рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ (конспект лекций) ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ (конспект лекций) ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ - Конспект Лекций, раздел Компьютеры,   Вычислительные Машины ...

 

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

(конспект лекций)

 

 

ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ

 

ЧАСТЬ 1

    Конспект лекций посвящен изучению основ организации и функционирования ЭВМ в целом и ее отдельных узлов,…

Общие вопросы истории развития и построения ЭВМ

С момента своего возникновения человек старался облегчить свой труд с помощью различных приспособлений. В начале это касалось только физического труда, а затем также и умственного. В результате уже в XVII веке начали появляться первые механические устройства, позволяющие выполнять некоторые арифметические действия над числами. Они предназначались, в основном, для коммерческих расчетов и составления навигационных таблиц.

Совершенствование технологии обработки металлов, а затем и появление первых электромеханических устройств типа электромагнитных реле привело к интенсивному совершенствованию вычислительных устройств. Кроме того, совершенствование вычислительных устройств было обусловлено все возрастающим объемом информации, требующей переработки.

До 30-х годов прошлого столетия разработкой вычислительных устройств занимались механики, математики, электрики. Но с конца 30-х годов к этому процессу подключились электронщики, поскольку вычислительные устройства стали создавать на электронных элементах – электронных лампах. Вычислительные устройства превратились в электронные вычислительные машины (ЭВМ0, а все, что связано было с созданием ЭВМ, превратилось в отдельную область человеческих знаний, которую условно можно было назвать "Теория и принципы проектирования ЭВМ".

Однако уже в 50-е годы разнообразие проблем теории и методов проектирования объектов вычислительной техники, сложность ее элементов, устройств, машин и систем закономерно привели к тому, что из дисциплины "Теория и принципы проектирования ЭВМ", еще недавно охватывающей все основные аспекты этой области науки и техники, выделились самостоятельные курсы: схемотехника ЭВМ, методы оптимизации, периферийные устройства, операционные системы, теория программирования и т.д. Современная ЭВМ – настолько сложное устройство, что в одном курсе физически невозможно охватить подробно все проблемы проектирования, создания и эксплуатации ЭВМ, которые в общем случае имеют три аспекта:

- пользовательский (т.е. ЭВМ является инструментом решения прикладных задач);

- программный (т.е. ЭВМ является объектом системного программирования);

- электронный (т.е. ЭВМ является сложным электронным устройством, созданным с использованием сложных технологий).

Настоящий курс "Организация ЭВМ и систем" без излишней детализации рассматривает комплекс основных вопросов, относящихся к теории, принципам построения и функционирования ЭВМ как сложного электронного устройства. При этом основное внимание уделяется микроЭВМ и устройствам на базе микропроцессорных комплектов. Следует иметь в виду также, что под ЭВМ понимается любое устройство переработки цифровой информации (от микроконтроллера, управляющего стиральной машиной, до суперЭВМ), а не только персональный компьютер.

Два класса ЭВМ

Любая сфера человеческой деятельности, любой процесс функционирования технического объекта связаны с передачей и преобразованием информации. Одно из важнейших положений кибернетики состоит в том, что без информации, ее передачи и переработки невозможны организованные системы – ни биологические, ни технические, искусственно созданные человеком.

Информацией называются сведения о тех или иных явлениях природы, событиях общественной жизни, процессах в технических устройствах. Информация, зафиксированная в некоторых материальных формах (на материальном носителе), называется сообщением, например:

· статистические данные о работе предприятия и потребности производства в материалах;

· данные переписи населения;

· данные для диспетчера аэропорта о перемещении самолетов в воздухе;

· данные о толщине прокатываемого листа.

Все эти сообщения отличаются друг от друга по источнику информации, по способу представления, по продолжительности и т.д. Но их объединяет одно – информацию, которую они несут, необходимо передать, переработать и как-то использовать.

В общем случае сообщения могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными (цифровыми).

Аналоговое сообщение представляется некоторой физической величиной (обычно электрическим током или напряжением), изменение которой во времени отражает протекание рассматриваемого процесса, например температуры в нагревательной печи. Физический процесс, передающий непрерывное сообщение, может в определенном интервале принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени, т.е. может иметь бесконечное множество состояний.

Дискретное сообщение характеризуется конечным набором состояний, например, передача текста. Каждое из этих состояний можно представить в виде конечной последовательности символов или букв, принадлежащих конечному множеству, называемому алфавитом. Такая операция называется кодированием, а последовательность символов – кодом. Число символов, входящих в алфавит, называется основанием кода. Важным здесь является не физическая природа символов кода, а то, что за конечное время можно передать только конечное число состояний сообщения. Причем, чем меньше основание кода, тем длиннее требуются кодовые группы для передачи фиксированного набора состояний сообщения.

В настоящее время в абсолютном большинстве случаев используются коды с основанием два, т.е. информация представляется в виде бинарных импульсных последовательностей, или двоичных кодов.

Передачу и преобразование любой дискретной информации всегда можно свести к эквивалентной передаче и преобразованию двоичных кодов, или цифровой информации.

Более того, возможно с любой заранее заданной степенью точности непрерывное сообщение заменить цифровым путем квантования непрерывного сообщения по уровню и дискретизации его по времени. Однако следует иметь в виду, что с увеличением точности представления аналогового сообщения растет разрядность кода. Это может привести к тому, что обработка аналогового сообщения в цифровой форме на конкретной ЭВМ в реальном масштабе времени окажется невозможной.

Таким образом, любое сообщение может быть с определенной степенью точности представлено в цифровой форме.

Электронные вычислительные машины (ЭВМ) являются преобразователями информации. В них исходные данные задачи преобразуются в результат ее решения. В соответствии с используемой формой представления информации при преобразовании ЭВМ делятся на два больших класса – аналоговые и дискретного действия – цифровые. Их обозначают как АВМ и ЦВМ соответственно. С 70-х годов термин ЭВМ относят именно к машинам дискретного действия, или ЦВМ, принципы функционирования которых и будут рассмотрены в настоящем курсе.

Немного истории

Но настоящая потребность в автоматизации вычислений возникла в средние века в связи с резко возросшими в этот период торговыми операциями и… Первые эскизы счетной машины создал Леонардо да Винчи (около 1500 года). А… В 1834 году Ч. Бэббидж разработал проект счетной машины, позволяющей реализовать вычисления любой сложности. Машина…

Принципы действия ЭВМ

Таким образом, микрокалькулятор выполняет арифметические операции над числами, которые в него вводит человек. Лист бумаги выполняет в данном случае… Принципиальный эффект достигается, если к быстродействующему арифметическому…

Поколения ЭВМ

Ранее отмечалось, что ближайшими прототипами современной ЭВМ можно считать машины "ЭДВАК" и "ЭДСАК", построенные в Англии и США…   Первое поколение (1950-1960 гг.)

Большие ЭВМ общего назначения

- научные и технические расчеты – для них типичным является возможность работы со словами фиксированной длины, относительно небольшие объемы… - планово-экономические расчеты, статистика носят совсем иной характер. Они… Для систем обработки данных важно иметь возможность ввода, хранения, обработки и вывода большого количества текстовой…

Каналы

Поскольку каналы предназначались для освобождения центрального процессора от вспомогательных операций, не связанных с вычислениями, они имели непосредственный доступ к ОП параллельно ЦП, естественно со своими приоритетами. Ввиду того что ПУ различаются по быстродействию и режимам работы, каналы подразделялись на байт-мультиплексные, блок-мультиплексные и селекторные.

Байт-мультиплексный канал мог обслуживать одновременно несколько срав­нительно медленно действующих ПУ – печатающих, УВВ с перфокарт и перфолент, дисплеев и др. Этот канал попеременно организовывал с ними сеансы связи для передачи между ОП и ПУ небольших порций информации фиксированной длины (обычно 1-2 слова или байта). В простейшем случае происходил циклический опрос ПУ, например при работе с дисплейной станцией. В более сложном варианте байт-мультиплексный канал начинал обслуживать ПУ по их запросу, причем первым опрашивался ПУ с высшим приоритетом, а затем по очереди шло обращение ко всем остальным ПУ. Таким образом, байт-мультиплексный канал работал с "медленными" устройствами, способными ожидать обслуживание без потери информации.

Селекторный и блок-мультиплексный каналы связывали ЦП и ОП с ПУ, работающими с высокой скоростью передачи информации (магнитные диски, ленты и др.).

Селекторный канал предназначался для монопольного обслуживания одного устройства. При работе с селекторным каналом ПУ после пуска операции оставалось связанным с каналом до окончания цепи операций. Запросы на обслуживание других ПУ, так же как и новые команды пуска операций ввода-вывода от процессора, в это время не воспринимались каналом: до завершения цепи операций селекторный канал по отношению к процессору представлялся занятым устройством. Таким образом, селекторный канал предназначался для работы с быстродействующими устройствами, которые могут терять информацию вследствие задержек или прерываний в обслуживании.

Блок-мультиплексный канал обладал тем свойством, что операции, не связанные с передачей данных (установка головок на цилиндр, поиск записи и т.д.), выполнялись для нескольких устройств в мультиплексном режиме, а передача блока информации происходила в монопольном (селекторном) режиме.

Аппаратные средства каналов разделялись на две части: средства, предназначенные для обслуживания отдельных ПУ, подключенных к каналу, и оборудование, являющееся общим для устройств и разделяемое всеми устройствами во времени. Средства канала, выделенные для обслуживания одного ПУ, назывались подканалами.

Интерфейс

Связи всех устройств ЭВМ друг с другом осуществлялись, как и в современных ЭВМ, с помощью интерфейсов. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. От характеристик интерфейсов во многом зависят производительность и надежность ЭВМ.

В заключение следует отметить, что все вышесказанное относится к серийно выпускаемым в свое время крупным ЭВМ общего назначения серии ЕС (IBM 360/370). Однако в этот же период были разработаны и серийно производились суперЭВМ типа Крэй1, Крэй2, Кибер-205, "Эльбрус", ПС-2000, и т.д. Их колоссальная производительность достигалась за счет уникальных структур аппаратного и программного обеспечения. Эти ЭВМ выпускались в незначительных количествах, как правило, под конкретный заказ. Более подробно о многопроцессорных ЭВМ речь пойдет в отдельном разделе данного курса.

Малые ЭВМ

Укорочение машинного слова повлекло за собой множество проблем, связанных с представлением данных, адресацией, составом и структурой команд,… Следует отметить, что структуры современных микро - и миниЭВМ весьма сложны и… Типичная структура такой микроЭВМ изображена на рис. 1.4.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите, чем АВМ отличается от ЦВМ.

2. Назовите основные этапы эволюции ЭВМ.

3. Опишите классическую структуру ЭВМ по Нейману и укажите свойства каждого блока.

4. В чем заключается принцип оптимального соотношения аппаратных и программных средств при построении вычислительной техники?

5. Опишите способ обращения пользователя ЭВМ к ее аппаратным средствам.

6. Что нового появилось в каждом поколении по отношению к предыдущему.

7. Чем различается принцип построения малых ЭВМ и больших ЭВМ общего пользования?

Представление информации в ЭВМ

Позиционные системы счисления

В ЭВМ используются только позиционные системы счисления с различными основаниями. Позиционные системы счисления характеризуются тем, что одна и та…   Пример.:

Двоичная система счисления

В общем виде двоичное число выглядит следующим образом:   , где .

Преобразование двоичных чисел в десятичные

Для преобразования двоичных чисел в десятичные необходимо сложить десятичные веса всех разрядов двоичного числа, в которых содержатся единицы.

 

Пример.

Преобразовать целое двоичное число 11001100(2) в десятичное.

 

 

Преобразование вещественного двоичного числа 101.011(2) будет выглядеть следующим образом:

 

Если преобразуемое число большое, то операцию перевода удобнее делать отдельно для целой и дробной частей.

Преобразование десятичных чисел в двоичные

Для преобразования целого десятичного числа в двоичное необходимо разделить его на основание новой системы счисления (S = 2). Полученное частное… Проиллюстрируем преобразование на примере.  

Двоично-десятичная система счисления

Например, в автоматизированной системе обработки данных чисел много, а вычислений мало. В этом случае операции, связанные с переводом чисел из одной… Перевод чисел из десятичной системы в двоично-десятичную весьма прост и…  

Восьмеричная система счисления

  , где .

Шестнадцатеричная система счисления

  , где .

Двоичная арифметика

Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами определяются арифметическими действиями над одноразрядными двоичными числами.

 

перенос в

старший разряд

 

Правила выполнения арифметических действий во всех позиционных системах счисления аналогичны.

Сложение

Как и в десятичной системе счисления, сложение двоичных чисел начинается с правых (младших) разрядов. Если результат сложения цифр МЗР обоих слагаемых не помещается в этом же разряде результата, то происходит перенос. Цифра, переносимая в соседний разряд слева, добавляется к его содержимому. Такая операция выполняется над всеми разрядами слагаемых от МЗР до СЗР.

 

Пример.

Сложить два числа в десятичном и двоичном представлении (формат – 1 байт).

 

Перенос (единицы) 11 1111111

Слагаемое 1 099(10) 01100011(2)

Слагаемое 2 095(10) 01011111(2)

Сумма 194(10) 11000010(2)

 

Операция получается громоздкая со многими переносами, но удобная для ЭВМ.

Вычитание

Операция вычитания двоичных чисел аналогична операции в десятичной системе счисления. Операция вычитания начинается, как и сложение, с МЗР. Если содержимое разряда уменьшаемого меньше содержимого одноименного разряда вычитаемого, то происходит заем 1 из соседнего старшего разряда. Операция повторяется над всеми разрядами операндов от МЗР до СЗР.

Поясним это примером.

 

Пример.

Вычесть два числа в десятичном и двоичном представлении (формат – 1 байт).

 

Заем (единица) 1 01100000

Уменьшаемое 109(10) 01101101(2)

Вычитаемое 049(10) 00110001(2)

Разность 060(10) 00111100(2)

Второй вариант операции вычитания – когда уменьшаемое меньше вычитаемого – приведен в разделе представления двоичных чисел в дополнительном коде.

Умножение

  Пример. Вычислить произведение 17(10)*12(10) в двоичной форме.

Деление

  Пример. Вычислить 204(10) /12(10) в двоичном коде.

Прямой, обратный и дополнительный коды

В целях упрощения выполнения арифметических операций и определения знака результата применяют специальные коды для представления чисел. Операция… Для представления чисел со знаком в ЭВМ применяют прямой, обратный и… Общая идея построения кодов такова. Код трактуется как число без знака, а диапазон представляемых кодами чисел без…

Прямой код

Рассмотрим однобайтовое представление двоичного числа. Пусть это будет 28(10). В двоичном формате – 0011100(2) (при однобайтовом формате под…  

Обратный код

На рис. 2.2 приведен формат однобайтового двоичного числа в обратном коде.  

Дополнительный код

   

Сложение и вычитание в дополнительном коде

   

Признак переполнения разрядной сетки

Признаком переполнения является наличие переноса в знаковый разряд суммы при отсутствии переноса из знакового разряда (положительное переполнение)… При положительном переполнении результат операции положительный, а при… Если и в знаковый, и из знакового разряда суммы есть переносы или этих переносов нет, то переполнение отсутствует.

Деление в дополнительном коде

Деление в дополнительном коде осуществляется по тем же правилам, что были описаны в п. 5.4. разд. "Двоичная арифметика". Но метод деления "столбиком" для ЭВМ не пригоден. Используются более громоздкие методы деления, которые здесь не рассматриваются. Информацию о них можно найти в литературе, приведенной в конце главы.

Правило перевода из дополнительного кода в десятичную систему

Однако существует прямой способ перевода числа из ДК в десятичную систему без использования промежуточного перевода в ПК.  

Модифицированные коды

Эти коды отличаются от прямого, обратного и дополнительного кодов тем, что на изображение знака отводится два разряда: если число положительное – 00, если число отрицательное – 11. Такие коды оказались удобны (с точки зрения построения АЛУ) для выявления переполнения разрядной сетки. Если знаковые разряды результата принимают значение 00 и 11, то переполнения разрядной сетки не было, а если 01 или 10 – то было переполнение. Вернемся к примерам в п. 2.6.5.

 

 

В предыдущих разделах рассмотрены основные принципы выполнения арифметических операций, из которых видно, что все арифметические операции с двоичными числами могут быть сведены к операциям суммирования в прямом или дополнительном кодах, а также операциям сдвига двоичного числа вправо или влево. Реальные алгоритмы выполнения операций умножения и деления в современных ЭВМ достаточно громоздки и здесь не рассматриваются.

Арифметика повышенной точности

Однако при работе с арифметикой повышенной точности требуется больший объем памяти для хранения того же объема данных и более интенсивная работа… Таким образом, при использовании арифметики тройной точности требуются в три… 2.7. Представление дробных чисел в ЭВМ. Числа с фиксированной и плавающей запятой

Числа с фиксированной запятой

Поскольку фиксация точки слева от СЗР в настоящее время практически не используется, рассмотрим только формат представления целых чисел на примере…  

Числа с плавающей запятой

Представление чисел с плавающей запятой в общем случае имеет вид:   X = Sp*q; |q|<1,

Сложение (вычитание) ЧПЗ

  .  

Умножение ЧПЗ

  Z=X*Y=qxSPx*qySPy= qxqyS(Px+Py)=qzSPz .  

Методы ускорения умножения

Из этого следует актуальность задачи максимального сокращения времени, затрачиваемого на операцию умножения, особенно для систем, работающих в… · на аппаратные; · логические (алгоритмические);

Деление чисел с плавающей запятой

Алгоритмы деления чисел с плавающей запятой в настоящем курсе не рассматриваются. Информацию о них можно найти в литературе, приведенной в конце главы.

Десятичная арифметика

  Пример. Представление десятичного числа в двоично-десятичном коде.

Сложение двоично-десятичных чисел

Уже отмечалось, что каждая цифра десятичного числа может быть представлена кодом от 0000 до 1001, поэтому если при сложении разряда j…   Пример.

Вычитание модулей двоично-десятичных чисел

  Алгоритм выполнения операции состоит в следующем: 1. Модуль положительного числа представляется в прямом двоично-десятичном коде (8421).

Умножение модулей двоично-десятичных чисел

  Алгоритм выполнения операции состоит в следующем: 1. Сумма частичных произведений полагается равной нулю.

Деление модулей двоично-десятичных чисел

Операция деления выполняется путем многократного вычитания, сдвига и анализа результата подобно тому, как это делается при обычном делении. В настоящем курсе эта операция не рассматривается. Информация о ней может быть найдена в литературе, приведенной в конце главы.

Нарушение ограничений ЭВМ

· для ЧФЗ: - переполнение, когда результат не вмещается в отведенное количество бит… · для ЧПЗ:

Представление буквенно-цифровой информации

До недавнего времени было принято представлять один символ буквенно-цифровой информации в виде одного байта. С помощью одного байта в общем случае… Среди однобайтовых систем кодировок наибольшее распространение в мире получил…  

Заключительные замечания

Представленный выше материал дает только общее представление о выполнении арифметических операций над двоичными числами в различных системах счисления. Реальные алгоритмы выполнения арифметических операций, используемые в современных ЭВМ, позволяют существенно ускорить процесс вычислений, особенно для операций умножения и деления. Однако эти алгоритмы весьма громоздки и сложны для первоначального понимания. Более полную информацию о них можно найти в литературных источниках, перечисленных ниже.

 

Библиографический сисок

2. Искусство программирования. Т.2: Получисленные алгоритмы. 3-е изд., испр. и доп. / Д. Кнут; Под ред. Ю.В. Козаченко М.; СПб.; Киев: ВИЛЬЯМС,… 3. Основы информатики: Учебник для вузов А.Я. Савельев. М.: МГТУ им. М.Э.… 4. Информатика: Системы счисления и компьютерная арифметика: / Е.Андреева, И.Фалина; М.: Лаборатория базовых знаний,…

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды систем счисления вы знаете?

2. В каких случаях целесообразно применять двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления?

3. Чем двоичная система счисления отличается от двоично-десятичной?

4. Как различаются прямой, обратный и дополнительный коды для представления чисел?

5. Когда следует применять прямой, обратный и дополнительный коды для представления чисел?

6. Что такое переполнение разрядной сетки?

7. В каких случаях возникает переполнение разрядной сетки?

8. Для чего используют модифицированные коды?

9. Опишите алгоритм перевода из дополнительного кода в десятичную систему.

10. Поясните понятие «арифметика повышенной точности».

11. Опишите формат ЧФЗ.

12. Для чего нужны ЧФЗ, почему при работе с ними вводят масштабный коэффициент?

13. Опишите формат ЧПЗ.

14. В каких случаях используют ЧПЗ? В чем преимущества ЧФЗ и ЧПЗ?

15. Что такое нормализация числа?

16. Назовите существующие форматы ЧПЗ, используемые в ЭВМ.

17. От чего зависит точность представления ЧПЗ в ЭВМ?

18. Для чего используется нормализация числа?

19. Какие методы ускорения умножения вы знаете? Кратко охарактеризуйте их.

20. В каких случаях используется десятичная арифметика?

21. Зачем нужна двоично-десятичная коррекция?

22. Какие признаки формируются в ЭВМ при нарушении ограничения на длину разрядной сетки?

23. Каким образом хранится символьная информация в ЭВМ?

 

 

Контрольные задания к теме 2

Контрольное задание имеет две формы:

Форма 1 – ответы на теоретические вопросы.

Форма 2 – выполнение арифметических операций.

Выбор формы задания зависит от дополнительных указаний преподавателя.

Форма 1. Ответы на вопросы

1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.

2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетной книжке. В табл. 2.7 аn-1 – предпоследняя цифра номера, аn – последняя цифра. В клетках таблицы стоят номера вопросов, на которые необходимо дать письменный ответ

 

Таблица 2.7

an an-1
1,5,9,13,19 2,6,10,14,20 3,7,11,15,21 4,8,12,16,22 1,7,12,17,23
3,8,10,18,20 4,6,12,13,22 2,7,9,16,23 1,5,11,14,21 3,6,9,14,19
1,6,9,18,19 2,5,10,17,20 1,8,11,16,21 3,5,9,18,22 2,7,9,17,19
1,5,9,13,19 2,6,10,14,20 3,7,11,15,21 4,8,12,16,22 1,7,12,17,23
3,8,10,18,20 4,6,12,13,22 2,7,9,16,23 1,5,11,14,21 3,6,9,14,19
1,6,9,18,19 2,5,10,17,20 1,8,11,16,21 3,5,9,18,22 2,7,9,17,19
1,5,9,13,19 2,6,10,14,20 3,7,11,15,21 4,8,12,16,22 1,7,12,17,23
3,8,10,18,20 4,6,12,13,22 2,7,9,16,23 1,5,11,14,21 3,6,9,14,19
1,6,9,18,19 2,5,10,17,20 1,8,11,16,21 3,5,9,18,22 2,7,9,17,19
1,5,9,13,19 2,6,10,14,20 3,7,11,15,21 4,8,12,16,22 1,7,12,17,23

 

an an-1
2,8,9,15,19 3,5,10,16,20 4,6,11,13,21 1,8,11,17,22 2,5,12,18,23
4,7,10,13,20 1,6,12,14,23 2,7,11,15,20 3,5,11,18,21 4,8,10,15,22
1,6,10,14,22 3,7,12,16,19 4,7,12,15,23 2,5,10,13,23 4,6,9,17,21
2,8,9,15,19 3,5,10,16,20 4,6,11,13,21 1,8,11,17,22 2,5,12,18,23
4,7,10,13,20 1,6,12,14,23 2,7,11,15,20 3,5,11,18,21 4,8,10,15,22
1,6,10,14,22 3,7,12,16,19 4,7,12,15,23 2,5,10,13,23 4,6,9,17,21
2,8,9,15,19 3,5,10,16,20 4,6,11,13,21 1,8,11,17,22 2,5,12,18,23
4,7,10,13,20 1,6,12,14,23 2,7,11,15,20 3,5,11,18,21 4,8,10,15,22
1,6,10,14,22 3,7,12,16,19 4,7,12,15,23 2,5,10,13,23 4,6,9,17,21
2,8,9,15,19 3,5,10,16,20 4,6,11,13,21 1,8,11,17,22 2,5,12,18,23

Форма 2. Выполнение арифметических операций над числами

2. В операциях перемножения указать вариант операции, т.е. "старшими разря­дами вперед" или "младшими разрядами вперед". 3. Результаты представить в десятичной системе счисления. 4. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер варианта задания.

Пример выполнения контрольного задания (форма 2)

№ варианта Операнды Задание 1 (ЧФЗ) Задание 2 (ЧПЗ) Задание 3 (2-10)
Операции Операции Операции
X+Y X-Y X*Y X+Y X-Y X*Y X+Y X-Y X*Y
X Y 18.33 33.18 18.33 33.18 18.33 33.18

 

Задание 1. Выполнить арифметические действия, рассматривая операнды как ЧФЗ справа от МЗР в формате 1-го байта. Определить модуль результата. Формат результата – 2 байта.

1. Выполним операцию сложения Z = X+Y = 18(10) + 33(10) = 51(10).

X = 18(10) = 0001 0010(2); Y = 33(10) = 0010 0001(2).

Выполним сложение в ПК:

 

Результат: Z = 0011 0011(2) = 51(10) .

 

 

2. Выполним операцию вычитания Z = X-Y = 18(10) – 33(10) = -15(10).

 

 

 

Результат: Z = 1000 1111(2) = 15(10) .

 

3. Выполним операцию умножения Z = X*Y = 18(10)*33(10) = 594(10).

X = 18(10) = 0001 0010(2); Y = 33(10) = 0010 0001(2).

Выполним операцию умножения младшими разрядами вперед:

 

 

Задание 2. Выполнить арифметические действия, рассматривая операнды как ЧПЗ с основанием 2 в следующем формате: несмещенный порядок – 4 бита, мантисса – 8 бит. Формат результата – тот же. Округление производить после приведения операнда к нормализованной форме. Результат нормализовать.

X = 18.33(10); Y = 33.18(10).

 

· Преобразуем дробную часть Х, равную 0.33(10), в двоичное число:

 

 

Таким образом, 0.33(10) = 0.01010100(2), a X = 18.33(10) = 00010010.01010100(2).

· Представим X в формате ЧПЗ, округлив значение мантиссы до 8 разрядов (ненормализованное число):

 

· Нормализуем X:

 

 

· Преобразуем дробную часть Y, равную 0.18(10), в двоичное число:

 

 

Таким образом, 0.18(10) = 0.00101110(2), a Y = 33.18(10) = 00100001.00101110(2).

· Представим Y в формате ЧПЗ, округлив значение мантиссы до 8 разрядов (ненормализованное число):

 

· Нормализуем Y:

 

 

1. Выполним операцию сложения Z = X+Y = 18.33(10) + 33.18(10) = 51.51(10).

 

 

 

2. Выполним операцию вычитания Z = X-Y = 18.33(10) + 33.18(10) = -14.85(10).

Результат: Z = (-) 0110 * 0.00111100(2) = - 26 * 0.234375 = - 15(10)

 

 

3). Выполним операцию умножения Z = X*Y = 18.33(10)*33.18(10) = 608.1894(10).

 

 

· Перемножим мантиссы сомножителей (вариант умножения младшими разрядами вперед):


 

· Сложим порядки сомножителей:

· Нормализуем произведение:

 

 

Результат: Z = 1010 * 0.10011000(2) = 210 * 0.59375(10) = 608(10).

 

Задание 3. Выполнить арифметические действия над операндами, представив их в двоично-десятичном коде.

 

1. Выполним операцию сложения Z=X+Y= 183(10) + 331(10) = 514(10).

X = 183(10) = 0001 1000 0011(2-10); Y = 331(10) = 0011 0011 0001(2-10).

 

Результат: Z = 0101 0001 0100(2-10) = 514(10).

 

2. Выполним операцию вычитания Z = X – Y = 183(10) – 331(10) = -148(10).

· Представим |Y| в ДК с избытком 6:

 

 

· Выполним сложение:

 

 

Отсутствие переноса из старшей тетрады является признаком того, что результат получился в ДК (т.е. отрицательный).

· Перейдем к нескорректированному избыточному ПК:

 

· Произведем коррекцию результата в соответствии с п. 5 алгоритма выполнения операции вычитания двоично-десятичных чисел:

 

 

Поскольку ранее результат получался в ДК, т.е. отрицательный, необходимо добавить знак (-).

 

Результат: Z = - ( 0001 0100 1000)(2-10) = -148(10).

 

3. Выполним операцию умножения Z = X * Y = 183(10) * 331(10) = 60573(10)

X = 183(10) = 0001 1000 0011(2-10); Y = 331(10) = 0011 0011 0001(2-10).

 

Для решения примера выберем вариант перемножения "младшие разряды вперед". В соответствии с п. 1 алгоритма полагаем сумму частичных произведений P0=0. (Частичные произведения будем обозначать Pi).

 

 

Формирование второго и третьего частичных произведений – более длительная операция, поскольку вторая и третья анализируемые тетрады содержат 3(10), поэтому каждая операция суммирования требует проверки необходимости коррекции. Вычислим P2 ( P2 = Р3 ), последовательно суммируя слагаемые, образующие P2:

 

Таким образом, второе (а также и третье) частичное произведение, состоящее из трех слагаемых, имеет вид

 

P2 = Р3 = 0101 0100 1001(2-10).

 

Теперь можно вычислить сумму первого, второго и третьего частичного произведений, т.е. результат.

 

 

Окончательный результат: Z = 0110 0000 0101 0111 0011(2-10) = 60573(10).

Принципы построения элементарного процессора

Ранее рассматривались действия над числами (сложение, вычитание, умножение), представленными в различной форме. Было подчеркнуто, что все эти… К таким элементарным операциям относятся: - запись числа в регистр;

Операционные устройства (АЛУ)

В общем случае операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы: - операции двоичной арифметики для ЧФЗ; - операции двоичной (шестнадцатеричной) арифметики для ЧПЗ;

Управляющие устройства

   

УУ с жесткой логикой

Однако и в процессорах общего назначения с универсальными наборами команд УУ на жесткой логике также используются очень широко, особенно, как уже… Специализированные УУ формируют неизменные последовательности сигналов… Блок логических схем состоит из комбинационных схем, регистров, счетчиков, дешифраторов и других устройств,…

УУ с хранимой в памяти логикой

В общем случае МК может задавать одну или несколько МО. Микропрограмма хранится в ПМК. Адрес МК формируется контроллером КПМК и запоминается в… В последнее заносят признак разветвления в микропрограмме, который необходимо…  

Выборка и выполнение МК

Последовательный способ (рис. 3.9, а). В этом случае выборка следующей МКi+1 не инициируется до момента окончания… Параллельный способ (конвейер МК) –рис. 3.9, б.

Кодирование МК

1. Горизонтальное кодирование (рис. 3.11, а). Это простейший вариант кодирования микрокоманд, при котором каждый разряд поля кода микроопераций… Достоинство данного способа состоит в том, что он допускает работу нескольких… Недостаток способа – при большом наборе МО (от нескольких десятков до нескольких сотен) возрастает разрядность МК и,…

Синхронизация МК

Достоинством однофазных МК (рис. 3.12, а) является простота технической реализации. Многофазные МК (рис. 3.12, б) позволяют минимизировать число МК в памяти,…  

Вопросы для самопроверки

1. Опишите обобщенную структуру процессора.

2. Как принцип академика Глушкова реализуется в структуре процессора?

3. Почему устройства обработки цифровой информации имеют многоуровневую структуру?

4. Какие операции выполняются в АЛУ? Как в зависимости от реализации этих операций подразделяются АЛУ?

5. Чем отличаются АЛУ блочного типа от многофункциональных АЛУ?

6. Опишите структуру АЛУ простейшего микропроцессора.

7. Опишите общие принципы построения УУ.

8. Укажите основные отличия УУ на жесткой логике от УУ с хранимой в памяти логикой.

9. Перечислите преимущества УУ с жесткой логикой.

10. В чем заключается главный недостаток УУ на жесткой логике?

11. Какое решение было найдено для устранения главного недостатка УУ на жесткой логике?

12. Для чего нужна ПЛМ?

13. Что такое ПЛИС?

14. Опишите структуру УУ с хранимой в памяти логикой.

15. Перечислите варианты взаимного расположения циклов выборка-реализация МК.

16. Охарактеризуйте основные способы формирования адреса следующей МК.

17. Какие форматы микрокоманд бывают?

18. Опишите алгоритмы формирования адреса следующей МК.

19. Назовите способы кодирования МК. Приведите для каждого способа схему кодирования МК.

20. Опишите достоинства и недостатки каждого способа кодирования микрокоманды.

21. Как подразделяются МК с точки зрения синхронизации?

 

 

Контрольные задания к теме 3

 

1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.

2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетной книжке. В табл.3.1 аn-1 – это предпоследняя цифра номера, аn – последняя цифра. В клетках таблицы стоят номера вопросов, на которые необходимо дать письменный ответ.

 

Таблица 3.1

an an-1
1,5,9, 13,17 3,6,10,14,18 4,7,11,16,20 2,8,12,15,19 3,7,9, 13,17 1,6,10,13,21 4,7,9, 13,20 2,5,9, 15,18 1,6,10,14,18 4,7,11,14,17
2,8,12,16,17 4,8,11,13,21 1,5,9, 16,20 3,8,10,15,18 4,7,11,13,18 2,5,10,16,21 3,6,10,13,17 1,7,12,16,21 4,7,9, 16,19 2,8,12,14,18
3,6,10,16,20 1,8,12,16,18 4,7,11,15,19 2,6,9, 15,17 1,5,9, 14,18 3,6,10,15,19 4,8,12,14,19 2,8,12,13,20 3,5,10,14,21 1,5,9, 15,19
2,6,9, 15,21 3,7,11,13,20 1,7,11,14,18 1,5,9, 13,17 3,6,10,14,18 4,7,11,16,20 2,8,12,15,19 3,7,9, 13,17 1,6,10,13,21 4,7,9, 13,20
2,5,9, 15,18 1,6,10,14,18 4,7,11,14,17 2,8,12,16,17 4,8,11,13,21 1,5,9, 16,20 3,8,10,15,18 4,7,11,13,18 2,5,10,16,21 3,6,10,13,17
1,7,12,16,21 4,7,9, 16,19 2,8,12,14,18 3,6,10,16,20 1,8,12,16,18 4,7,11,15,19 2,6,9, 15,17 1,5,9, 14,18 3,6,10,15,19 4,8,12,14,19
2,8,12,13,20 3,5,10,14,21 1,5,9, 15,19 2,6,9, 15,21 3,7,11,13,20 1,7,11,14,18 1,5,9, 13,17 3,6,10,14,18 4,7,11,16,20 2,8,12,15,19
3,7,9, 13,17 1,6,10,13,21 4,7,9, 13,20 2,5,9, 15,18 1,6,10,14,18 4,7,11,14,17 2,8,12,16,17 4,8,11,13,21 1,5,9, 16,20 3,8,10,15,18
4,7,11,13,18 2,5,10,16,21 3,6,10,13,17 1,7,12,16,21 4,7,9, 16,19 2,8,12,14,18 3,6,10,16,20 1,8,12,16,18 4,7,11,15,19 2,6,9, 15,17
1,5,9, 14,18 3,6,10,15,19 4,8,12,14,19 2,8,12,13,20 3,5,10,14,21 1,5,9, 15,19 2,6,9, 15,21 3,7,11,13,20 1,7,11,14,18 1,5,9, 13,17

 

– Конец работы –

Используемые теги: вычислительные, машины, Конспект, лекций, ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ, ЭВМ0.136

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ (конспект лекций) ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Курс лекций по деталям машин Детали машин являются первым из расчетно-конструкторских курсов, в котором изучаются основы проектирования машин и механизмов
Детали машин являются первым из расчетно конструкторских курсов в котором... Машина устройство выполняющее преобразование движения энергии материалов и информации В зависимости от функций...

История мировых религий: конспект лекций История мировых религий. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Религия как феномен культуры Классификация религий
История мировых религий конспект лекций... С Ф Панкин...

Психодиагностика. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Истоки психодиагностики Психодиагностика: конспект лекций
Психодиагностика конспект лекций... А С Лучинин...

Психиатрия. Конспект лекций. ЛЕКЦИЯ № 1. Общая психопатология Психиатрия: конспект лекций
Психиатрия конспект лекций... Текст предоставлен литагентом http litres ru...

Конспект лекций по дисциплине Экономика недвижимости: конспект лекций
Государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Уральский государственный экономический университет...

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ... конспект лекций...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу Архитектурное материаловедение Конспект лекций по курсу Архитектурное материаловедение
ФГОУ ВПО ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... ИНСТИТУТ Архитектуры и искусств... КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНО строительных ДИСЦИПЛИН...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ
Механико машиностроительный институт... Кафедра электронного машиностроения... КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ...

Темы лекций по ЭВМ. Основные характеристики ЭВМ
Структурная схема ЭВМ... Основные характеристики ЭВМ Типовые узлы ЭВМ Принцип и организация устройств памяти...

Конспект лекцій як конспект лекцій з курсу Експлуатація та обслуговування машин
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ... ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА ОБСЛУГОВУВАННЯ МАШИН...

0.054
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам