Представление данных в ЭВМ

История развития ЭВМ

Первая IBM PC была аналитическая ЭВМ. Была спроектирована на механических узлах. Работала на языке Ада. Следующей машиной стала Mark 1. В качестве элементов памяти использовалось реле, поэтому у машины было низкое быстродействие (одно действие одновременно).

Mark 2. Работала на триггерах. (1946 год) Она выполняла сотню операций в секунду.

Первая отечественная машина была разработана Лебедевым. МЭСМ – малая электронная счётная машина. Позднее было выдумано Main Freim – универсальная машина для решения мирного круга задач.

Супер ЭВМ – самые дорогие и самые быстрые машины, которые работают в реальном времени.

Используется водяное или газовое охлаждение. Используется язык Assembler, на нём работает ядро процессора.

IBM 360-390 – построена также на языке Assembler. В ней была заложена идея современных микропроцессоров.

Процессор – устройство обработки информации. Состоит из множества микропроцессоров.

Микропроцессор – процессор в использовании СБИС (Сверхбольшой интегральной схемы).

Программа – последовательность команд, выполняемых в процессоре.

Команда – указание к выполнению определённого действия.

Первый микропроцессов был создан в 1970 году, он был 4-х разрядный. Назывался он MP 880.

Следующий процессор 88.36.

Основные характеристики микропроцессора:

1) Разрядность данных – определяет объём памяти, подключённых к процессору.

2) Тактовая частота – определяется внутренним быстродействием процессора, которое зависит также и от тактовой частоты шины системной платы.

3) Объем кеша памяти – устанавливается на подложке микропроцессора.

Бывает двухуровневая:

1) L1 – находится внутри основных схем ядра, которая всегда работает на максимальной частоте.

2) L2 – память второго уровня связана с ядром микропроцессора (внутренней шиной).

4) Состав инструкций – перечень, вид и тип команд, которые автоматически исполняются в микропроцессоре.

5) Рабочее напряжение питания (потребляемая мощность)

Конструктивные особенности

Стоимость

Закон фон-Неймана

Принципы:

1)Данные и команды передаются в двоичном коде

2)Программы выполняются линейно

3)Адрес последующей команды отличается от предыдущего на +1

4)Память для хранения данных – оперативная и внешняя связанная с пользователем с одной стороны и с ОС с другой стороны.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ И ПАРАЛЛЬЕЛЬНЫЙ КОД

При последовательном коде передача информации (n-разрядов) осуществляется последовательно, разряд за зарядом по одному проводнику. Время передачи данных пропорционально числу разрядов. T=t*n.

При параллельной передаче всех разрядов они передаются по n-проводникам. Время передачи равняется одному разряду, а оборудование равняется в N- раз.

T=t*n+t*n+…t*n

СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЭВМ

В состав ЭВМ входит ряд устройств, которые могут соединятся между собой с помощью магистралей: адреса, данных и управления. Реально эти магистрали представляются в виде интерфейса(кабелей или шин). Существует несколько способов соединения устройств между собой.

Структура фон-Неймона- магистральный способ построения или с общей шины.

Интерфейс- стык сопряжений, обеспечивающий подключение устройств, друг к другу с помощью аппаратных или программных средств.

Память- предназначается для хранения исходных данных, промежуточных и конечных результатов.

Устройство Управления - предназначается для выборки всех управляющих сигналов поступающий на другие устройства ЭВМ, при обработке информации в соответствии с программами. УУ и АЛУ вместе составляют процессор- устройство обработки информации.

ПЗУ-постоянное запоминающее устройство. Служит только для считывания информации и хранения информации без потребления энергии.

ОЗУ- принимает участие процессе обработки информации в АЛУ. В котором, выполняются действия на числами и командами.

ЭВМ- обрабатывает информацию в соответствии с программой.

Представление данных в ЭВМ

Данные команды представлены в ЭВМ в двоичном коде, то есть вся информация представляет собой однородную среду и данные команды записываются в разрядной сетке, которая является отражением физических размеров памяти в ЭВМ. В частности регистры 32-х разрядных ЭВМ составляют 32 разряда. Один двоичный разряд – бит, 8 двоичных разрядов – байт, 4 полуразряда – полубайт.

Числа могут быть представлены в следующих разрядных сетках:

1) Полуслова – 2 байта

2) Слово – 4 байта или 32 разряда

3) Двойное слово – 8 байт или 64 разряда

4) Строка – число слов может достигать 2³² то есть 4 гб

Упакованный формат

1) 2 одинарных слова

2) 2 двойных слова

Данные в современных ЭВМ представляются в разрядной сетке с физической точкой и с плавающей точкой.

Числа с фиксированной точкой числа обрабатываются целочисленным АЛУ. Фиксированная точка может фиксироваться в начале разряда и в конце.

Числа с плавающей точкой содержит мантиссу и порядок, каждый из которых содержит свой разряд.

n=+-M*q^p

Память

Предназначена для хранения данных и программ.

Основные характеристики:

1) Ёмкость памяти – количество бит байт слов, хранимых одновременно в ЭВМ.

Кило – 1024

Мега – 10⁶

Гига – 10⁹

Тера – 10¹²

Пета – 10¹⁵

2) Время доступа к памяти – время, в течении которого происходит обращение к памяти с целью записи или считывания информации.

3) Энергозависимость или энергонезависимость при хранении информации

1) Энергонезависимая память –ФЗУ

2) Энергозависимая память – оперативная, регистровая, кеш и т.д.

4) Время хранения информации

5) Стоимость хранения одного бита

Организация памяти

Является одним их основных параметров в ЭВМ. Имеет два значения.

1) Количество слов, умноженное на количество разрядов.

2) Память может быть одномерной, двумерной и трехмерной.

а) Одномерная память (D)- биты записываются последовательно друг за другом на носитель информации. Пример: магнитная лента.

б) Двумерная память- это матричная память где элементы расположены на пересечении шин Х и У.

в) Трехмерная память- это куб состоящий из матриц. Где число ячеек N располагаются на оси Z.

Современные ЗУ полупроводниковые, имеют организацию 3D располагаются в кристальных, интегральных микросхемах.

Поиск по сайту: