Вся информация ЭВМ представлена в виде двоичных кодов, то есть в двоичной позиционной системе счисления, которая имеет вид:
А = а m-1 P m-1 + a m-2 P m-2 + … + a 1 P 1 + a 0 P 0
где А – некоторое произвольное целое число, a i – коэффициенты системы счисления, P – основание системы счисления, m – индекс, определяющий местоположение цифры в числе – разряде.
Поскольку разряд двоичной системы может быть либо 0 либо 1, то его можно использовать в качестве единицы объема информации, хранимой или обрабатываемой.
Зависимость между количеством двоичных разрядов в группе и количеством соответствующей ей информации можно представить в следующей таблице:
| Количество разрядов в группе | 8*1024 | 8*(1024)2 | 8*(1024)3 | ||||
| Наименование единиц информации | Бит | Байт ½ слова | 2 байта слово | 4 байта 2 слова | Килобайт | Мегабайт | Гигабайт |
Для анализа и синтеза схем ЭВМ, а также при алгоритмизации и программировании используется аппарат алгебро-логики.
В алгебро-логике значение всех элементов определены в двухэлементном множестве {0;1}, что соответствует двоичному кодированию информации в ЭВМ.
Простейшими операциями в алгебре-логике являются операции логического сложения или дизъюнкции, логического умножения или конъюнкции и инверсий или отрицания.
АЛУ – в основном представляет собой сумматор, который складывает операнды.
Команды машинной программы выполняются микропроцессором или центральным процессорным устройством (ЦПУ) в соответствии с алгоритмом решения задачи.
Алгоритм – это точно определенная последовательность действий, которую надо выполнить над исходной информацией чтобы получить решение задачи.
Более точное и формальное определение алгоритма дается с помощью машины Тьюринга.
ЦПУ – микропроцессоры.
Микропроцессор – это функционально-законченное, программно управляемое устройство обработки информации выполненное в виде одной большой интегральной схемы (БИС).
Первый ЦПУ был выпущен в 1971 году фирмой Intel: МП 4004.
Все микропроцессоры условно делятся на три группы:
1. Серии CISC с полным набором команд (от 130 до 240 команд).
2. Серии RISC с сокращенным набором команд (от 50 до 130 команд).
3. Серии MISC с минимальным набором команд (менее 50 команд).
Набор команд падает, но быстродействие микропроцессора растет.
| Модели ЦПУ | Разрядность | Тактовая частота | Адресное пространство | Число команд | Число элементов | |
| Данные (бит) | Адрес (бит) | |||||
| 4,7 Гц | 4*10 3 | |||||
| 4,7 Гц | 64*10 3 | |||||
| 33 мГц | 4*10 6 | |||||
| до 100 мГц | 16*10 6 | 1,2*10 6 | ||||
| 500 мГц | 4*10 9 | 5*10 6 |
Начиная с 80286 микропроцессор предусматривает возможность работы в вычислительной сети, а также возможность многопрограммной работы.
Начиная с 80386 используется конвейерное выполнение команд и использование КЭШ памяти емкостью до 512 Кбайт.
Начиная с 80486 микропроцессор обеспечивает поддержку системы виртуальных машин, то есть такого режима многозадачности, при котором в одном ЦПУ моделируется как бы несколько компьютеров, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы.
Конвейерное выполнение команд – это одновременное выполнение разных тактов последовательных команд в разных частях микропроцессора.
Причем данные поступают из быстрой КЭШ памяти. Это позволяет, как бы распараллелить процесс выполнения программ и увеличить эффективное быстродействие микропроцессора в 2 – 3 раза.
Быстродействие процессора является одной из основных характеристик и может измеряться в следующих показателях:
1. MIPS – миллион операций с фиксированной запятой или точкой в секунду.
2. MFLOPS – миллион операций над числами с плавающей запятой в секунду.
3. KOPS – 1000 некоторых усредненных операций над числами каждую секунду.
Оценка производительности ЦПУ всегда приблизительная, более точной и объективной характеристикой является тактовая частота.
Запоминающее устройство
Основная память.
Подразделяется на:
а) оперативное запоминающее устройство (RAM) ОЗУ
б) постоянное запоминающее устройство ПЗУ (ROM0
ОЗУ предназначено для хранения информации, участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования компьютера.
ОЗУ является энергозависимой памятью для хранения программ и данных, которые при выключении питания теряются.
Конструктивно элементы ОЗУ выполняются в виде микросхем типа DIP, SIP или SIMM.
Модули памяти могут иметь емкость от 512 Кб до 128 Мегабайт с контролем или без контроля четности хранимой информации.
Основу памяти составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы запоминающих элементов (триггеров).
ПЗУ используется для хранения неизменной информации, то есть загрузочных программ операционной системы, программ тестирования разных устройств компьютера и драйверов BIOS (базовой системы ввода-вывода).
ПЗУ является энергозависимой памятью и из ПЗУ можно только считывать информацию, а запись в ПЗУ выполняется в лабораторных условиях.
Емкость ПЗУ от 120 до 512 Килобайт.