Тема
1
Компютрите имат следното най-общо
устройство:
В организация на компютърното изчисление
съществува абстрактен модел на изчисленията
z=f(x),
където
x
- входни данни;
z-
търсен резултат;
f-
функция за
продуциране на резултата;
x,y
- числа, символи,
образи, файлове;
f-
числови, символни
изчисления, доказателства
(f
1
(f
2
(...(x)));
Изчислява
се последователността от по-прости действия.
Ефективността на компютърното изчисление
може да се обясни най-добре чрез основните
характеристики на
КИ.
А те са:
а) необходимо пространство (памет)-
пропорционално на броя на данните (
n
) на
задачата.
б) бързодействие- абсолютно време за
изпълнение на програмата. Зависи от
обработените конкретни данни. Измерването на
абсолютното време е трудно. Има инструкции
които са по-прости- заемат 1,2 такта , а други
2000, 4000 процесорни такта. Съществуват
специални среди за хронометриране на времето и
увеличаване на бързодействието.
Ефективността на КИ е относителното нарастване
на броя на обработените данни при
Р
-кратно
повишаване на производителността на КС и NP-
сложност на алгоритмите
Основните функции на организация на
компютрите са:
-обработка на данни(
Processing
);
-съхранение(
Storage
);
-обмен на данни(
Movement);
-управление(
Control)
;
Основни функции на CPU: обработка и
управление на данните;
Основни характеристики на КС:
*производителност, измерва се в инструкции за
секунда;
*списък на инструкциите - RISK или CISK,
Reduced / Complex Instruction Set
*дължина, разрядност на машинната дума
*брой на регистрите
*капацитет на кеша
*капацитет на основната памет
*капацитет на външната(вторична) памет
*виртуално адресно пространство
*входно/изходни устройства
*операционна система
*ниво на мултипрограмиране
*цена
Тема 2 –
не 2 в. от конспекта 2004/2005 г.
Основните функции на процесорите са обработка
на данни, управление чрез изчисления на
машинни инструкции.
Central processing unit
(
CPU
)
При липса на кеш памет процесора многократно
се обръща към паметта Това е сравнително бавно
тъй като тя може да е заета. Могат да се поставят
няколко кеша с цел повишаване скоростта на
обработка.
Има 3 начина за реализация на микро програма;
- хардуерен- програмата се реализира във вид на
схеми;
- софтуерен- микропрограмите се записват в
RAM;
- фърнуерен- (процесори без вградени
инструкции);
Алгоритъмът за описание на микропрограми е
следния:
type word.......;
address....;
mem=array[o..4085] of word;
Procedure .....;
Var .....
begin
.
.
begin
(1- четене на инструкция)
(2- формиране на следващ адрес за
инструкция)
(3-дефиниране на текущата инструкция и типа)
(4- формиране на адрес на операнд)
(5- четене на операнд (при необходимост))
(6- изпълнение на операцията)
end;
end;
При поколенията КС е важна е наследствеността.
Основните характеристики са:
- Производителност (инструкции за секунда)-
измервателна единица Ip/s, FLOP/s- брои
инструкции с плаваща запетая за секунда
(бързината се различава с три порядъка).
- Списък от инструкции (Complex Instruction Set
Computer).
- Дължина (разреденост) на машинната дума.
- Брои на регистрите (локална памет).
- Капацитет на основната единична памет
(единична).
- Капацитет на външната двоична памет
(вторична).
- Виртуално адресно пространство.
- Входно/изходни периферни и комуникационни
у-ва .
- Операционна система (среда).
- Ниво на мултипрограмиране.
- Цена и др.
Поколенията КС произлизат едно от друго като
всяко следващо се опира на устройството на
предното:
1 поколение;
2 поколение;
3 поколение;
Развитието на интегралните технологии за КС
може да се представи чрез следната крива:
Базова класификация на КС може да се направи
по различни признаци присъщи на компютрите:
а) по предназначение
- Обработка на данни (Data processing);
- управление - времето за получаване на модул е
критично (Real time Processing);
б) по възможности:
- универсални;
- специализирани;
в) по организация:
- еднопрограмни ;
- мултипрогрсмни ;
г) по структура:
- фиксирана;
- реконфигуруема;
д) по производителност:
- супер компютри;
- големи КС (main frame);
- мини КС;
- микро КС;
ТЕМА 3.
Форматите и подреждането на записите в паметта
най-общо може да се представи в следната
таблица:
бит
байтове
синоним
bit
1b
nibble
4b
halfbyte
тетрада
byte
8b
1B
halfword
word
16b
2B
doubleword
32b
4B
quadreword
64b
8B
tenbyte
80b
10B
Целочислените адресни граници на записите са
адрес в паметта, двоичната стойност, на който е
четна по отношение на дължината на записа
спрямо широчината на паметта.
При подреждането на записите в паметта имаме
низходящо и възходящо подреждане. Низходящо
разполагане (Big Endian) - по увеличаващи се
адреси в паметта на низходящи по старшинство
записи (от MSB към LSB, най-малък адрес
съдържа MSB). Big Endian се използва при
Morotola. Разполагане по нарастване на
адреси(Little Endian) в паметта на възходящи по
старшинство записи (от LSB към MSB. Най-малък
адрес съдържа LSB). Little Endian се използва при
Intel.
Least Significaut Byte/bit (младши байт/бит).
Most Significaut Byte/bit (старши байт/бит).
На използваните бройни системи може да се
направи основна класификация за цифрова
обработка :
а) позиционни (ПБС):
- натурална;
- с отрицателна основа;
- знакоразрядна;
- с комплексна основа;
- с логаритмична основа;
- смесена;
- двоично-десетична;
б) непозиционни (НПБС) - с остатъчни класове;
Представянето на ПБСН се извършва във вид на
полином
∑
=
i
i
P
p
a
N
където a -
цифри (цели,положителни, р на брой); m+n:
разрядност (n- дробно, +m- цели) за i=(-n) ...+m, p
- основа (цяла положителна).
Пример: 137
10
=1.10
2
+3.10
1
+7.10
0
Примери:
Обръщане от двоична БС в десетична:
двоично - 1101
2
десетично - 1.2
3
+1.2
2
+0.2
1
+1.2
0
=13
10
Двоично сумиране: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10;
0001+0011= 0100;
За превръщане на числата например
Np=>Nq се използват следните методи:
- p<>10, q=10 - чрез пресмятане на полиномната
форма на число в десетична БС.
- p=10, q<>10 цяло число - чрез последователно
деление на Np с q, при което остатъците
формират в обратна последователност Nq.
- p=10, q<>10 дробно число - чрез последователно
умножение (ограничен брой пъти) на Np с q, при
което целите числа формират Nq.
- p=10, q<>10 реално число - по отделно
превръщане на цялата и дробната част.
- p=q.t - чрез поразредно заместване (кодиране) на
всеки разред от Np с t разреди на Nq.
Пример: 123
10
=>?
2
123:2=61:2=30:2=15:2=7:2=3:2=1:2=0
1
1 0 1 1 1 1
Остатъци:
1111011
(2)
Новополученото число се получава като запишем
остатъците в обратен ред.
0,452
10
=?
2
с точност в разряда
0,452.2=0,904.2=1,808.2=1,616.2=1,232.2=0,464.2=0,
968
0,011100
2
Машинните кодове имат различни видове:
- обикновени(еднознаков разред:+, 0, /, -, 1)
- модифицирани (двузнаков разред: +:00/-:11)
Кодообразуващите правила (обикновени кодове)
са:
- 0N, при N>=0 1N при N<0 -пряк;
- 0N, при N>0 1N при N<0 -обратен;
- 0N, при N>=0 1N
n
при N<0 -допълнителен;
N=a
1
a
2
a
3
...a
n
n - разредно число;
N
1
=a
1
a
2
a
3
...a
n
a
1
-допълнение на а
1
до р-1;
N
n
=a
1
a
2
a
3
...a
n
a
1
- допълнение на а
1
до р;
Обработката (алгебрично сумиране,
допълнителен код) се извършва като от кодиране
на операнда, при аритметично сумиране, n -
декодиране на резултата. Начините са следните:
*фиксирана запетая:
∑
=
i
i
p
a
Np
,
i=(-n)...+m, ако се извади в ляво цялата част
∑
−
−
=
i
i
m
p
a
p
Np
, i=1...n+m,
където
∑
a
-i
p
-i
- мантиса със знак; m - порядък, със
знак, нормализирана мантиса: когато старшият
разряд е различен от нула
Характеристика: порядък + отместване, без знак
Пр. (в пряк код)
фиксирана 2В формат
0:
±
msb...15:Isb
Integer
0 000 0000 0000 1100 +1100
2
=+12
10
1 000 0000 0001 0110 - 10100
2
=-20
10
плаваща
0-10:
±
мантиса...11-15=
±
порядък
в - нормализация
0 101 0000 0000 0110
+0,101.2
+110
=+101000,0
2
=+40
10
- фиксирана
минимална аритметична стойност 0,000...1=2
-к
максимална аритметична стойност 0,111...1=1-2
к
к- брой разреди;
- плаваща
минимална аритметична с-ст 0,100...0.2
-р
максимална аритметична с-ст 0,111...1.2
+р
р- максимален порядък;
Примерни формати с плаваща запетая в Intel x86
(стандарт IEEE 754)
*REAL4 – единична точност, формат DW
=4bytes, скрит бит=1
*REAL8 – двойна точност, формат QW=8bytes,
скрит бит=1
*REAL10 – разширена точност, формат TB, скрит
бит=1
REAL4 организация:
31
30 23
22 0
±
характеристика
мантиса
ТЕМА
4 . ПСБ знакоразредна
Всяко рационално число, представено в ПБСЗ,
може да се даде във вида
±
=
±
−
=−
∑
N
x p
P
i
i
i
k
n
(
)
където р>2 е основата на ПБСЗ, а цифрите са:
(
±
Xi)=0;
±
1;
±
2;…
±
Xim;
Представянето на числата в ПБСЗ е еднозначно, а
неговият знак отговаря на знака на старшата
значеща цифра. При нулева стойност на числото
всички разреди са 0. При промяна на знака на
числото всички знаци на значещите цифри (
±
Хi)
се променят на обратните.
Обхвата на представимите числа с фиксирана
запетая чрез ПБСЗ е:
~
max
max
Np
x
p
x
p
i
k n i
i
k n i
i
n
i
n
= −
÷
− + −
− + −
=
=
∑
∑
1
1
1
1
, k - брой разреди на цялата част на числото, n -
общ брой разреди на числото.
За превръщане на числата от ПБСН в ПБСЗ и
обратно се използват следните основни методи:
- N
PПБСН
- в знакоразредно
±
Np, произволно число
- превръщането се изпълнява чрез поразредно
формиране на цифрите (
±
Хi) на търсеното число:
( )
~
;
;
,
(
) ;
,
x
a a x
p a p a x N p
p p a a x N p
i
i i
i m
i
i i
im
i i i
im
=
<
+ −
≥
<
− + −
≥
>
0
0
- Знакоразредно
±
Np във N
PПБСН
, произволно
число - превръщането се изпълнява чрез
пресмятане на числото от ПБСЗ съгласно
формулата за представяне на числата в избраната
ПБСН.
Сумирането на числата се изпълнява поразредно,
като за всеки I разред се определят сумата (
±
Si),
междинната сума (
±τ
i
) и преносът (
±
Ci).
Изваждането се изпълнява като сумирането но с
обратен знак, като се променят всички знаци на
цифрите на умалителя. Умножението се
изпълнява със сумиране на частичните
произведения, а делението е усложнено
значително поради нееднородността на разредите
на частното. Основното предимство на
обработването на числата, представени в ПБСЗ, е
независимостта на формирането на преноса Ci от
младшият пренос C
i-1
.
1. Сумиране - Изпълнява се поразредно
~
~
~
, ,
C
a
b
p
i
i
i
=
+
= −
+
1 0 1
,
пренос (най-близко минимално цяло).
~
~
~
~
τ
i
i
i
i
a
b
pC
=
+ −
, междинна сума.
~
~
~
S
C
i
i
i
= +
−
τ
1
, сума в “I” разред.
2. Изваждане - чрез сумиране на число с обратен
ред.
3. Умножение (деление) - подобно на ПБСН.
Примери:
Сумиране
1
3
-5,
6
-4
операнд а
2
-6
-4
3
6
операнд b
0
-1
1
0
преноси C
i
3
-3
1
-1
2
междинна
∑
на
τ
i
3
-4
2,
-1
2
резултат
~
S
i
Сумирането се използва по разреди. Може
едновременно всички разреди да се обработват.
Умножение:
0,
-2
0
4
1
-1,
-3
6
1
0
Частични произведения и резултат.
-2
0
4
1
-1
-2
2
4
6
6
-1
-2
-3
2
0
-4
-1
0, 2
5
-7
-3
2
0
1
Тема 5. ПСБ с остатъчни класове
Основен запис на числото:
N[p
i
]=(d
1
d
2
...d
S
) d
i
=rest N mod p
i
d
i
цифри на НПБСОК ( остатък на числото на
съответната основа). Обхват на еднозначно
представимите числа
[ ]
N p
p
i
i
i
S
max
≤
=
∏
1
Методи за превръщане на числата
1. Np=>N[p
i
] - чрез формиране на остатъци.
2. N{p
i
}=Np - чрез възстановяване на остатъчни
схеми (броячи със съответен модул на броене
каквито са системите).
Пример:
N
10
2
3
5
0
0
0
0
1
1
1
1
2
0
2
2
3
1
0
3
...
...
...
...
9
1
0
4
10
0
1
0
11
1
2
1
...
...
...
...
28
0
1
3
29
1
2
4
Превръщането и сумирането се извършва по
ускорения паралелен метод (Разред по разред
всички заедно).
Методи за изпълнение на аритметични операции в
НПБСОК.
A{p
i
}=(
α
1
α
2
...
α
S
) Операнд 1
B{p
i
}=(
β
1
β
2
...
β
S
) Операнд 2
D{p
i
}=(
δ
1
δ
2
...
δ
S
) Резултат
1. Сумиране - изпълнява се поразредно.
δ
i
=
α
i
⊕β
i
p
i
за А,B,D<N{p
i
}
max
.
2. Умножение - изпълнява се поразредно.
δ
i
=
α
i
⊗β
i
p
i
за А,B,D<N{p
i
}
max
.
Пример:
Сумиране
N
10
3
5
7
38
2
3
3
63
0
3
0
101
2
1
3
Тази схема проверява верността на резултата
получен от АЛУ (контролна станция).
Умножение:
N
10
3
5
7 11
18
0
3
4
7
49
1
4
0
5
882
0
2
0
2
Въпрос 6. ПСБ смесени
Общият вид на N разредно число в ПБСС
(смесени) с основа R при използване на запис на
нейните цифри на ПБСН с основа r е:
N
r
R
çà R
r
R r
J
j
l
k j l
i
n
J l
/
=
>
=
− −
=
∑
∑
−
α
1
1
където
α
J
са цифри на ПБСН с основа r, l - броят
на разредите от ПБСН с основа r необходими за
записване на R стойности. ПБСС са получили
практическо приложение във връзка с
представянето на цифрите от десетичната ПБСН с
двоични (т.нар. двоично-десетични кодове), което
позволява непосредствено изпълнение на
аритметични операции над десетични числа в
процесорите. Всяко N разредно число от ПБСН с
основа R=10 и к<N чрез използване на числата от
двоичната БС има вида:
N
w
Ä Ä
j
j
f
j
i
c
n
k i l
=
=
=
− +
∑
∑
α
1
1
10
.
.
Като при K<n е смесено число, където wj - тегло
на J разред на двоичният код. Ако Wj=2
j
се
получава точно представяне на числата или
двоично десетичен код (BCD).
За превръщане на числата от ПБСДД в ПБСН и
обратно се използват следните методи:
- N
10
в N
ДД
, произволно число- извършва се чрез
непосредствено поразредно кодиране на
памет
пулт
УЧ
процесор
ОЧ
ПУ
ПУ
пулт
ПУ
процесор
памет
прекъс
ване
ОЧ
УЧ
буфер
ПУ
централен
процесорен
модул
(активен
елемент)
у-во за
въвеждане и
извеждане на
данни
памет
(пасивен
елемент)
у-во за
програмно
управление
А Л У
вътрешно
процесорна
шина
стекова
памет(
кеш
)
Памет
регистров
файл
АЛУ
управлява-
що у-во
В/И
канал
памет
проце
сор
ВЗУ
пулт
ПУ ВЗУ
ПУ
ПУ
оптимистична
песимистична
10
10
10
9
10
8
2020
2000
год.
Предмет: | Компютърни системи и технологии, Информатика, ИТ |
Тип: | Пищови |
Брой страници: | 6 |
Брой думи: | 6549 |
Брой символи: | 61373 |