Вопросы по «ЭВМ и вычислительные системы» (стр. 3 )

байт; полуслово; слово; двойное слово.

Для представления чисел используются две формы:

естественная (с фиксированной запятой); нормальная (полулогарифмическая, с плавающей точкой).

Первая форма предполагает, что положение запятой, отделяющей целую часть от дробной, фиксировано в разрядной сетке ЭВМ. Для представления знака выделяется специальный знаковый разряд (обычно крайний левый разряд). Если там 0 – число положительно, если 1 – число отрицательно. Обычно используются два способа расположения фиксированной запятой. Перед старшим разрядом, или после младшего. В первом случае могут быть записаны лишь правильные дроби с точным определением веса младшего разряда. Диапазон представления чисел в этом случае следующий:

Если при выполнении вычислений числа выйдут за пределы разрядной сетки, то возникнет ошибка. Представление чисел с фиксированной точкой используется в системе передачи данных, для управления ТП, обработки измерительной информации. Т. о., достоинство такого представления чисел – это возможность построения несложных операционных устройств  с высоким быстродействием. Общий вид числа с плавающей запятой имеет форму:  . М – мантисса, b – основание СС, p – порядок. Т. к. вся информация представлена в двоичном коде, то основание системы может быть опущено и представление числа примет вид: . Порядок p – есть число целое. В случае +p оно представляется в виде двоичного кода, а в случае –p - в виде двоичного числа в дополнительном коде, что неудобно. Для упрощения операций с числами с плавающей запятой порядок числа представляется всегда увеличенным на 64 ( для 32-х разрядной сетки). Так что порядку –63 соответствует машинный порядок +1, а порядку +63 – машинный порядок +127. поэтому порядок во всех случаях рассматривается как положительное число. Обозначение знака порядка чисел отпадает. Смещенный порядок числа называют характеристикой. Мантисса в ЭВМ обычно представляется правильной дробью в нормализованном виде (первая цифра справа от запятой отлична от нуля).  1/d <= M <= 1, где d – основание системы. Количество разрядов отводимых для изображения порядка определяют диапазон представляемых чисел. Количество разрядов, отводимых под изображение мантиссы, определяют точность представляемых чисел. Если необходимо повысить точность вычислений, числа с плавающей точкой представляются в формате двойного слова, а под ман7тиссу отводится не 24, а 56 разрядов. Диапазон представляемых чисел в это случае останется прежним, а точность увеличится в два и более раз. Устройства, реализующие операции с числами с плавающей запятой более сложные и менее быстродействующие.

Для представления отрицательных чисел в ЭВМ используются обратные и дополнительные коды. Чтобы записать число в обратном коде необходимо:

поставить единицу в знаковый разряд; в числовых разрядах нули заменить единицами, а единицы нулями;

Для того чтобы записать число в дополнительном коде необходимо:

поставить единицу в знаковый разряд; во всех числовых разрядах нули заменить единицами, а единицы нулями; к младшему разряду полученного результата прибавить единицу.

ЭВМ обрабатывает числовую и алфавитно-цифровую информацию представленную машинными кодами. Совокупность элементарных символов, с помощью которых на языке записывается программы, составляют алфавит входного языка. Такой алфавит содержит: графические символы (символы, буквы и знаки препинания, математических операций и управляющие символы). Каждому символу входного языка ставится в соответствие группа двоичных символов – двоичный код. Если количество символов входного языка N, то количество двоичных символов необходимых для их кодирования равно: . В ЭВМ используются несколько стандартных систем кодирования алфавитно-цифровых символов отличающихся длиной кодов n. При выборе способа кодирования учитываются объем алфавита и требования, связанные с облегчением автоматической обработки данных и эффективным использованием памяти. Соответствие символов входного языка и двоичных кодовых комбинаций задается с помощью кодовых таблиц DKOI, KOI – 8.

Функциональная и структурная организация ЭВМ.

Существует два взгляда на построение и функционирование ЭВМ:

взгляд пользователя, не интересующегося технической реализацией ЭВМ, а озабоченным только некоторым набором функций и услуг, обеспечивающие эффективное решение задач; взгляд разработчика ЭВМ, усилия которого направлены на рациональную реализацию необходимых функций пользователю.

Функциональная организация – абстрактная модель описания функциональных возможностей ЭВМ и предоставляемых ею услуги. Она определяется предъявляемыми к ЭВМ требованиями, типом решаемых задач, потребностями в ресурсах ЭВМ (емкость ЗУ, разрядность, состав ЭВМ).

Структурная организация – физическая модель, устанавливающая состав, порядок, принципы взаимодействия функциональных основных частей ЭВМ без изменения технической детализации. По степени детализации структурные схемы ЭВМ могут составляться на уровне устройств, блоков, узлов, элементов. Важные характеристики ЭВМ, определяющие её функциональную и структурную организацию, являются системы и форматы команд, способы адресации, т. е. внутренний язык ЭВМ.

Формат и структура команд.

Формат и структура команд. ЭВМ работает под управлением программы, реализуемой в виде последовательности машинных команд алгоритма решения задачи. Под командой понимают совокупность информации (в виде двоичных кодов), занимающие определенные места в команде (поля) и необходимые П для выполнения требуемых действий. Это сведения о типе операций и адресной информации об операндах, месте хранения результата. Команда – код, определяющий операцию и данные в ней участвующие. Формат команды – оговоренная структура полей, её кода. В общем случае она состоит из операционной и адресной части. В первой из этих частей содержится код операции, вторая – задает вид операции.

[ Код операции, А1, А2, А3, А4 ]

А1 – адрес первого операнда, А2 – адрес второго операнда, А3 – адрес хранения результата, А4 – адрес следующей команды.

Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в команде. По числу адресов команды делят на трех-, двух-, одно - и безадресные. Число двоичных разрядов, отводимых под код операции, должно быть таким, чтобы можно было представить все выполняемые машиной операции. Число команд теоретически не ограничено, практически их число невелико: примерно около 200-250 команд

.  N – число команд, которое м. б. реализовано, nоп – код операции.

Совокупность всех выполняемых Процессором команд, называется системой команд. Она должна быть полной, т. е. содержать все команды необходимые для реализации выполнения заданного алгоритма в машинных кодах.

Команды подразделяются на группы:

обработки данных; перемещения/пересылки данных; передачи управления; дополнительные прочие

Для упрощения аппаратуры и повышения быстродействия длина формата команды должна быть согласована с выбираемой, исходя из требований точности измерений, с длиной обрабатываемых машинных слов, составляющих обычно 16-32-64 бита. Формат команды должен быть короче и укладываться в машинное слово или полуслово.

Способы адресации ЭВМ

Существует два принципа поиска операндов в ЗУ: ассоциативный и адресный.

Ассоциативный поиск –  поиск по содержанию – просмотр содержимого всех ячеек для выявления кодов содержащих заданной командой ассоциативных признаков. Эти коды выбираются в качестве искомых операндов.

Адресный поиск – искомый операнд извлекается из ячейки памяти, номер которой формируется на основе информации в адресном поле команд.

Исполнительный адрес Аисп – двоичный номер ячейки памяти, которая является источником или приемником операнда. Этот код направляется в регистр адреса памяти и по нему происходит фактическое обращение к указанной ячейке.

Адресный код команды – информация об адресе операнда, содержится в адресном поле команды. Как правило, адресный и исполнительный коды не совпадают.

Способ адресации – способ формирования Аисп из адресного кода. Одни из способов позволяют увеличивать объем адресуемой памяти без удлинения команды, другие ускоряют операции над массивами, упрощают работу с подпрограммами. Для указанного способа адресации в некоторых системах команд выделяют специальное поле – указатель адресации.

[КОП, Ак ]

[КОП, УА, Ак]

Классификация способов адресации:

Явная и неявная. Явная адресация – в команде присутствует Ак. Неявная адресация – Ак отсутствует. Применяется при стековой адресации. Непосредственная, прямая и косвенная. Прямой называется такая адресация, при которой Ак совпадает с Аисп. Недостатком способа является – нерациональное использование памяти, т. к. при большом объеме адресного поля требуется длинное адресное поле команды. Достоинство состоит в том, что обеспечивается простота программирования.  Непосредственная адресация – в адресном поле команды располагается операнд. В этом случае не производится обращение к памяти и время выполнения сокращается. Способ используется для задания констант длиной меньше адресного поля команды. Косвенная адресация – Ак команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда. Адрес указателя может быть неизменным, а косвенный адрес может меняться, что упрощает обработку массивов и списковых структур данных, упрощает передачу параметров в подпрограмму. Используется в ЭВМ с коротким машинным словом. Абсолютная и относительная. Абсолютная адресация – преобразование кода адреса (Аисп) не производится. Относительный способ адресации – код адреса ячейки памяти образуется из нескольких составляющих (кода базы, кода индекса, кода смещения). Схемы формирования относительных адресов способами суммирования (рис. 14.1), совмещения (рис. 14.2), при индексной адресации и базировании (рис. 3).

Относительная адресация. Адрес указывается не абсолютно, а относительно некоторого числа записанного в специальном регистре – регистре базового адреса или просто базе, само число при этом называется базовым. Для хранения базового адреса в ЭВМ может быть предусмотрены специальные регистры или специально выделенные ячейки памяти. Относительная адресация позволяет при меньшей длине адресного кода получить доступ к любой ячейке. С помощью такого метода адресации удается получить перемещаемый программный модуль, который одинаково выполняется П независимо от адресов, в которых он расположен. Индексная адресация эффективна