- •Введение.
- •1. Основы построения эвм. Основные определения.
- •2. Принципы действия эвм. Принципы программного управления.
- •Страница–словарь.
- •4. История развития вычислительной техники. Поколения эвм.
- •«Компьютер... XVII века»
- •5. Основные параметры эвм.
- •1. Запоминающие устройства эвм.
- •1.1. Типы зу и их основные характеристики.
- •1.2. Оперативные запоминающие устройства.
- •1.2.1. Общие принципы организации озу.
- •1.2.2. Структурная организация блока памяти.
- •1.2.3. Полупроводниковые интегральные зу с произвольным обращением.
- •1.2.4. Модули памяти и элементы памяти (бис).
- •1.2.5. Система электрических параметров полупроводниковых бис зу.
- •1.2.6. Контроль функционирования бис зу.
- •1.2.7. Организация многоблочной оперативной памяти.
- •1.2.8. Организация озу с многоканальным доступом.
- •1.2.9. Ассоциативные зу.
- •1.3. Сверхоперативные зу.
- •1.3.1. Назначение и типы созу.
- •1.3.2. Организация созу с прямой адресацией.
- •1.3.3. Организация стекового и магазинного созу.
- •1.3.4. Организация ассоциативных созу.
- •1.3.5. Оценка эффективности использования созу в процессоре.
- •1.4. Постоянные зу.
- •1.5. Виртуальная память.
- •Логическое распределение оперативной памяти в персональных компьютерах (Intel/pc).
- •1.6.1. Стандартная оперативная память.
- •1.6.1.1.Таблица векторов прерываний.
- •1.6.1.2. Область данных bios.
- •1.6.1.3. Область для операционной системы.
- •1.6.1.4. Основная область памяти.
- •2. Арифметико-логические устройства эвм
- •2.1. Типы арифметических устройств и их структуры.
- •2.2. Организация алу параллельного действия при работе над числами в естественной форме.
- •2.2.1. Суммирование и вычитание чисел при использовании накапливающего сумматора.
- •2.2.2. Принципы построения алу для сложения и вычитания на комбинационных суммах.
- •2.2.3. Организация алу (параллельного действия) в режиме умножения чисел с фиксированной запятой.
- •2.2.4. Аппаратные способы ускорения умножения в организации алу.
- •2.2.5. Алгоритмические (логические) способы ускорения умножения в организации алу.
- •2.2.6. Организация алу параллельного действия в режиме деления чисел с фиксированной запятой.
- •2.2.7. Организация алу при реализации логических операций и операций специальной арифметики.
- •2.3. Организация алу параллельного действия при работе над числами в нормальной форме.
- •2.3.1. Принцип построения и работы алу при суммировании и вычитании чисел в нормальной форме.
- •2.3.2. Направления и методы ускорения операций над числами с плавающей запятой.
- •2.4. Организация алу, работающих в двоично-десятичных кодах.
- •2.5.Об экзотических формах представления чисел. Логарифмическая форма:
- •Трансформирующаяся запятая.
- •Инверсная запятая.
- •2.6. Итеративные методы деления.
- •3. Процессоры.
- •3.1. Система команд эвм.
- •3.1.1. Структура и форматы команд.
- •3.1.2. Список команд.
- •3.1.3. Способы адресации.
- •3.2. Устройства управления.
- •3.2.1. Организация цуу (на примере гипотетической одноадресной эвм).
- •3.2.2. Принципы формирования уфс.
- •3.2.3. Организация микропрограммных устройств управления.
- •3.3. Организация внутрипроцессорных систем ввода-вывода информации.
- •3.3.1. Основные понятия и определения.
- •3.3.2. Способы обмена данными между ядром малой эвм и периферийными устройствами.
- •3.3.3. Программно управляемые способы передачи данных.
- •3.3.3.1. Простые типы передачи.
- •3.3.3.2. Последовательность событий при прерываниях.
- •3.3.3.3. Идентификация прерывающего устройства.
- •3.3.4. Организация прямого доступа к памяти.
- •4. Основы вычислительных конвейеров.
- •4.1. Введение в архитектурные принципы конвейерных процессоров и эвм.
- •Конвейерные сумматоры
- •Конвейерный умножитель
- •5. Архитектура сигнальных процессоров.
- •5.1. Введение. Основные задачи обработки сигналов. Методы обработки сигналов.
- •5.2. Основные характеристики и базовая архитектура семейства adsp-21xx
- •5.2.1. Общие сведения о составе функциональных устройств
- •5.2.2. Базовая архитектура.
- •5.2.3. Средства разработчиков для процессоров семейства.
- •5.3. Интерфейс процессоров adsp-21xx с памятью.
- •5.3.1. Интерфейс с загрузочной памятью.
- •5.3.2. Интерфейс с памятью программ.
- •5.3.3. Интерфейс с памятью данных.
- •5.4. Архитектура операционных устройств.
- •5.4.1. Арифметико-логическое устройство.
- •5.4.2. Умножитель/накопитель mac.
- •5.4.3. Устройство сдвига shifter.
<1>
-
Введение.
1. Основы построения эвм. Основные определения.
Вычислительная машина – автоматическое устройство, назначение которого состоит в переработке информации (формализованных манипуляций над ней).
Цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ) называются такие ВМ, в которых математические переменные представлены числовыми кодами, которые в свою очередь отображаются дискретными сигналами.
Мы в этом курсе будем говорить дальше об электронных ЦВМ (ЭЦВМ), в которых эти сигналы имеют электрическую или электромагнитную природу, а ЭЦВМ часто будем именовать ЭВМ или компьютерами. Отметим при этом, что в строгой терминологии ЭВМ могут быть не только цифровыми, но и «аналоговыми», использующими электрические сигналы для моделирования математических формализаций в противоположность применения числовых кодов. Изучение аналоговых ЭВМ выходит за рамки данного курса.
Основой построения (появления) ЭВМ явилась следующая совокупность (последовательность) формализаций:
-
множество задач (по-видимому, все задачи обработки информации) может быть решено в численном виде; ход их решения представляет последовательность сравнительно простых действий над числами;
-
числа могут быть представлены в различных системах счисления и зашифрованы (закодированы);
-
действиям над числами соответствуют логические преобразования над кодами;
-
коды могут быть представлены в виде электрических сигналов;
-
разработаны методы логического преобразования кодов, в виде обработки электрических сигналов, однозначно соответстующие действиям над числами.
<2>
Любая современная наука стремится поставить решение своих задач на формальные рельсы. Тем самым удаётся конструктивнее решать основные научные проблемы, задачи анализа и синтеза. Следовательно, нужно уметь формально описывать и преобразовывать специальную информацию. Наиболее развитой наукой в этом смысле является математика. Она имеет богатые средства для описания задач с помощью формальных понятий и средств, т.е. набор операций по их преобразованию.
В свою очередь развитие ВТ привело к дальнейшему развитию математики и появлению в ней новых разделов (булева алгебра, теория алгоритмов и др.). Для формального решения задач необходима четкая «инструкция», написанная на понятном для «исполнителя» языке и включающая порядок выполнения всех действий по преобразованию информации.
Такой «инструкцией» в вычислительной технике является алгоритм.
Алгоритм – это точное общепонятное предписание, определяющее процесс преобразования исходных данных в искомый результат.
Большой вклад в теорию развития алгоритмов и формулирования четкого понятия алгоритма внес Тьюринг. Его гипотетическая (абстрактная) машина формализовала понятие алгоритма (1936 г.). Он доказал, что любой алгоритм в принципе может быть реализован при помощи универсального дискретного устройства. Предложенная им схема абстрактного автомата получила название машины Тьюринга. Параллельно с Тьюрингом сходную модель абстрактной вычислительной машины предложил и исследовал Пост. Тем самым теоретически была доказана возможность и целесообразность создания автоматической ЦВМ. Необходимо было ждать только подходящей технической базы.
Работы Тьюринга и Поста были связаны с проблемой вычислимости функций. В качестве решения этой проблемы был сформулировано положение, получившее наименование тезис Чёрча.
Кроме моделей абстрактных вычислителей математиками были предложены алгоритмически трудно формализуемые функции. Самой знаменитой из них является функция Аккермана.
<3>
Функция Аккермана – тест для компьютера.
Функция Аккермана индуктивно задана на парах неотрицательных целых чисел:
;
где m, n больше или равно 0.
Следовательно:
;
Высокая рекурсивность этой функции используется для проверки компиляторов и вообще компьютеров выполнять рекурсию. Функция очень быстро возрастает по мере увеличения m, но ещё существеннее факт сложности (продолжительности) рекурсивного вычисления.
Функция Аккермана одной переменной:
Особую оригинальную конструкцию формального представления алгоритма создал советский математик Л.А. Марков (1954 г.).
Идеи Тьюринга, Поста, Маркова представляют тот фундамент, на котором строится здание теоретического программирования, строится теория алгоритмов, и развиваются другие направления, имеющие прямое отношение к информатике, если под этим понимать предмет, объединяющий вычислительную технику и математику, программное оборудование ЭВМ.
Свойства алгоритмов:
1. Определенность (однозначность), не оставляющая места произволу.
2. Массовость, т.е. возможность исходить из любых исходных данных.
3. Результативность, т.е. свойство так определять процесс, который всегда приводит к искомому результату за конечное число шагов.
<4>
Основные требования к записи алгоритмов:
-
наглядность;
-
обозримость;
-
однозначность толкования;
-
обеспечение различной степени детализации.
Используются следующие формы представления алгоритма:
-
Текстуальная.
-
Операторная.
-
Графическая.
-
В терминах алгоритмического языка.
Все эти формы не исключают друг друга, а наоборот используются совместно на различных этапах решения задачи.
Так, на начальном этапе решения задачи алгоритмы обычно записываются в текстуальной форме, а запись на алгоритмическом языке используется на заключительных этапах.
Такое представление алгоритма в виде граф-схем обладает большой наглядностью и обозримостью.
<5>
Таким образом, мы формализовали алгоритм для решения задачи. Отсюда можно привести другое определение ЭВМ.
Техническое устройство, способное понимать формальный язык, на котором записан алгоритм, и выполнять действия, указанные в нем (реализовывать операторы), и есть вычислительная машина.
Алгоритм, записанный на языке машины, есть программа.