Понятие арифметических и логических основ ПК

TF – флаг трассировки: если значение флага равно 1, то в микропроцессоре после выполнения каждой команды генерируется внутреннее прерывание, позволяющее перейти к соответствующей подпрограмме (используется при отладке программ);

-блок сегментных регистров, состоящий из четырех 16-разрядных регистров, каждый из которых содержит старшие разряды базового (начального) адреса сегмента оперативной памяти, выделяемого программе при ее выполнении: кодового сегмента CS, в котором содержится код программы; сегмента данных DS; сегмента стека SS и дополнительного сегмента данных ES;

-шинный интерфейс, который содержит схемы, обеспечивающие связь внутренней магистрали микропроцессора с системной шиной.

 

 

 

2.2. Представление данных в компьютере

Вся информация в ЭВМ хранится в виде наборов бит, то есть комбинаций 0 и 1. Числа представляются двоичными комбинациями в соответствии с числовыми форматами, принятыми для работы в данной ЭВМ, а символьный код устанавливает соответствие букв и других символов двоичным комбинациям.

Для чисел имеется три числовых формата:

• двоичный с фиксированной точкой;
• двоичный с плавающей запятой;
• двоично-кодированный десятичный (BCD).

В двоичном формате с фиксированной точкой числа могут быть представлены без знака (коды) или со знаком. Для представления чисел со знаком в современных ЭВМ в основном применяется дополнительный код. Это приводит к тому, что, как показано ранее, отрицательных чисел при заданной длине разрядной сетки можно представить на одно больше, чем положительных. Хотя операции в компьютере осуществляются над двоичными числами, для записи их в языках программирования, в документации и отображения на экране дисплея часто используют более удобное восьмеричное, шестнадцатеричное и десятичное представление.

В двоично-кодированном десятичном формате каждая десятичная цифра представляется в виде 4 битного двоичного эквивалента. Существуют две основные разновидности этого формата: упакованный и неупакованный. В упакованном BCD-формате цепочка десятичных цифр хранится в виде последовательности 4-битных групп. Например, число 3904 представляется в виде двоичного числа 0011 1001 0000 0100. В неупакованном BCD-формате каждая десятичная цифра находится в младшей тетраде 8-битной группы (байте), а содержимое старшей тетрады определяется используемой в данной ЭВМ системой кодирования, и в данном случае несущественно. То же число 3904 в неупакованном формате будет занимать 4 байта и иметь вид:

xxxx0011 xxxx1001 xxxx0000 xxxx0100 .

Числа с плавающей запятой обрабатываются на специальном сопроцессоре (FPU - floating point unit), который, начиная с МП I486, входит в состав БИС микропроцессора. Данные в нем хранятся в 80-разрядных регистрах. Управляя настройками сопроцессора, можно изменять диапазон и точность представления данных этого типа (Табл. 1).

 

 

 

Таблица 1 Диапазон и точность представления данных
Тип данных	Размер (бит)	Диапазон	Обрабатывающий блок
Целые без знака
1 байт  1 слово 1 двойное  слово	8 16 32	0...255 0...65535 0...4294967295	АЛУ
Целые со знаком
1 байт	8	-128...+127	АЛУ
1 слово	16	-32768...+32767	FPU
1 двойное слово	32	-2147483648...+2147483647
1 учетверенное слово	64	≈( 0.92*1019)
Числа с плавающей запятой
действительное число	32 (1+8+23)	≈( 0.34*1039)	FPU
с двойной точностью	64 (1+11+52)	≈( 0.18*10309)
с увеличенной точностью	80 (1+15+64)	≈( 0.12*104933)
Двоично-десятичные числа
1 байт неупакованное	8	0...9	АЛУ
1 байт упакованное	8	0...99	АЛУ
10 байт упакованное	80	0...(99...99)18цифр	FPU

 

 

 

 

2.3. Организация оперативной памяти компьютера

ОП является основной памятью для хранения информации. Она организована как одномерный массив ячеек памяти размером в 1 байт. Каждый из байтов имеет уникальный 20 битный физический адрес в диапазоне от 00000 до FFFFFh (здесь и далее для записи адресов используется шестнадцатеричная система счисления, признаком которой является символ h в конце кода). Таким образом, размер адресного пространства ОП составляет 220 = 1Мбайт. Любые два смежных байта в памяти могут рассматриваться как 16-битовое слово. Младший байт слова имеет меньший адрес, а старший - больший. Так шестнадцатеричное число 1F8Ah, занимающее слово, в памяти будет расположено в последовательности 8Ah, 1Fh. Адресом слова считается адрес его младшего байта. Поэтому 20 битовый адрес памяти может рассматриваться и как адрес байта, и как адрес слова.

Команды, байты и слова данных можно размещать по любому адресу, что позволяет экономить память вследствие ее более полного заполнения. Однако для экономии времени выполнения программ целесообразно размещать слова данных в памяти, начиная с четного адреса, так как микропроцессор передает такие слова за один цикл работы шины. Слово с четным адресом называется выровненным по границе слов. Невыровненные слова данных с нечетным адресом допустимы, но для их передачи требуется два цикла шины, что снижает производительность ЭВМ. Необходимое количество циклов считывания слова данных инициируется микропроцессором автоматически. Следует иметь в виду, что при операциях со стеком слова данных должны быть выровнены, а указатель стека инициирован на четный адрес, так как в таких операциях участвуют только слова данных.

Поток команд разделяется на байты при заполнении очереди команд внутри микропроцессора. Поэтому выравнивание команд практически не влияет на производительность и не используется.

Адресное пространство ОП делится на сегменты. Сегмент состоит из смежных ячеек ОП и является независимой и отдельно адресуемой единицей памяти, которая в базовой архитектуре персональной ЭВМ имеет фиксированную емкость 216 = 64К байт. Каждому сегменту назначается начальный (базовый) адрес, являющийся адресом первого байта сегмента в адресном поле ОП. Значение физического адреса ячейки складывается из адреса сегмента и смещения ячейки памяти относительно начала сегмента (внутрисегментное смещение). Для хранения значений адреса сегмента и смещения используются 16-битовые слова.

Чтобы получить 20-битовый физический адрес, микропроцессор автоматически осуществляет следующие операции. Значение базового адреса сегмента умножается на 16 (сдвиг на 4 разряда влево) и суммируется со значением смещения в сегменте (рис. 6). В результате получается 20-битовое значение физического адреса. При суммировании может возникнуть перенос из старшего бита, который игнорируется. Это приводит к тому, что ОП оказывается как бы организованной по кольцевому принципу. За ячейкой с максимальным адресом FFFFFh следует ячейка с адресом 00000h.

Рис. 6.  Схема получения физического адреса

Сегменты физически не привязаны к конкретному адресу ОП, и каждая ячейка памяти может принадлежать одновременно нескольким сегментам, так как базовый адрес сегмента может определяться любым 16-битовым значением. Сегменты могут быть смежными, неперекрывающимися, частично или полностью перекрывающимися. Вместе с тем, в соответствии с алгоритмом вычисления физического адреса, начальные адреса сегментов всегда кратны 16.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4.Программное обеспечение (ПО) компьютера.

Компьютер работает по программам, составленным программистом для решения какой-то задачи.

   На рисунке 7 представлена схема разработки программы.

Рис. 7. Схема разработки программы.

Написание программы начинается с постановки задачи и с создания математической модели, в которой с помощью арифметических и логических операций описывается способ решения задачи. Затем пишется алгоритм, который представляет собой пошаговую процедуру решения задачи. Ранее программист кодировал математические и логические операции для конкретной вычислительной машины и, таким образом получалась программа для решения задачи. В настоящее время программа пишется на языке высокого уровня. Языки высокого уровня не связаны с архитектурой данной машины – у них свой язык, который не зависит от вычислительного устройства (ПК), на котором будет решаться задача

Программа, написанная на языке высокого уровня называется исходным модулем. Программа - транслятор преобразует исходный модуль программу на языке машинных кодов называется объектным модулем. Машинный код для каждой машины свой. Программа - редактор используется для ввода текста программы в ЭВМ и ее последующего редактирования. Программа - компоновщик связывает объектные модули, являющиеся результатом трансляции программ и подпрограмм считанных из библиотеки подпрограмм. Программа -отладчик позволяет выполнять программу по одной или нескольким командам за один шаг, что позволяет программисту проверять результат выполнения отдельных частей программы.

Существуют следующие программы.

Прикладные программы или программы пользователя предназначены для решения конкретных задач, например, бухгалтерских задач или плановых, или задач управления предприятием. Например, 1С-предприятие для решения задач бухгалтерского учета, СУБД Access для создания баз данных.

Программы технического обслуживания предназничены для тестирования устройств ЭВМ и поиска неисправностей.

Программы управления внешними устройствами ЭВМ предназначены для обеспечения работы внешних устройств ЭВМ: принтеров, сканеров, графопостроителей и др.

Инструментальные программы предназначены для разработки новых программ: Паскаль, СИ и др.

Программы архиваторы и разархиваторы предназначены для сжатия и расжатия информации с целью экономии памяти ЭВМ.

Программы мультимедиа предназначенные для работы с мультимедий-ными объектами такими, как видеоклип, звук, изображение.

Программы для работы с графическими объектами предназначенные для построения и редактирования графических файлов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В работе рассмотрен вопрос «Понятие арифметических и логических основ ПК». Описано, из каких частей состоит компьютер, какова его структура, принцип действия, что такое оперативная и внешняя память компьютера, как в нем хранится информация, как компьютер решает задачи, какие внешние устройства можно подсоединять к нему, как составляется программа для решения задач и, наконец, какие бывают программы.

С развитием Интернета и сотовой связи ПК стал необходимейшим прибором для человека – инженера, менеджера, журналиста, а также музыканта и школьника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

1. Аткинсон, Л. MySQL. Библиотека профессионала / Л. Аткинсон // Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильяме», 2002 – 624 с.
2. Автоматизированные информационные технологии в экономике: Учебник/ Под ред. Проф. Г.А. Титоренко. – М:.Компьютер, ЮНИТИ, 2007.
3. Экономическая информатика и вычислительная техника/Под ред. В.П. Косарева, А.Ю. Королева.– Финансы и статистика, 2003.
4.   Леонтьев В.П. ПК: универсальный справочник пользователя Москва 2000.
5. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс 2003
6. Макарова Информатика. Учебник для ВУЗов  М.: Дрофа 2007.