При сложении и умножении целых чисел возможен перенос из старшего разряда ячейки памяти в знаковый разряд. При этом значение числа будет совсем не тем, которое ожидал программист. ЭВМ не контролирует целые числа на допустимый диапазон значений, поэтому программист должен сам принимать меры для контроля подобных ситуаций.
Операции с вещественными числами.
При выполнении операций сложения и умножения с вещественными числами возможны ситуации, когда все разряды порядка уже содержат единицы и при нормализации мантиссы надо добавить к порядку еще одну единицу. В этом случае возникает ситуация прерывания, которая называется ситуацией "переполнения порядка", при этом программа снимается с выполнения.
Аналогично, при выполнении операций вычитания и деления с вещественными числами возможны ситуации, когда все разряды порядка уже содержат нули и при нормализации мантиссы надо вычесть из порядка еще одну единицу. В этом случае возникает ситуация прерывания, которая называется ситуацией "исчезновения порядка", при этом программа также снимается с выполнения.
Персональные ЭВМ.
1.7.1.Историческая справка.
С самого начала развития отрасли ЭВМ инженеры думали о создании компактной ЭВМ, которую можно было бы разместить на рабочем столе. Возможность создания таких машин появилась, когда удалось сделать процессор в виде интегральной схемы. К концу 70-х годов уже выпускалось порядка сотни моделей настольных ЭВМ.
Качественный скачок в развитии персональных ЭВМ произошел в начале 80-х годов, когда фирма IBM начала выпуск подобных машин. Традиционно фирма IBM разрабатывала и производила большие и средние ЭВМ, которые стоили миллионы долларов.
Весной 1981 г. фирма IBM поручила группе молодых инженеров разработать экспериментальную настольную ЭВМ. Через месяц эта группа подготовила проект и в августе 1981 г. начался серийный выпуск настольных ЭВМ, которые получили название IBM PC. Практически каждый год фирма разрабатывала новую модель РС и к 1988 г. только фирма IBM выпустила поряка 5 млн. РС.
Конструкция IBM PC оказалась настолько удачной, что и другие фирмы стали использовать идеи, заложенные в IBM PC.
Замечание. фирма IBM выпускает в настоящее время и большие ЭВМ. (большая ЭВМ – несколько тысяч процессоров, все оборудование порядка 100 тонн).
1.7.2. Конструкция РС.
Успехи инженеров фирмы IBM в области РС были обусловлены тем, что они в основу машины заложили два принципа: принцип "открытой архитектуры" и принцип совместимости приграммного обеспечения (ПО).
Принцип "открытой архитектуры"
До IBM PC все РС имели закрытую архитектуру. Любая модификация РС, после того как на заводе завернули последний винт, требовала высокой квалификации в области электроники (в частности надо было уметь пользоваться паяльником).
Суть принципа открытой архитектуры заключается в том, что неизменяемая часть машины располагается на системной плате, а те устройства, которые могут изменяться располагаются на так называемых платах расширения, которые просто вставляются в соответствующие разъемы.
Принцип совместимости программного обеспечения (ПО).
Согласно этому принципу все новые устройства и программы должны быть совместимы по правилу "сверху – вниз", то есть последующие версии должны обслуживать и ранее существующие. Поэтому модернизировать свой компьютер мог любой пользователь.
Конструктивно РС содержит три блока: системный, монитор и клавиатуру. Основой РС является системный блок – в нем располагаются все основные компоненты: блок питания, накопители на магнитных дисках, платы расширения. На задней стенке системного блока имеются разъемы, с помощью которых можно подключить различные внешние устройства: принтер,мыш, сканер, сеть.
Структура РС.
Все РС имеют структуру, которая называется "структурой с общей шиной".
Структура РС приведена на рис.1.2.3.
1.8.1. Общая шина.
Общая шина - это система проводов и электронных схем, обеспечивающая передачу данных между устройствами с высокой скоростью. Концепция общей шины – это один из наиболее совершенных методов унификации при разработке ЭВМ. Вместо соединения устройств отдельными системами проводов исиспользуется одна система, к которой может быть подключено любое устройство. Типичная структура общей шины имет вид
| питание 8 линий | шина данных 8, 16, 32, 64 | адресная шина 20, 24, 32 | шина управления ~26 |
Состав общей шины.
Питание – для подачи различных напряжений на устройства.
Шина данных – предназначена для передачи данных (операндов) в параллельном коде.
1.8.2. Адресная шина.
Предназначена для передачи адресов ячеек памяти. Количество проводников в этой шине определяет размер адресуемой памяти:
при N = 20 адресуемая память = 220 байт,
при N = 24 адресуемая память = 224 байт,
при N = 32 адресуемая память = 232 байт,
1.8.3. Шина управления
Эта шина предназначена для передачи сигналов управления между устройствами.
Главными характеристиками общей шины являются:
- разрядность шины данных – определяет количество разрядов данных передаваемых параллельно;
- скорость передачи данных через шину (определяется конструкцией и электронными схемами, входящими в шину).
-
1.8.4. Центральный процессор (ЦП).
В настоящее время ЦП обычно содержит непосредственно процессор, сопроцессор для арифметики с плавающей точкой и дополнительную быстродействующую память, которую принято называть кэш-памятью.
Кэш-память. Часто одни и те же данные многократно используются в алгоритме. Например при вычислении
У=А+В+С; Р=Н+У;
надо вычислить У, а затем использовать его при вычислении Р. Очевидно, что скорость вычислений можно повысить, если не отправлять значение У в оперативную память, а сохранить его в процессоре.
Кэш – память (от Cache-убежище, склад) – это сверхоперативная память для временного хранения данных в процессоре с временем доступа в несколько раз меньше, чем время доступа к основной оперативной памяти. В современных РС процессор обычно содержит два вида кэш-памяти: кэш – память для данных и кэш-память для команд.
1.8.5. Память РС.
Всякий РС имет четыре вида памяти: ПЗУ, ОЗУ,ВЗУ, видеопамять.
1. ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (ROM – Read Only Memory – память только для чтения). В ПЗУ хранится набор программ, который называется базовой системой ввода/вывода (BIOS - от Basic Input Output System). BIOS содержит три класса программ:
- тесты для проверки РС при включении;
- аппаратные драйверы (для операционной системы);
- программа для установки параметров BIOS и аппаратной конфигурации РС.
2. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или коротко RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Это временная память, то есть данные хранятся в ней только до выключения компьютера. ОЗУ является основной памятью, в ней хранятся программы и обрабатываемые данные во время выполнения программ.
3. ВЗУ – внешнее запоминающее устройство. В настоящее время используется несколько типов внешних запоминающих устройств:
НМД – накопитель на магнитных дисках (винчестер, HDD –от Hard Disk Drive);
НГМД – накопитель на гибком магнитном диске(дискета). На дискету можно записывать данные и можно считывать с нее данные.
CD ROM – от Compact Disk Read Only Memory. Данные на этот накопитель записываются один раз, в дальнейшем можно только считывать с него данные.
Видеопамять. Это такая же память как и ОЗУ но конструктивно она размещается отдельно – на видеокарте и предназначена для отображения информации на экране монитора. В этой памяти формируется образ экрана. Эта память имеет две связи:
- связь с общей шиной для записи информации в видеопамять;
- связь с монитором для передачи образа из видеопамяти на экран.