Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Дополнительный код (беззнаковый формат)





Организация данных в ЭВМ

Машинное слово является структурной единицей информации ЭВМ. С помощью машинного слова записываются числа, символы и команды. В современных ЭВМ длина машинных слов 32..128 разрядов.

В ЭВМ 2 формы представления двоичных чисел:

С фиксированной точкой 125,7

Пример его размещения в виде машинного слова из 16 разрядов (2 байта)

                               

 

15- Знак числа 14-8 целая часть 7-0 дробная часть

Для целого числа:

ЗН ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц

 

Недостаток – малый диапазон представляемых чисел. 2 16 = 65536

 
 

С плавающей точкой 0.34E-3 (нормальная форма записи

числа)

                               

31 – знак числа 30-24 – порядок числа 23-0 мантисса

Недостаток – снижение быстродействия работы ЭВМ


Примеры

Целые числа

На примере типа byte 1 байт (0..255) 28

Чило 243= 11110011

               

 

ShortInt (-128..127) –целое со знаком тоже 1 байт, но

1 разряд показывает, что число отрицательное (0- это плюс 1 – минус)

Прямой код целых положительных и отрицательных чисел отличаются только старшим разрядом

Пример

Число 1001 и -1001 для 8 разрядов

00001001 10001001

Дополнительный код (беззнаковый формат)

используется для удобства реализации в ЭВМ

Получить дополнительный код: инвертируем значение всех бит и прибавляем 1

Пример:

Получим 8-разрядный дополнительный код числа -52:

00110100 - число |-52|=52 в прямом коде

Число -52 в обратном коде

11001100 - число -52 в дополнительном коде

 

 

Любая ЭВМ работает под управлением программы, реализующей в виде последовательности машинных команд алгоритм решения задачи. Под командой понимают совокупность сведений (в виде двоичных кодов), необходимых процессору для выполнения требуемого действия, а именно: сведения о типе операции и адресная информация о местонахождении обрабатываемых данных (операндов) и месте хранения результата. Команда содержит также в явной или неявной форме информацию об адресе следующей команды. Множество реализуемых процессором действий образует систему его команд.

Представление команд в ЭВМ

Поле команды состоит из 2 частей: операционной и адресной. В операционной указывается код операции (сложения,..) КОП. Адресная часть содержит адреса операндов. Под адресом понимается номер ячейки ОЗУ или ПЗУ, где записана информация. Форматы команд:

Одноадресные КОП А1

Двухадресные КОП А1 А2 (А1) ОП (А2) =(А2)

Трехадресные КОП А1 А2 А3 (А1) ОП (А2) =(А3)

Безадресные - только КОП, для них информация берется из регистров

Чем меньше адресов, тем больше команд для реализации 1 операции

Чем больше адресов, тем больше длина машинного слова

Чем больше объем памяти, тем длиннее поле для задания одного адреса

Кодовая таблица – это закодированное представление в машине букв, цифр, символов и управляющих сигналов.

Примеры кодовых таблиц:

ASCII (American Standard Code For Information Interchange)

ANSI (American National Standard Institute)

Пример, ASCII Латинская буква А в ASCII представлена десятичным числом 65


Центральные устройства персональных ЭВМ.

 

В персональных ЭВМ функции центрального процессора выполняет микропроцессор (МПр), который представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле. Производительность ПЭВМ во многом определяется быстродействием МПр.

Основными характеристиками МПр, определяющими его производительность, являются:

- тактовая частота;

- степень интеграции (технологические нормы);

- разрядность обрабатываемых данных;

- технология обработки

Тактовая частота - это частота, с которой МПр выполняет все операции.Эти сигналы задаются электронным устройством, называемым тактовым генератором. Главным элементом этого устройства является кристалл кварца, который при подаче на него электрического напряжения вырабатывает импульсы строго определенной частоты. Обработка информации тем быстрее, чем выше тактовая частота. Применение технологии умножения частоты позволяет повысить скорость работы внутренних блоков МПр. В этом случае говорят о внутренней и внешней тактовой частоте. Первая характеризует скорость обработки данных внутри МПр, а вторая - скорость выполнения операций обмена.

1. Быстродействие

Повышение степени интеграции позволяет МПр работать на более высокой внутренней тактовой частоте за счет более высокой синхронизации сигналов между его функциональными узлами, так как при сокращении расстояния между транзисторами уменьшается задержка передачи сигналов, проходящих по ним. Кроме этого, переход на более “компактную” структуру позволяет снизить энергопотребление и тепловыделение МПр.

Особенности архитектуры

Многоядерный процессор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

В настоящее время существуют 2, 4, 6,8 ядерные процессоры.

 

Первый многоядерный чип был выпущен в 2001 году.

 

в мае 2005-го- двуядерныq 64-битным микропроцессор

 

14 октября 2011 года увидел свет новейший шестиядерный процессор Intel Core i7-3960X на базе архитектуры Sandy Bridge-E, являющийся на сегодняшний день самым быстрым CPU от компании Intel для домашних пользователей и производятся по 32-нанометровому техпроцессу.

AMD существенно доработала свой четырехъядерный Phenom Х4, увеличив объем кеш-памяти и освоив 45-нанометровый и применила модульный принцип расположения ядер.

Тенденции развития: в нынешнем году intel станет переключение производства на 22-нанометровый технологический процесс с помощью уникальных трехмерных транзисторов Intel 3D Tri-Gate и выпуск новых восьмиядерных процессоров на базе микроархитектуры Ivy Bridge.

 

А в более отдаленной перспективе процессоры столкнутся с революционными изменениями, что приведет к появлению квантовых, оптических и даже молекулярных компьютеров.

 

Примеры

Процессор s771 Quad-Core Intel Xeon E5450/ 3.0 GHz Passive Fan/BOX

Модель: E5450. Гнездо процессора: Socket-771. Архитектура ядра: Quad Core. Частота ядра: 3.0 ГГц. Частота шины: 1333 МГц. Технология производства: 45 нм. Кэш L2: 12 Мб. Напряжение питания ядра: 0.95 – 1.225 В. Тепловая мощность: 80 Вт. Температура (max): 67 С. Комплектность: поставляется с высококачественным радиатором. 35000 руб.

AMD Phenom™ Quad Core 9850

Шины

Шина - это среда передачи сигналов, к которой могут параллельно подключаться несколько компонентов вычислительной системы. Конструктивно шина может выглядеть как совокупность проводящих дорожек, вытравленных на плате, или иметь вид ленточного кабеля. Помимо этого шина включает в себя специальные электронные схемы, с помощью которых данные выводятся с устройства на шину или снимаются с нее. В зависимости от назначения передаваемой информации в системной шине выделяют шины данных, адреса и управляющую шину.

Шину данных образует группа линий, предназначенных для передачи данных между отдельными устройствами ПЭВМ. Число линий в группе называется шириной (разрядностью) шины данных, причем каждая линия служит для переноса одного бита информации. Чем шире шина данных, тем выше потенциальная производительность системы. Если ширина шины меньше разрядности МПр, то говорят о мультиплексной шине.

Адресную шину образует группы линий осуществляется передача адресной информации. В процессе каждой записи или считывания данных МПр должен сообщать, из какого адреса он хотел бы считать данные или в какой адрес их записать. Ее ширина (разрядность) определяет максимальный объем адресуемой МПр памяти, который составляет 2N, где N - количество адресных линий.

Шину управления образуют линии, предназначенные для передачи управляющих сигналов. Основное ее назначение заключается в определении устройств, которые должны участвовать в данный момент в процессе обмена информацией, и блокировке доступа к шине остальных устройств.

Для передачи данных используются шина данных, процессорные шины.

Примеры. Частота шины: 1333 МГц Шина 3600 МГц

 

Идеи для повышения производительности многопроцессорных систем

Intel - 2 независимые процессорные шины

AMD – использование общей памяти (общей шины)

Разрядные процессоры

Битовые шины данных


 

Память

Персональные ЭВМ используют три вида памяти: постоянную, оперативную и внешнюю. Последняя относится обычно к внешним устройствам.

Постоянная память, или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), - это место, где хранится такая информация, которая не должна меняться в ходе выполнения МПр программы. В литературе она обычно фигурирует под аббревиатурой ROM (Read Only Memory), указывающей на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память обладает свойством энергонезависимости, то есть способностью сохранять информацию и при отключенном питании. К такой информации относятся наборы программ и данных базовой системы ввода-вывода (BIOS), а именно: программы ввода-вывода, благодаря которым операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами как самого компьютера, так и подключенными к нему, программу тестирования при включении питания компьютера и программу начального загрузчика, необходимую для загрузки операционной системы с соответствующего накопителя.

Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения МПр вычислительных операций, так как она предназначена для хранения текущей информации. Этот вид памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации (выполняемых программ, исходных данных). Доступ может осуществляться в любой момент времени к произвольно выбранной ячейке, поэтому оперативную память называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).

Для построения запоминающих устройств такого типа применяют микросхемы статической и динамической памяти.

В первом случае в качестве элементарной ячейки памяти используется статический триггер, который может находиться либо в возбужденном состоянии, соответствующем запоминанию единицы, либо в сброшенном, означающем хранение нуля. Состояние триггера не изменяется, если в нем не запоминаются новые данные или не прерывается подвод питания. Статический вид памяти обладает высоким быстродействием, но имеет существенный недостаток, который заключается в относительно высоком энергопотреблении. Поэтому статическая память используется в самых ”узких” местах микропроцессорной системы, например для организации кэш-памяти, а для ОЗУ применяют микросхемы динамической памяти..

Каждый бит динамической памяти представляется в виде наличия (или отсутствия) заряда на конденсаторе, образованном в полупроводниковом кристалле. Так как время хранения заряда ограничено (из-за явления стекания заряда), то необходимо периодическое восстановление записанной информации, которое выполняется в циклах регенерации. Регенерация заключается в последовательном считывании содержимого ОЗУ. В процессе считывания данных микросхема ОЗУ обеспечивает их автоматическую перезапись по тем же адресам. В результате во всех конденсаторах, где хранятся единицы, восстанавливаются полные заряды, а где хранятся нули, заряд по-прежнему отсутствует. Операции разрядки-перезарядки занимают определенное время, что отражается на скорости работы динамической памяти.

Кэш-память. Большинство элементов, на которых построен МПр, функционируют примерно так же, как и ячейки статической памяти. Поэтому их быстродействие существенно выше, чем элементов RAM. Такая ситуация приводит к существенному снижению производительности системы. Поэтому к шине МПр подключается кэш-память - область сверхоперативной памяти, выполненная на микросхемах статической памяти с временем доступа. Блок информации (программные конструкции, наборы данных) из оперативной памяти считывается сначала в кэш-память и уже из нее считывается процессором. Преимущество такого способа передачи данных заключается в том, что, во-первых, часть обращений к медленному ОЗУ заменяется на обращения к быстрой статической памяти, а во-вторых, информация из кэш-памяти поступает по быстродействующей шине. Помимо описанной выше кэш-памяти, называемой внешней, в состав процессоров, работающих с умножением внешней тактовой частоты, включают еще внутреннюю кэш-память (или кэш-память первого уровня) емкостью 16 и более Кбайт. Так как внутренние функциональные узлы подобных МПр используют умноженную тактовую частоту, а внешняя кэш-память - обычную, то часть информации считывается из внешней во внутреннюю кэш-память. При этом последняя обычно разделена на две секции: для данных и для команд, что позволяет исполнительным устройствам МПр быстрее отыскивать нужную информацию.

Количество и объем КЭШ памяти (быстрой памяти) Кэш L2: 12 Мб.

Во всех существующих на сегодняшний день многоядерных процессорах кэш-память первого уровня у каждого ядра своя, а кэш 2-го уровня существует в нескольких вариантах:

  • разделяемый — кэш расположен на одном с обеими ядрами кристалле и доступен каждому из них в полном объёме. Используется в процессорах семейств Intel Core.
  • индивидуальный — отдельные кэши равного объёма, интегрированные в каждое из ядер. Обмен данными из кэшей L2 между ядрами осуществляется через контроллер памяти — интегрированный (Athlon 64 X2) или внешний (Pentium D).

При нажатии клавиши утройство клавиатуры вырабатывает управляющий сигнал «Нажатие на клавишу» и информационный сигнал, представляющий собой номер нажатой клавиши. При отпускании клавиши клавиатура вырабатывает управляющий сигнал «Отпускание клавиша» и информационный сигнал «Номер клавиши».

Код символа записывается в специальное место памяти, которое называется буфером ввода с клавиатуры. Если в буфере закончилось место, то вместо записи кода символа в буфер программа генерирует звуковой сигнал.

Организация данных в ЭВМ

Машинное слово является структурной единицей информации ЭВМ. С помощью машинного слова записываются числа, символы и команды. В современных ЭВМ длина машинных слов 32..128 разрядов.

В ЭВМ 2 формы представления двоичных чисел:

С фиксированной точкой 125,7

Пример его размещения в виде машинного слова из 16 разрядов (2 байта)

                               

 

15- Знак числа 14-8 целая часть 7-0 дробная часть

Для целого числа:

ЗН ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц ц

 

Недостаток – малый диапазон представляемых чисел. 2 16 = 65536

 
 

С плавающей точкой 0.34E-3 (нормальная форма записи

числа)

                               

31 – знак числа 30-24 – порядок числа 23-0 мантисса

Недостаток – снижение быстродействия работы ЭВМ


Примеры

Целые числа

На примере типа byte 1 байт (0..255) 28

Чило 243= 11110011

               

 

ShortInt (-128..127) –целое со знаком тоже 1 байт, но

1 разряд показывает, что число отрицательное (0- это плюс 1 – минус)

Прямой код целых положительных и отрицательных чисел отличаются только старшим разрядом

Пример

Число 1001 и -1001 для 8 разрядов

00001001 10001001

Дополнительный код (беззнаковый формат)

используется для удобства реализации в ЭВМ

Получить дополнительный код: инвертируем значение всех бит и прибавляем 1

Пример:

Получим 8-разрядный дополнительный код числа -52:

00110100 - число |-52|=52 в прямом коде

Число -52 в обратном коде

11001100 - число -52 в дополнительном коде

 

 

Любая ЭВМ работает под управлением программы, реализующей в виде последовательности машинных команд алгоритм решения задачи. Под командой понимают совокупность сведений (в виде двоичных кодов), необходимых процессору для выполнения требуемого действия, а именно: сведения о типе операции и адресная информация о местонахождении обрабатываемых данных (операндов) и месте хранения результата. Команда содержит также в явной или неявной форме информацию об адресе следующей команды. Множество реализуемых процессором действий образует систему его команд.

Представление команд в ЭВМ

Поле команды состоит из 2 частей: операционной и адресной. В операционной указывается код операции (сложения,..) КОП. Адресная часть содержит адреса операндов. Под адресом понимается номер ячейки ОЗУ или ПЗУ, где записана информация. Форматы команд:

Одноадресные КОП А1

Двухадресные КОП А1 А2 (А1) ОП (А2) =(А2)

Трехадресные КОП А1 А2 А3 (А1) ОП (А2) =(А3)







Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.