Архитектура персонального компьютера

Наиболее распространенными в настоящее время являются персональные компьютеры фирмы IBM, построенные на микропроцессорах.

Микропроцессором называется миниатюрное электронное устройство, обрабатывающее информацию и управляющее этим процессом. Как правило, микропроцессор выполняется в виде одной или нескольких БИС. В состав микропроцессоров обычно входят АЛУ, блок управления и синхронизации, ЗУ (регистры общего назначения РОН) и другие блоки, необходимые для выполнения операций вычислительного процессора. В отличие от ЭВМ у микропроцессора нет устройства ввода-вывода информации, т.е. средств непосредственного общения с человеком.

В 1981 г. на основе микропроцессора Intel-8088 фирма IBM создала компьютер IBM PC, построенный по принципу открытой архитектуры. В 1983 г. - компьютер IBM PC XT, имеющий встроенный жесткий диск, а в 1985 г. - IBM PC AT на основе нового микропроцессора Intel-80286, работающего в 3-4 раза быстрее.

Обычно ПК IBM PC базовой комплектации состоит из 3 частей: системный блок; клавиатура; монитор или дисплей.

Блок-схема персонального компьютера имеет вид, представленный на рис. 2.

Контрольные задания

2.1. Дать определение и классификацию ЭВМ.

2.2. Привести общую структурную схему ЭВМ и назначение ее основных функциональных блоков.

2.3. Объяснить принцип поэтапного выполнения команд в ЭВМ.

2.4. Сформулировать и пояснить общие принципы функционирования ЭВМ.

2.5. Указать особенности архитектуры персонального компьютера. Привести простейшую схему архитектуры персонального компьютера.

2.6. Описать поколения развития ЭВМ и дать их характеристику.

2.7. Кратко изложить историю развития персональных компьютеров и определить особенности их организации и функционирования.

2.8. Состав ЭВМ и назначение ее основных узлов.

2.9. Сформулировать и пояснить принципы функционирования микропроцессора.

2.10. Произвести сравнительную характеристику ЭВМ различных поколений.

Глава 3. Арифметические основы ЭВМ

Системы счисления, используемые в ЭВМ

Понятие системы счисления

Система счисления представляет собой совокупность цифр и правил записи с их помощью чисел.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления. В позиционной системе счисления величина каждой цифры зависит от ее места положения в числе (например, десятичная система счисления). В непозиционной системе счисления величина каждой цифры фиксирована и не зависит от ее положения в числе (например, римская система счисления). Количество цифр в непозиционной системе счисления не ограничено и очень сложно выполнять арифметические операции. Поэтому в вычислительной технике используются только позиционные системы счисления.

Информация, обрабатываемая в ЭВМ, представляется с помощью электрических величин, принимающих ограниченное число состояний. Если обозначить число состояний через b, то информация может быть представлена с помощью чисел, записанных в системе счисления с основанием b. Любое число N может быть представлено в виде суммы степеней основания b с соответствующими коэффициентами а:

N = a_n-1b^n-1 + a_n-2b^n-2 +... +a₁b + a₀ + a_-1b^-1 +... + a_-mb^-m =

где а_i = 0, 1, 2,..., b-1.

Тогда сокращенная запись числа N записывается в виде последовательности коэффициентов при соответствующих степенях основания b:

N = a_n-1a_n-2...a₁a₀,a_-1...a_-m.

В вычислительной технике обычно используются системы счисления: двоичная; восьмеричная; шестнадцатеричная; двоично-десятичная.

Двоичная система счисления

Любая информация в современных ЭВМ представляется последовательностью 0 и 1 (бит). Это обусловлено тем, что большинство элементов, из которых состоит ЭВМ, по своей физической природе могут находиться лишь в одном из двух устойчивых состояний: “Включено”, “Выключено”. Такие элементы принято называть двухпозиционными. С помощью двухпозиционных элементов легко изображаются разряды двоичного числа. Одно из устойчивых состояний соответствует цифре 0, а другое - цифре 1.

В этом отношении двоичная система счисления имеет преимущества перед остальными системами и поэтому оказывается очень удобной для применения в ЭВМ. В двоичной системе счисления легко реализуются арифметические операции, что дает возможность значительно упростить конструкции вычислительных устройств по сравнению с устройствами, работающими в других системах.

Кроме того, двоичная система счисления по плотности представления информации является одной из наиболее близких к оптимальной.

В двоичной системе счисления основание системы равно 2 и для представления чисел используются только два символа (2 цифры): 0 и 1. Любое число N в двоичной системе счисления представляется в виде суммы степеней основания 2 с соответствующими коэффициентами:

N = a_n-12^n-1+a_n-22^n-2+...+a₁2¹+a₀2⁰+a_-12^-1+...+a_-m2^-m= где a_i = 0; 1.

Затем с помощью этих коэффициентов число записывается в сокращенной форме.

Например, десятичное число 23,625 можно представить в виде суммы: 23,625 = 1^.2⁴+0^.2³+1^.2²+1^.2¹+1^.2⁰+1^.2^-1+0^.2^-2+1^.2^-3.

Отсюда может быть получена его запись в двоичной системе счисления: 23,625₍₁₀₎ = 10111,101₍₂₎.

При разложении числа используют таблицу степеней основания, отсюда этот способ перевода чисел получил название табличный.