Раздел 1. Основные принципы организации и характеристики современных эвм

 

 

Мы будем изучать только дискретные вычислительные машины.

 

 

Поколения ЭВМ, основные черты каждого из них

I-ое поколение - начало 50-х годов: элементная база – радиоэлектронные лампы.

(ЭВМ обладает низкой надежностью, огромными габаритами и высокой потребляемой мощностью).

II-ое поколение - 60-ые годы: элементная база – полупроводниковые транзисторы.

(Характеристики ЭВМ улучшаются: повышается надежность, быстродействие; появляются языки высокого уровня и первые операционные системы).

III-е поколение - 70-ые годы: элементная база – интегральные микросхемы.

(ЭВМ с развитым программным обеспечением, режим разделения времени).

IV-ое поколение - 80-ые годы: элементная база – большие интегральные микросхемы (десятки тысяч транзисторов на кристалле).

(Создание персональных ЭВМ).

V-ое поколение – 90-ые годы: элементная база – сверхбольшие интегральные схемы. (Высокопроизводительные (интеллектуальные) системы).

1.2 Общие положе­ния об организации отдельных классов ЭВМ

Ядро Внешние устройства

 

В ОП (оперативной памяти) хранятся команды в машинном коде, операнды, результат.

ЦП (центральный процессор) выполняет и обрабатывает команды одну за другой.

Устройства ввода/вывода: клавиатура, мышь, принтер и другие.

ВЗУ: винчестер, CD, дискеты и другие.

 

Основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов

ЭВМ делятся на несколько классов:

 

I. По способу взаимодействия ядра и внешнего устройства.

 

1) канальный ввод/вывод:

 

Каналы – периферийные процессоры, занимающиеся вводом/выводом.

 

 

Данные из внешних устройств через канал поступают в ОП.

 

2) магистральный ввод/вывод:

 

 

Только 2 устройства могут работать одновременно.

3) радиальный ввод/вывод:

 

Для больших потоков информации вводится контроллер. Он управляет потоком информации.

 

II. По организации ядра.

 

1) мультипроцессорная вычислительная система:

 

С одной ОП работает несколько ЦП. Количество ЦП =n (n<10).

 

Ядро

 

 

2) многомашинные комплексы:

 

ЭВМ₁ ОС₁ ЭВМ_i ОС_i

 

 

Такой способ используют для повышения производительности (надежности).

 

3) векторные (матричные) системы:

 

 

4) Универсальные специализированные системы.

Ориентированы на решение конкретных специальных задач.

 

Системы счисления, используемые в ЭВМ

Системой счисления называется способ представления чисел посредством цифровых знаков или алфавита символов.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления.

В позиционных системах счисления - значение цифры зависит от места расположения в числе (арабская система счисления): 3 30 300.

В непозиционных системах счисления значение цифры не зависит от места расположения в числе (римская система счисления): IV VI.

В ЭВМ используют только позиционные системы счисления.

Основанием системы счисления q – называется количество символов, используемые в данной системе счисления. Например, для десятичной системы счисления q=10: 0,…,9.

В ЭВМ используются системы счисления с основаниями:

q=2: 0,1;

q=8: 0,…,7;

q=16: 0,…,9,A,B,C,D,E,F.

 

Таблица соответствия чисел (от 0 до 15), представленных в двоичной, десятичной, шестнадцатеричной системах счисления.

q=10

q=2

q=16

A

B

C

D

E

F

 

Где q – основание системы счисления.

 

 

Представление чисел в позиционной системе счисления

Число в позиционной системе счисления можно представить в виде полинома:

 

X= а_nqⁿ + а_n-1 q^n-1+...+ а₁q¹ + а₀q⁰ + а_-1q^-1 +...+ а_-mq^-m

 

где n + 1 - число разрядов в целой части числа;

m – число разрядов в дробной части числа;

q – основание системы счисления;

а_i – значение i-го разряда числа в исходной системе счисления.

 

Пример:

Число 753,24 в десятичной системе счисления можно представить в виде:

7*10² + 5*10¹ + 3*10⁰ + 2*10^-1 + 4*10^-2

Перевод чисел из двоичной (восьмеричной, шестнадцатеричной) системы счисления в десятичную систему счисления

Для перевода необходимо представить число в виде полинома, в котором все числа выражены в десятичной системе счисления и выполнить действия в десятичной системе счисления.

 

Пример:

4 3 2 1 0

(1 0 1 1 0)2 – (?)10

(10110)₂ = 1*2⁴ + 0*2³ + 1*2² + 1*2¹ + 0*2⁰ = 16 + 4 + 2 = (22)10