должен быть занесен результат операции.

Современные ЭВМ имеют отличия, обусловленные развитием ВТ.

— ЗУ представляется несколькими уровнями: Внутреннее или оперативное ЗУ (ОЗУ) и внешнее или ВЗУ. Внутреннее ЗУ содержит информацию, обрабатываемую в определенный промежуток времени, включающий и текущий момент. Внешние ЗУ служит хранилищем всей информации для конкретного пользователя. В современной ЭВМ внешние ЗУ насчитывают несколько уровней.

— АЛУ и УУ объединены в одно устройство, называемое центральным процессором (ЦП);

— в современных ЭВМ и ПК имеется довольно большой арсенал Увв и Увыв.

Структурно современные. ЭВМ и ПК состоит из 2-х частей: центральной и периферийной. К центральной части относят процессор и ОЗУ.

ЦП называют устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. В его состав входят АЛУ, УУ, и собственная память процессора. В современных ПК, ЦП реализован в виде большой интегральной схемы и называется микропроцессором.

ЦП взаимодействует с ОЗУ или просто оперативной памятью (ОП). ОП предназначена для приема, хранения и выдачи информации (чисел, символов, команд, констант) – всей информации для выполнения вычислений по программе.

Кроме ОП во всех ПК имеется внутренняя постоянная память для хранения постоянных данных и программ. ОП — дорогая часть аппаратуры. Объем ее ограничен, поэтому большие массивы или таблицы информации хранятся в ВЗУ. К ним относят: накопители на магнитных дисках (НМД), накопители на магнитных лентах (НМЛ), накопители на оптических и магнитооптических дисках.

В современных ПК реализована виртуальная память, которая позволяет пользователю работать с расширенным пространством памяти компьютера. Виртуальная память представляет совокупность ОП и ВЗУ, а также комплекса программно-аппаратных средств, обеспечивающих динамическую переадресацию данных, в результате чего пользователь не заботится о своевременной передаче информации из ВЗУ в ОП. Функции по требуемому перемещению берет на себя вычислительная система.

ВЗУ, Увв и Увыв образуют периферийную часть ПК. Состав устройств может сильно отличаться в разных экземплярах, поэтому говорят о конфигурации ПК.

Производительность и эффективность использования ПК определяется не только процессором и ОП, но в большой степени и техническими данными периферийных устройств, а также способом их совместной работы с центральной частью ПК. Связь между центральной и периферийной частями осуществляется с помощью сопряжений, которые называются интерфейсами.

Интерфейс – совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информации между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, использование единых разъемов и т.п.). Наличие интерфейсов позволяет унифицировать передачу данных между устройствами независимо от их особенностей. Особенности учитывают контроллеры – устройства управления периферийных устройств.

В настоящее время в ПК используется структура с одним общим интерфейсом, называемым системной шиной. При такой структуре все устройства ПК обмениваются информацией и управляющими сигналами через системную шину. Физически она представляет собой систему функционально объединенных проводов, по которым передается 3 потока данных:

— непосредственно информация (данные);

На рисунке 2.2 приведена схема обмена информацией между устройствами в ЭВМ с общей шиной.

Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи информации называется разрядностью шины.

Поскольку шина является общей, использоваться она может в каждый определенный момент времени только одним каким-либо устройством. Для этих целей предусмотрена система приоритетных прерываний, которая отдает шину для использования устройству с наибольшим приоритетом.

ЦП – процессор, ОП –память, ПП –постоянная память, К – контроллер, ПУ- периф. Устр-во

По назначению ЭВМ делятся на универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых разных инженерно-технических, экономических, математических, информационных и других задач. Их характерными чертами являются:

— разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных – и большие диапазоны их изменения наряду с высокой точностью представления;

— обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических и логических, так и специальных;

— большая емкость оперативной памяти;

— развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ предназначены для решения достаточно узкого класса задач, связанных с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой небольшого объема данных; выполнением расчетов по несложным алгоритмам. Они обладают по сравнению с универсальными ЭВМ ограниченными аппаратными и программными ресурсами при сравнительно невысокой стоимости.

Специализированные ЭВМ предназначены для решения определенного узкого класса задач или реализации строго определенной группы функций. Узкая ориентация позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности. К таким ЭВМ относятся программируемые микропроцессоры специального назначения, адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами.

По размерам и вычислительной мощности ЭВМ делят на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ). В таблице 2.2 приводятся основные технические характеристики ЭВМ разных классов.

Техн. характеристики	СуперЭВМ	Большие ЭВМ	Малые ЭВМ	МикроЭВМ
Производительность, MIPS	1000-1000000	100- 10000	10-1000	10-100
Емкость ОП, Мбайт	2000-100000	512-10000	128-2048	32-512
Емкость ВЗУ, Гбайт	500-50000	100-10000	20-500	10-50
Разрядность шины, бит	64-256	64-128	32-128	32-128

Источник: studopedia.su