Задачи для самостоятельного решения

1) Перевести двоичное число вовсе известные вам системы счисления:

а) 1001011101 б) 10110001111 в) 1111011010 г) 1111100001 д) 100011100011

е) 10001101001 ж) 111100000111111 з)10101100110101 и) 1111000111110101 к) 10101101011010101

2) Перевести восьмеричное число вовсе известные вам системы счисления:

а) 526 б) 457 в) 562 г) 125 д) 443

е) 361 ж) 777 з) 1267 и) 6375 к) 774527

3) Перевести десятичное число вовсе известные вам системы счисления:

а) 58 б) 96 в) 129 г) 345 д) 789

е) 953 ж) 1283 з) 1892 и) 5638 к) 105896

4) Перевести шестнадцатеричное число вовсе известные вам системы счисления:

а) 1А б) 26 в) 3AF г) C45 д) D56

е) AFD ж) 4A5F з) 9E6CA и) ABC5F к) 48FF56A

5 ) Сложить

а) 2210+568 б)458+96316 в)1001012+5678 г)56810+А4516 д)368+110001110102

е) 100111012+1000101112 ж)1111011112+1011011112 з) 12В516+456216 и)4895216+5623148 к)458910+ААВВСС16

6) Перемножить:

а) 1001012*1012 б)1001111*11012 в)1101012*101112 г)4528*128 д)23568*2568

е) 14А16*6516 ж)89В16*36816 з) 52610*478 и)45238*56916 к)86210+С5816

§5. Представление чисел в эвм. Прямой, обратный и дополнительный коды. (Лекция 4)

В ВТ, с целью упрощения реализации арифметических операций, применяют специальные коды. За счет этого облегчается определение знака результата операции, а операция вычитания чисел сводится к арифметиче­скому сложению. В результате упрощаются устройства, выполняющие арифметические операции.

В ВТ применяют прямой, обратный и дополнительный коды.

Прямой двоичный код Рпр(х) — это такое представление двоичного числа х, при котором знак «+» кодируется нулем в старшем разряде числа, а знак «-» — единицей. При этом старший разряд называется знаковым.

Например, числа +5D и -5D, представленные в прямом четырехразрядном коде, выглядят так: +5D = 0'101 В; -5D = 1'101. Здесь апострофом условно (для удобства определения знака) отделены знаковые разряды.

Обратный код Робр(х) получается из прямого кода по следующему правилу:

Из приведённого выражения видно, что обратный код для положительных чисел совпадает с прямым кодом. Чтобы представить отрицательное двоичное число в обратном коде, нужно оставить в знаковом разряде 1, во всех значащих разрядах заменить 1 на 0, а 0 на 1. Такая операция называется инвертированием и обозначается горизонтальной чертой над инвертируемым выражением

Пример 4. Получить обратный код для числа .х =-11D.

Решение.

Считается, что здесь числа представлены пятью разрядами. Из рассмотренного примера видно, что обратный код для положительных чисел совпадает с прямым, а для отрицательных чисел получается инверсией (переворотом) всех разрядов, кроме знакового разряда.

Дополнительный код Рдоп(х) образуется следующим образом:

Из выражения видно, что дополнительный код положительного числа совпадает с прямым кодом, а для отрицательного числа получается инверсией всех значащих разрядов и добавлением единицы к младшему разряду результата.

Дополнительный код отрицательного числа может быть получен из обратного кода путем прибавления 1 к младшему разряду обратного кода (естественно, с учетом переносов между разрядами).

Пример 5. Получить дополнительный код для числа

х = -13D.

Решение.

Pnp(x) = (1'1101) прямой код

Робр(х) =(1’0010) обратный код

Рдоп(х ) = (1’0011) дополнительный код.

При алгебраическом сложении двоичных чисел положительные слагаемые представляют в прямом коде, а отрицательные — в дополнительном коде и производят арифметическое суммирование этих кодов, включая разряды знаков, которые при этом рассматривают как старшие разряды. При возникновении переноса из разряда знака единицу переноса отбрасывают, в результате получают алгебраическую сумму в прямом коде, если эта сумма положительная, и в дополнительном коде, если сумма отрицательная.

Пример 6. Выполнить алгебраическое сложение с использованием дополнительного кода для чисел х1 =7D х2- -3D.

Решение.

Необходимо найти сумму: у = х1 + х2.

Учитывая, что х1 >0, это число нужно представить в прямом коде, а так как х2 < О, то х2 нужно перевести в дополнительный код.

Так как результат положителен (в знаковом разряде Р(у) — 0), значит, он представлен в прямом коде. После перевода двоичного числа в десятич­ную СС получим ответ: у = +4D.

Пример 7. Выполнить алгебраическое сложение с использованием дополнительного кода для чисел X; = 8D и х2 - -13D.

Необходимо найти сумму: у = x1 + х2.

Число х1 нужно представить в прямом коде, а х2 — в дополнительном коде.

В знаковом разряде стоит единица, и, значит, результат получен в до­полнительном коде. Для перехода от дополнительного кода

Рдоп(у)=1’1011В к прямому коду Рпр(у) необходимо выполнить следующие преобразования:

Робр(y) = Рдоп(у) -1 =1’1011-1=1’1010

Рпр(y) = Робр(y) = 1’Инв(1010) = 1’0101В. Переходя от двоичной СС к десятичной СС, получим ответ: у = -5D.

Представление в ЭВМ целых чисел.

Целые числа без знака

Обычно занимают в памяти компьютера один или два байта. В однобайтовом формате принимают значения от 00000000₂ до 11111111₂ = 255 В двубайтовом формате - от 00000000 00000000₂ до 11111111 11111111₂=65535

Примеры:

а) число 72₁₀ = 1001000₂ в однобайтовом формате:

б) это же число в двубайтовом формате:

в) число 65535 в двубайтовом формате:

Целые числа со знаком

Обычно занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта, при этом самый левый (старший) разряд содержит информацию о знаке числа.

Диапазоны значений целых чисел со знаком:

1байт -2⁷ ... 2⁷-1 -128 ... 127

2 байт -2¹⁵ ... 2¹⁵-1 -32768 ... 32767

4 байт -2³¹ ... 2³¹-1 -2147483648 ... 2147483647

Рассмотрим особенности записи целых чисел со знаком на примере однобайтового формата, при котором для знака отводится один разряд, а для цифр абсолютной величины - семь разрядов.

Положительные числа хранятся в памяти в прямом коде. Обычно отрицательные десятичные числа при вводе в машину автоматически преобразуются в обратный или дополнительный двоичный код и в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях. При выводе таких чисел из машины происходит обратное преобразование в отрицательные десятичные числа.

Арифметические действия с целыми числами.

В большинстве компьютеров операция вычитания не используется. Вместо нее производится сложение обратных или дополнительных кодов уменьшаемого и вычитаемого. Это позволяет существенно упростить конструкцию АЛУ.

Сложение обратных кодов. Здесь при сложении чисел А и В имеют место четыре основных и два особых случая:

1. А и В положительные. При суммировании складываются все разряды, включая разряд знака. Так как знаковые разряды положительных слагаемых равны нулю, разряд знака суммы тоже равен нулю. Например:

Получен правильный результат.

2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А. Например:

Получен правильный результат в обратном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются: 1 0000111 = -7₁₀.

3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А. Например:

Компьютер исправляет полученный первоначально неправильный результат (6 вместо 7) переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы.

4. А и В отрицательные. Например:

Полученный первоначально неправильный результат (обратный код числа -11₁₀ вместо обратного кода числа -10₁₀) компьютер исправляет переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы. При переводе результата в прямой код биты цифровой части числа инвертируются: 1 0001010 = -10₁₀.

При сложении может возникнуть ситуация, когда старшие разряды результата операции не помещаются в отведенной для него области памяти. Такая ситуация называется переполнением разрядной сетки формата числа. Для обнаружения переполнения и оповещения о возникшей ошибке в компьютере используются специальные средства. Ниже приведены два возможных случая переполнения.

5. А и В положительные, сумма А+В больше, либо равна 2^n-1, где n — количество разрядов формата чисел (для однобайтового формата n=8, 2^n-1 = 2⁷ = 128). Например:

Семи разрядов цифровой части числового формата недостаточно для размещения восьмиразрядной суммы (162₁₀ = 10100010₂), поэтому старший разряд суммы оказывается в знаковом разряде. Это вызывает несовпадение знака суммы и знаков слагаемых, что является свидетельством переполнения разрядной сетки.

6. А и В отрицательные, сумма абсолютных величин А и В больше, либо равна 2^n-1. Например:

Здесь знак суммы тоже не совпадает со знаками слагаемых, что свидетельствует о переполнении разрядной сетки.

Сложение дополнительных кодов. Здесь также имеют место рассмотренные выше шесть случаев:

1. А и В положительные. Здесь нет отличий от случая 1, рассмотренного для обратного кода.

2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А. Например:

Получен правильный результат в дополнительном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются и к младшему разряду прибавляется единица: 1 0000110 + 1 = 1 0000111 = -7₁₀.

3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А. Например:

Получен правильный результат. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.

4. А и В отрицательные. Например:

Получен правильный результат в дополнительном коде. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.

Случаи переполнения для дополнительных кодов рассматриваются по аналогии со случаями 5 и 6 для обратных кодов.

Сравнение рассмотренных форм кодирования целых чисел со знаком показывает:

• на преобразование отрицательного числа в обратный код компьютер затрачивает меньше времени, чем на преобразование в дополнительный код, так как последнее состоит из двух шагов — образования обратного кода и прибавления единицы к его младшему разряду;

• время выполнения сложения для дополнительных кодов чисел меньше, чем для их обратных кодов, потому что в таком сложении нет переноса единицы из знакового разряда в младший разряд результата.

Представление в ЭВМ вещественных чисел.

Система вещественных чисел в математических вычислениях предполагается непрерывной и бесконечной, т.е. не имеющей ограничений на диапазон и точность представления чисел. Однако в компьютерах числа хранятся в регистрах и ячейках памяти с ограниченным количеством разрядов. В следствие этого система вещественных чисел, представимых в машине, является дискретной (прерывной) и конечной.

При написании вещественных чисел в программах вместо привычной запятой принято ставить точку. Для отображения вещественных чисел, которые могут быть как очень маленькими, так и очень большими, используется форма записи чисел с порядком основания системы счисления. Например, десятичное число 1.25 в этой форме можно представить так:

1.25*10⁰ = 0.125*10¹ = 0.0125*10² = ...

или так:

12.5*10^-1 = 125.0*10^-2 = 1250.0*10^-3 = ... .

Любое число N в системе счисления с основанием q можно записать в виде N = M*q^p, где M — множитель, содержащий все цифры числа (мантисса), а p — целое число, называемое порядком. Такой способ записи чисел называется представлением числа с плавающей точкой.

Если "плавающая" точка расположена в мантиссе перед первой значащей цифрой, то при фиксированном количестве разрядов, отведённых под мантиссу, обеспечивается запись максимального количества значащих цифр числа, то есть максимальная точность представления числа в машине. Из этого следует:

Мантисса должна быть правильной дробью, у которой первая цифра после точки (запятой в обычной записи) отлична от нуля: 0.1₂ <= |M| < 1. Если это требование выполнено, то число называется нормализованным

Мантиссу и порядок q-ичного числа принято записывать в системе с основанием q, а само основание — в десятичной системе. Примеры нормализованного представления:

753.15 = 0.75315*10³;

— 0.000034 = — 0.34*10^-4;

—101.01 = —0.10101*2¹¹ (порядок 11₂ = 3₁₀)

0.000011 = 0.11*2^-100 (порядок —100₂ = —4₁₀).

Вещественные числа в компьютерах различных типов записываются по-разному, тем не менее, все компьютеры поддерживают несколько международных стандартных форматов, различающихся по точности, но имеющих одинаковую структуру следующего вида:

Здесь порядок n-разрядного нормализованного числа задается в так называемой смещенной форме: если для задания порядка выделено k разрядов, то к истинному значению порядка, представленного в дополнительном коде, прибавляют смещение, равное (2^k-1 — 1). Например, порядок, принимающий значения в диапазоне от —128 до +127, представляется смещенным порядком, значения которого меняются от 0 до 255.

Использование смещенной формы позволяет производить операции над порядками, как над беззнаковыми числами, что упрощает операции сравнения, сложения и вычитания порядков, а также упрощает операцию сравнения самих нормализованных чисел.

Чем больше разрядов отводится под запись мантиссы, тем выше точность представления числа. Чем больше разрядов занимает порядок, тем шире диапазон от наименьшего отличного от нуля числа до наибольшего числа, представимого в машине при заданном формате.

Стандартные форматы представления вещественных чисел:

1. одинарный — 32-разрядное нормализованное число со знаком, 8-разрядным смещенным порядком и 24-разрядной мантиссой (старший бит мантиссы, всегда равный 1, не хранится в памяти, и размер поля, выделенного для хранения мантиссы, составляет только 23 разряда).

2. двойной — 64-разрядное нормализованное число со знаком, 11-разрядным смещенным порядком и 53-разрядной мантиссой (старший бит мантиссы не хранится, размер поля, выделенного для хранения мантиссы, составляет 52 разряда).

3. расширенный — 80-разрядное число со знаком, 15-разрядным смещенным порядком и 64-разрядной мантиссой. Позволяет хранить ненормализованные числа.

Следует отметить, что вещественный формат с m-разрядной мантиссой позволяет абсолютно точно представлять m-разрядные целые числа, т. е. любое двоичное целое число, содержащее не более m разрядов, может быть без искажений преобразовано в вещественный формат.

Арифметические действия с вещественными числами.

При сложении и вычитании сначала производится подготовительная операция, называемая выравниванием порядков.

В процессе выравнивания порядков мантисса числа с меньшим порядком сдвигается в своем регистре вправо на количество разрядов, равное разности порядков операндов. После каждого сдвига порядок увеличивается на единицу.

В результате выравнивания порядков одноименные разряды чисел оказываются расположенными в соответствующих разрядах обоих регистров, после чего мантиссы складываются или вычитаются. В случае необходимости полученный результат нормализуется путем сдвига мантиссы результата влево. После каждого сдвига влево порядок результата уменьшается на единицу.

Пример 1. Сложить двоичные нормализованные числа 0.10111*2^-1 и 0.11011*2¹⁰. Разность порядков слагаемых здесь равна трем, поэтому перед сложением мантисса первого числа сдвигается на три разряда вправо:

Пример 2. Выполнить вычитание двоичных нормализованных чисел 0.10101*2¹⁰ и 0.11101*2¹. Разность порядков уменьшаемого и вычитаемого здесь равна единице, поэтому перед вычитанием мантисса второго числа сдвигается на один разряд вправо:

Результат получился не нормализованным, поэтому его мантисса сдвигается влево на два разряда с соответствующим уменьшением порядка на две единицы: 0.1101*2⁰.

При умножении двух нормализованных чисел их порядки складываются, а мантиссы перемножаются.

Пример 3. Выполнить умножение двоичных нормализованных чисел:

(0.11101*2¹⁰¹)*(0.10012¹¹) = (0.11101*0.1001) . 2^(101+11) = 0.100000101*2¹⁰⁰⁰.

При делении двух нормализованных чисел из порядка делимого вычитается порядок делителя, а мантисса делимого делится на мантиссу делителя. Затем в случае необходимости полученный результат нормализуется.

Пример 4. Выполнить деление двоичных нормализованных чисел:

0.1111*2¹⁰⁰/0.101*2¹¹ = (0.1111/0.101)*2^(100-11) = 1.1*2¹ = 0.11*2¹⁰.

Использование представления чисел с плавающей точкой существенно усложняет схему арифметико-логического устройства.

Устройство ЭВМ. Потоки информации в ЭВМ.

Устройство ЭВМ. Принципы фон Неймана.

В начале рассказа об устройстве ЭВМ полезно сравнить функционирование машины и информационной деятельностью человека. Составим таблицу соответствия блоков машины органам человека.

Информационные процессы человека и ЭВМ
Человек	Процесс	ЭВМ
Органы чувств	Сбор информации	Устройства ввода: клавиатура, мышь, сканер, микрофон,…
Память, книги, журналы	Накопление	Память внутренняя и внешняя
Мозг	Обработка	Процессор
Речь, письмо	Вывод информации	Устройства вывода: монитор, принтер, плоттер, наушники,…

В 1946 один из создателей первых ЭВМ Джон фон Неман изложил принципы построения ЭВМ, которые используются до сих пор:

1. Машина должна работать не в десятичной системе, как механические арифмометры, а в двоичной. Это означает, что программа и данные должны быть записаны в кодах двоичной системы, где каждое число или символ представляется определенной комбинацией нулей и единиц.

2. Программа, которая управляет последовательностью выполнения операций, должна храниться в памяти машины. Там же должны храниться исходные данные и промежуточные результаты.

3. Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу, то есть она должна состоять по крайней мере из двух частей: быстрой, но небольшой емкости (оперативной) и большой (и потому более медленной) внешней.

Согласно этим принципам можно изобразить блок-схему ЭВМ в виде рис.1.

Рис. 1

Кратко охарактеризуем каждый блок.

Процессор — устройство, обеспечивающее обработку данных по заданной программе. Он также организует обмен данными и командами между устройствами ЭВМ. Процессор умеет выполнять некоторый заданный набор операций по обработке данных и управления процессом этой обработки. Набор операций определяется конструкцией процессора. Процессор может выполнять обработку данных только при наличии заранее составленной программы. Программы и данные для ее выполнения хранятся в ОЗУ. Программы состоит из команд, которые содержат коды операций, информацию об операндах и о том, куда поместить результат.

Автоматическая работа процессора по заданной программе обеспечивается двумя основными устройствами, входящими в его состав: арифметико-логическим устройством (АЛУ) и устройством управления (УУ). При этом используются регистры (ячейки памяти внутри процессора, предназначенные для кратковременного хранения данных в процессе их обработки и быстрого доступа к ним).

Промежу­точные результаты сохраняются в РОН. Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора путем уменьшения времени его непроизводи­тельного простоя. УУ отвечает за формирование адресов очередных команд, т. е. за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.

Основными характеристиками процессоров являются разрядность и быстродействие. Разрядность — это число одновременно обрабатываемых бит. Быстродействие — число выполняемых команд в секунду. Быстродействие связано с тактовой частотой, на которой работает процессор. Чем выше тактовая частота, тем выше и быстродействие.

На современных машинах типа IBM устанавливаются следующие типы процессоров:

Процессор	Год вып.	ШД	ША	Адресуемая память	Тактовая частота
8086	1978	16	20	1 Мб	6 МГц
8088	1979	8	20	1	4,7–10 МГц
80286	1982	16	24	16	10–25 МГц
80386	1985	32	32	4Гб	16–40 МГц
80486	1989	32	32	4Гб	25–100 МГц
Pentium	1993	32	32	4Гб	66–200 МГц
Pentium Pro	1995	32	32	4Гб	166–250 МГц
Celeron	1996	32	32	4Гб	–
Pentium II	1997	32	32	4Гб	266–533 МГц
Pentium III	1999	32	32	4Гб	533МГц–1.7 ГГц
Pentium IV	2001	32	32	4Гб	До 2,7 ГГц

Процессор может комплектоваться сопроцессором, который может реализовывать разнообразные функции.

Программа — это набор команд (инструкций), составленный челове­ком и выполняемый ЭВМ. Команда обеспечивает выработку в УУ управ­ляющих сигналов, под действием которых процессор выполняет элементар­ные операции.

Таким образом, программы состоят из команд, а при выполнении ко­манд процессор разбивает команды на элементарные операции.

Элементарными операциями для процессора являются арифметиче­ские и логические действия, перемещение данных между регистрами про­цессора, счет и т. д.

Основной функцией системной шины является передача информа­ции между процессором и остальными устройствами ЭВМ. Системная шина состоит из трех шин: шины управления, шины данных и адресной шины. По этим шинам циркулируют управляющие сигналы, данные (числа, символы), адреса ячеек памяти и номера устройств ввода-вывода.

Сделаем образное сравнение работы системной шины с работой поч­ты. По шине данных пересылаются письма в места, адреса которых указаны на шине адреса. Шина управления следит, чтобы письма при движении не мешали друг другу и перемещались по очереди. Под письмами нужно пони­мать операнды (данные и команды), которыми обмениваются отдельные блоки ЭВМ.

Память предназначена для записи, хранения, выдачи команд и обра­батываемых данных.

Существует несколько разновидностей памяти: оперативная, постоян­ная, внешняя, кэш, CMOS (КМОП), регистровая. Существование целой ие­рархии видов памяти объясняется их различием по быстродействию, энерго­зависимости, назначению, объему и стоимости. Многообразие видов памяти помогает снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.

Память современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем память более высокого уровня меньше по объему, быстрее и в пере­счете на один байт имеет большую стоимость, чем память более низкого уровня.

Регистровая память — наиболее быстрая (ее иногда называют сверхоперативной). Она представляет собой несколько регистров общего назначения (РОН), которые размещены внутри процессора. Регистры ис­пользуются при выполнении процессором простейших операций: пересылка, сложение, счет и т. д.

Наилучшим вариантом было бы размещение всей памяти на одном кристалле с процессором. Однако из-за существующих технологических сложностей изготовления памяти большого объема пришлось бы большое число микросхем отправить в брак.

Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. В ЭВМ число запоминающих устройств с этим видом памяти может быть различным. В современных ЭВМ имеется два-три запоминающих устройства этого вида,

Кэш-память первого уровня располагается внутри процессора, а кэш­память второго уровня — вне процессора (на так называемой материнской плате).

В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник», так как кэш-память недоступна для программиста (она автоматически ис­пользуется компьютером). Кэш-память используется для ускорения выпол­нения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память (и обратно). Работа кэш-памяти строится так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора (время ожидания новых данных и команд).

Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессо­ром и относительно медленной оперативной памятью.

Кэш-память первого уровня, которая размещается на одном кристалле с процессором, принято обозначать символами L1. Кэш-память, которая распо­лагается на материнской плате (второй уровень), обозначается символами L2.

На структурной схеме показана только кэш-память L1.

Энергозависимая память CMOS (КМОП-память) служит для запоми­нания конфигурации данного компьютера (текущего времени, даты, выбран­ного системного диска и т. д.). Для непрерывной работы этого вида памяти на материнской плате ЭВМ устанавливают отдельный малогабаритный ак­кумулятор или батарею питания.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для кратковременного хранения переменной (текущей) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычисли­тельных операций. Это значит, что процессор может выбрать из ОЗУ коман­ду или обрабатываемые данные (режим считывания) и после арифметиче­ской или логической обработки данных поместить полученный результат в ОЗУ (режим записи). Размещение новых данных в ОЗУ возможно на тех же местах (в тех же ячейках), где находились исходные данные. Понятно, что прежние команды (или данные) будут стерты.

ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользовате­лем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора.

В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триг­геры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

ОЗУ — это энергозависимая память, поэтому при выключении пита­ния информация, хранившаяся в ОЗУ, теряется безвозвратно.

По быстродействию ОЗУ уступает кэш-памяти и тем более сверхопе­ративной памяти— РОН. Но стоимость ОЗУ значительно ниже стоимости упомянутых видов памяти.

В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранится инфор­мация, которая не изменяется при работе ЭВМ. Такую информацию состав­ляют тест-мониторные программы (они проверяют работоспособность ком­пьютера в момент его включения), драйверы (программы, управляющие ра­ботой отдельных устройств ЭВМ, например клавиатурой) и др.

ПЗУ является энергонезависимым устройством, поэтому информация в нем сохраняется даже при выключении электропитания.

Перспективным видом постоянной памяти является память с электри­ческим способом стирания и записи информации (FLASH-память), которая при острой необходимости позволяет перепрограммировать ПЗУ и тем са­мым оперативно улучшать характеристики ЭВМ.

Устройства ввода/вывода предназначены для ввода в память ЭВМ данных для обработки и вывода результатов для дальнейшего использования.

Современные ЭВМ строятся по магистрально-модульному принципу. Магистрально-модульная блок-схема ЭВМ изображена на рис.2.

Процессор и память называют центральными устройствами ЭВМ. Они присутствуют в каждом компьютере. Все остальные устройства называют внешними, или периферийными. К центральным устройствам подключается системная магистраль. Внешние устройства подключаются, в свою очередь, к системной магистрали через контроллеры (или адаптеры).

Рис. 2

Контроллер — специализированное устройство согласования центральных и внешних устройств. Помимо названных устройств существуют также внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Они предназначены для долговременного хранения программ и данных. Эти устройства выполняются в виде различного рода накопителей (на гибких и жестких магнитных дисках, на магнитной ленте, и т. д.).

Системная магистраль включает в себя адресную шину, шину данных и шину управления. Большая часть процессорных операций предполагает обращение к оперативной памяти. По адресной шине передается адрес ячейки памяти, к которой происходит обращение. По шине данных передаются данные, считанные или записываемые. Максимальный адрес ячейки памяти, к которой можно обратиться зависит от разрядности шины. По 16–разрядной шине можно адресовать 65536 ячеек размером 1 байт. По 24–разрядной — 1048576 ячеек.

Внешние запоминающие устройства.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения программ и данных. Устройства выполняют в виде накопителей, носителями информации в которых могут служить диски и ленты. Накопители могут быть со сменными носителями и со стационарными носителями информации.

По способу доступа ВЗУ делятся на устройства прямого доступа и устройства последовательного доступа. Накопители на дисках — устройства прямого доступа, так как позволяют обратиться непосредственно к любому месту дискового пространства. Накопители на магнитных лентах — устройства последовательного доступа, так как доступ к нужной информации требует предварительного просмотра всей предыдущей.

Основные характеристики ВЗУ— информационная емкость и время доступа.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД).

Носители информации — гибкие диски — круглый диск из полиэфирной подложки с нанесенным магнитным покрытием. Диск помещают в плотный конверт (корпус), на внутреннюю поверхность которого нанесено очищающее покрытие.

Получили распространение диски диаметром 5,25 дюйма (133мм) и 3,5 дюйма (89 мм). Информация записывается с двух сторон (DS) по концентрическим дорожкам, которые радиальным разбиением разделены на секторы. Емкость сектора фиксирована 512 байт. Количество секторов — 9 или 15 на 5,25, 9 или 18 на 3,5. Количество дорожек бывает 40 (DD) и 80 (QD, HD). Тогда

Емкость = количество секторов * количество дорожек *

*количество сторон *512.

Двусторонние дискеты маркируют DS 2S или просто 2. 40-дорожечные — DD, 80-дорожечные — QD или HD.

Суперфлоппи и флоптические накопители.

Устройства используют 3,5 дискеты емкостью 128 Мб. На поверхность диска с помощью лазера наносят серводорожки, которые не могут быть разрушены магнитным полем.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).

Их диски изготовлены из алюминиевого сплава. Вращаются с большой скоростью 3600 – 7200 об/мин. Они могут иметь до 1024 дорожек, разделенных обычно на 17 (34) сектора.

Достоинства: большая емкость, малое время доступа к информации. Недостатки: чувствительность к механическим воздействиям (вибрации, толчки).

Возможно использование пакета дисков, нанизанных на одну ось. Поверхности дисков покрыты магниточувствительным слоем и каждая из поверхностей имеет свою головку.

Накопители на CD дисках.

Закодированная информация наносится на оптический компакт-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделенные плоским участком. При использовании света с длиной волны 800 нм емкость диска — 700Мб. Перспектива — уменьшение длины волны лазера.

Существуют другие типы накопителей: накопители на сменных дисках, накопители Бернулли, ZIP- накопители, PD-накопители, магнитооптические диски.

Накопители на магнитной ленте — стримеры.

Здесь реализуется последовательный способ доступа. Наиболее часто используются четвертьдюймовые картриджи для стримера, 8мм и 4мм картриджи.