Конспект лекций по информатике. Конспект лекций по информатике учебное пособие

• Название: Конспект лекций по информатике учебное пособие
• Анкор: Конспект лекций по информатике.doc
• Дата: 28.04.2018
• Размер: 0.97 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по информатике.doc
• Тип: Конспект лекций; #18610
• страница: 5 из 37

5. Основные принципы устройства, структура и состав ЭВМ

В процессе развития вычислительной техники первого поколения были сформулированы основные принципы построения ЭВМ (Джон фон Нейман, США, 1945).

1. 
   Принцип двоичного кодирования. В вычислительной технике должна использоваться двоичная система представления данных, в том числе, нечисловых данных ( текст, графика, звук и др.).
   
2. 
   Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
   
3. 
   Принцип адресуемости памяти. Данные хранятся в памяти вычислительной машины, которая должна быть разделена на нумерованные ячейки.
   
4. 
   Принцип последовательного программного управления. Все операции процессор должен выполнять по программе в автоматическом режиме.
   
5. 
   Принцип жесткости архитектуры. В процессе работы топология и архитектуры ЭВМ не меняется, а программа является изменяемой частью машины.
   

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру или архитектуру фон Неймана. Структурная схема такой ЭВМ показана на рис. 2.1. В состав ЭВМ, имеющей классическую архитектуру, входят:

• 
  центральный процессор, предназначенный для управления работой всех блоков ЭВМ, а также выполнения арифметических и логических операций;
  

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ)





Центральный процессор (ЦП)


Арифметико-

логическое устройство

(АЛУ)


Устройство управления

(УУ)

Устройство

ввода

Устройство

вывода





Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Рис. 2.1. Структурная схема ЭВМ

• 
  арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех операций с числовыми и символьными данными;
  
• 
  устройство управления (УУ), которое формирует управляющие импульсы и синхронизирует работу всех блоков ЭВМ;
  
• 
  внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), которое используется для долговременного хранения данных;
  
• 
  оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для записи, хранения и считывания данных, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе;
  
• 
  устройства ввода и вывода, которые обеспечивают загрузку ЭВМ исходными данными и программами, а также вывод результатов обработки на монитор или принтер.
  

Лекция 3. Арифметические и логические операции с двоичными числами

1. Системы счисления

Система счисления — способ записи чисел с помощью заданного набора специальных символов, которые называются цифрами.

Основание системы счисления – количество цифр, используемых для записи чисел.

В математическом аппарате информатики используются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления (см. табл. 3.1). Все эти системы счисления относятся к системам позиционного типа, в которых величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от ее позиции. В системах же непозиционного типа величина числа не зависит от положения цифры, к непозиционным относится, например, римская система счисления.

Таблица 3.1

Позиционные системы счисления

Название системы	Основание системы	Обозначение	Цифры и символы, используемые для записи чисел
десятичная	10	Dec	0123456789
двоичная	2	Bin	01
восьмеричная	8	Oct	01234567
шестнадцатеричная	16	Hex	0123456789ABСDEF

Для перевода чисел из одной системы счисления в другую используют простые математические алгоритмы, на практике перевод делают с помощью калькулятора. Использование калькулятора инженерного или программного типа позволяет представить число R в системах с разным основанием n, например,

R_n=1234₁₀= 10011010010₂= 2322₈= 4D2₁₆

Представление простых чисел в различных системах счисления показано в табл. 3.2

В вычислительной технике используется двоичная система счисления, которая отличается от других систем:

• 
  помехоустойчивым представлением информации;
  
• 
  простотой вычислений и возможностью технической реализации;
  
• 
  высокой скоростью арифметических операций.
  

Для выполнения вычислений в двоичной системе используются простые арифметические операции, основные арифметические действия с двоичными числами показаны в табл. 3.3

Таблица 3.2

Соответствие чисел в различных системах счисления

10 Dec	2 Bin	8 Oct	16 Hex
0	0000	0	0
1	0001	1	1
2	0010	2	2
3	0011	3	3
4	0100	4	4
5	0101	5	5
6	0110	6	6
7	0111	7	7
8	1000	10	8
9	1001	11	9
10	1010	12	A
11	1011	13	B
12	1100	14	C
13	1101	15	D
14	1110	16	E
15	1111	17	F

Таблица 3.3.

Арифметические операции с двоичными числами

Сложение`	Вычитание	Умножение
0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 0 (перенос 1 в старший разряд)	0 - 0 = 0 0 - 1 = -1 1 - 0 = 1 1 - 1 = 0	0 * 0 = 0 1 * 0 = 0 0 * 1 = 0 1 * 1 = 1