Структура вычислительной машины и принцип ее работы

Вычислительная машина должна выполнять конечное число физически реализуемых базовых операций над содержимым слов памяти. Современные однопроцессорные ЭВМ имеют архитектуру, предложенную фон Нейманом, и называются фоннеймановскими машинами. Принцип организации их работы заключается в следующем.

1. Память машины представляет собой линейную последовательность пронумерованных слов или ячеек. Номер ячейки называется её адресом.

2. Одни и те же ячейки памяти могут содержать исходные данные, полученные результаты или команды машины.

3. Команды выполняются последовательно в соответствии с порядком, определяемым программой.

Самым массовым типом ЭВМ в наше время является персональный компьютер. Персональный компьютер – это малогабаритная ЭВМ, предназначенная для индивидуальной работы, оснащенная удобным для пользователя (дружественным) программным обеспечением. Практически все модели современных персональных компьютеров имеют магистральную архитектуру (рис. 9).

Рис. 5. Магистральная архитектура ЭВМ.

Архитектура ЭВМ – это общее описание структуры и функций компьютера на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ. Архитектура не включает в себя описание деталей технического и физического устройства компьютера.

Связь между устройствами компьютера осуществляется через общую шину, или магистраль. Общая шина – это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передаются данные, по другой (шина адреса) – адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть общей шины – шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).

Количество одновременно передаваемых по шине битов называется разрядностью шины. Каждому биту соответствует отдельный провод. Данные, передаваемые от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождаются адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

К общей шине могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение оперативной памяти, замена процессора на более совершенный.<>

Аппаратное подключение периферийного устройства к общей шине осуществляется через специальный блок – контроллер, или адаптер. Программное управление работой устройства осуществляет специальная программа, называемая драйвер, которая входит в состав операционной системы. Следовательно, для подключения нового периферийного устройства к компьютеру необходимо использовать соответствующий контроллер и установить в операционной системе соответствующий драйвер.

В современных персональных компьютерах в качестве процессоров используются микропроцессоры. Микропроцессор – это сверхбольшая интегральная схема, которая реализует функции процессора. Микропроцессор создается на полупроводниковом кристалле путем применения сложной микроэлектронной технологии.

Возможности компьютера как универсального устройства преобразования данных определяются системой машинных команд процессора. Отдельная команда определяет отдельную операцию компьютера. Из команд составляются программы управления работой компьютера. Типичный набор операций, выполняемых вычислительной машиной, состоит из следующих операций:

• арифметические операции;
• операции для проверки различных свойств элементов данных;
• операции для доступа к различным частям элементов данных и их изменения;
• операции управления устройствами ввода-вывода;
• операции для управления последовательностью выполнения операций.

Процессор состоит из двух частей: управляющего устройства и арифметическо-логического устройства. Управляюще устройствое определяет последовательность выполнения команд и занимается поиском их в памяти. Арифметически-логическое устройство выполняет команды, передаваемые управляющим устройством. Процессор имеет несколько специальных ячеек памяти, называемых регистрами.

У каждого регистра есть определенное назначение. В регистр, называемый счетчиком команд, помещается адрес той ячейки памяти ЭВМ, в которой хранится очередная исполняемая команда программы. Во время ее исполнения эта команда помещается в регистр команд. Есть группа регистров общего назначения, в которые помещаются исходные данные и результаты выполнения команды. Полученный результат может быть переписан из регистра в оперативную память.

Каждый процессор имеет следующие характеристики.

1. Тактовая частота. Работа всех устройств процессора синхронизируется генератором тактовой частоты, который вырабатывает периодические импульсы. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт – это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах.

2. Разрядность процессора. Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет размер 4 байта, то разрядность процессора равна 8 x 4 = 32, если 8 байтов, то 64.

3. Адресное пространство. По адресной шине процессор передает адресный код – двоичное число, обозначающее адрес ячейки памяти или внешнего устройства, куда направляется информация по шине данных. Адресное пространство – это диапазон адресов, к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит n битов, то размер адресного пространства равен 2ⁿ байтов. Обычно размер адресного кода равен количеству линий в адресной шине. Например, если компьютер имеет 32-разрядную адресную шину, то адресное пространство его процессора равно 2³² = 4 Гбайтов.

Каждая команда процессора занимает в памяти один или несколько байтов и состоит из кода операции и набора операндов, над которыми выполняется операция. Например, в операции сложения операндами будут слагаемые.В зависимости от числа используемых адресов команды бывают трехадресными, двухадресными, одноадресными и безадресными. Примером безадресной команды может служить команда останова. На рис. 10 избражен формат трехадресной команды.

Рис. 6. Формат трехадресной команды.

Здесь Коп – код выполняемой операции, Адрес 1 и Адрес 2 – адреса ячеек памяти, содержащих операнды команды. Адрес 3 – адрес ячейки памяти, в которую будет помещен результат операции.

 

 

Заключение:

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации.

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью компьютерных программ можно преобразовывать полученную информацию, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников.

Аналогично на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

                                                         

Липенков, А. Д. Информатика: учеб. пособие / А. Д. Липенков. - Челябинск: ЧелГУ, 2006 (Челябинск). - 178 с.

 Акулов О. А. Информатика. Базовый курс: учебное пособие // О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – М.: Наука, 2005.- 552 с.

 

Дополнительная литература

Симонович С. В. Информатика. Базовый курс: учебное пособие/ Под ред. С. В. Симоновича. – Спб.: Питер, 2004. – 640 с.

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт кибернетики, информатики и связи

Кафедра кибернетических систем

 

ОТЧЁТ О ВЫПОЛНЕННОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 3

 

Дисциплина «Информационные технологии»

Направление 220200 Автоматизация и управление, специальность 220201 Управление и информатика в технических системах

.

 

Тема. Моделирование процесса распознавания конструкций языка с регулярной грамматикой

 

 

Выполнил:

студент группы УИТС-08-1

Логинов А.В.

  

Проверил: 

Ковалёв П. И.        

   

 

Тюмень 2012

Цель:

 

Целью выполнения лабораторной работы № 3 является овладение навыками моделирования процесса распознавания конструкция языка с регулярной грамматикой.