38
Архитектура ЭВМ Архитектура ЭВМ

архитектура ЭВМ - презентация

Tags:

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: архитектура ЭВМ - презентация

Архитектура ЭВМАрхитектура ЭВМ

Page 2: архитектура ЭВМ - презентация

это описание устройства и принципов работы компьютера, без подробностей технического характера.

Архитектура ЭВМ -

Компьютер включает в себя устройства, выполняющие функции мыслящего человека:

- устройства ввода;

- устройства запоминания – память;

- устройство обработки – процессор;

- устройство вывода.

Page 3: архитектура ЭВМ - презентация

Системный блок Монитор

Принтер

Сканер

Клавиатура

Мышь

Внешняя архитектура ЭВМУстройства

вывода информации

Устройства ввода и

управления

Page 4: архитектура ЭВМ - презентация

Системный блок

Процессор - главная микросхема компьютера, непосредственно выполняющая все вычисления и операции управления другими устройствами;

Внутренняя память - -

блоки микросхем, предназначенных для хранения данных и программ;

Дисководы - -

Контроллеры внешних устройств - -

Блок электропитания --

преобразуют информацию, поступающую от процессора, в соответствующие сигналы, управляющие работой устройства;

обеспечивает электропитанием все устройства ЭВМ.

устройства, обеспечивающие запись и считывание программ и данных;

Page 5: архитектура ЭВМ - презентация

Внутренняя архитектура ЭВМСвязь и обмен информацией между компонентами ЭВМ осуществляется с помощью магистрали.

Магистраль - это общая линия проводов, к которой параллельно

подсоединяют все компоненты ЭВМ.

Под компонентами понимают различные устройства (их еще называют модулями). Подсоединяя к магистрали разные наборы модулей, можно получать различные ЭВМ. Такой принцип построения ЭВМ называется магистрально-модульным.

магистраль

Процессор Монитор

Клавиатура Дисковод Сканер Принтер

ОЗУ ПЗУ

Page 6: архитектура ЭВМ - презентация

Внутренняя память

БИТБИТ

0 или 1ДвоичнаДвоичная я кодировкодировкака

Структура внутренней памяти

Байты

Биты

0 0 1 1 2 2 33

0 1 1 0 0 1 0 1

1 1 0 0 0 0 1 0

1 1 0 0 1 1 0 1

0 0 1 1 1 0 1 1

Дискретность

•Наименьшим элементом памяти является бит

•В одном бите памяти может храниться один бит информации

Адресуемость•Байт Байт памяти памяти – наименьшая наименьшая адресуемая часть внутренней памяти адресуемая часть внутренней памяти (1 байт(1 байт=8 бит)8 бит)

•Все байты пронумерованы, начиная от Все байты пронумерованы, начиная от 00

•Номер байта Номер байта – адрес байта памяти адрес байта памяти

•Процессор обращается к памяти по Процессор обращается к памяти по адресамадресам

Page 7: архитектура ЭВМ - презентация

Магнитные устройства

Оптические устройства

НМЛ (стримеры)

НМД (дисководы)

CD-ROM

Накопители на гибких дисках

Внешняя память

Накопители на жестком диске (винчестере)

Page 8: архитектура ЭВМ - презентация

Накопители на гибких магнитных

дискахОни представляют собой внешние запоминающие устройства, в которых носителями информации являются сменные магнитные диски(дискеты). Дискеты позволяют переносить информацию с одной ЭВМ на другую, хранить

ее вне ЭВМ, создавать архивные копии текстов и программ.

В настоящее время используются надежные и долговечные дискеты диаметром3,5 дюйма и емкостью 1,44 Мбайт.

Она представляет собой тонкий пластиковый диск, на который нанесено магнитное покрытие. Диск заключен в жесткий пластмассовый корпус, на поверхности дискеты нет открытых частей диска, поэтому пользоваться ими можно не боясь испортить поверхность самого диска.

Page 9: архитектура ЭВМ - презентация

Накопители на жестких магнитных дисках

(винчестеры)Они представляют собой внешние запоминающие устройства, в которых носителем информации являются жесткие несменные магнитные диски, объединенные в пакет. НМД предназначены для долговременного хранения информации, постоянно используемой при работе с ЭВМ: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов текстов и т.д.

Они представляют собой внешние запоминающие устройства, в которых носителем информации являются жесткие несменные магнитные диски, объединенные в пакет. НМД предназначены для долговременного хранения информации, постоянно используемой при работе с ЭВМ: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов текстов и т.д.

Page 10: архитектура ЭВМ - презентация

Устройства ввода

Клавиатура- это устройство, предназначенное для ввода информации.

Стандартная клавиатура имеет 101 или 102 клавиши.

Page 11: архитектура ЭВМ - презентация

Лазерные диски (CD-ROM)

Для переноса больших объемов данных используют лазерные или оптические компакт-диски, получившие название CD. В силу большой емкости (один диск может содержать 650 – 700 Мбайт данных) эти носители широко используются для распространения мультимедийной информации, содержащей большие объемы графики, видео и звука.

На оптических дисках достигается очень высокая плотность размещения информации. Однако с лазерного диска на компьютере нельзя стереть старую и записать новую информацию. Однажды записанную информацию можно только читать. Этим объясняется название данного вида носителей: CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory), что в переводе значит «компактный диск – только для чтения».

Page 12: архитектура ЭВМ - презентация

Устройства вводаСканер - это устройство, позволяющее вводить в компьютер

образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, фотографий или другой графической информации.

Настольные сканеры чем-то напоминают «ксероксы».Для сканирования изображения необходимо открыть крышку сканера, положить сканируемый лист изображением вниз и закрыть ее.Все дальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатуры – при помощи специальной программы.

Известны два основных вида сканеров: ручной (hand held) и настольный (desttop).

Ручной сканер чем-то напоминает увеличенную в размерах электробритву. Для того, чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи этого устройства, надо без резких движений провести сканирующей головкой по сканируемому документу. Ширина вводимого изображения не превышает обычно 15 см, а длина ограничивается объемом памяти вашего компьютера.

Page 13: архитектура ЭВМ - презентация

Устройства управления

«Мышь» - это специальное устройство, позволяющий просто и быстро передвигать курсор по экрану.

Название объясняется наличием у устройства длинного «хвоста» - провода, соединяющего его с компьютером.

Мышь позволяет передвигать курсор в нужное место экрана и фиксировать выбор нажатием одной из кнопок на своей поверхности.

Page 14: архитектура ЭВМ - презентация

Устройства вывода

Монитор - является основным устройством, используемым для отображения данных и вывода результатов.

Мониторы бывают черно-белыми (их также называют монохромными) и цветными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом и графическом.

Четкость изображения на мониторе зависит от числа и плотности расположения точек растра. Чем больше таких точек, тем лучше разрешение. Например, выражение «разрешающая способность 640 х 480» означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек по горизонтали и 480 точек по вертикали.

Page 15: архитектура ЭВМ - презентация

Принтер - печатающее устройство, позволяющее выводить информацию на бумагу.

По принципу печати принтеры делятся на: матричные, струйные и лазерные.

Матричные принтеры используют ударную технику печати: изображение на бумаге формируется за счет прижатия к ней красящей ленты.

При использовании струйных принтеров, изображение возникает в результате распыления чернил по бумаге.

Лазерные принтеры используют для печати маломощный полупроводниковый лазер, формирующий изображение на светочувствительном фотоприемном барабане, с которого изображение переносится на бумагу и фиксируется с помощью нагревания и прижатия.

Лазерные и струйные принтеры используют безударную технику печати.

Устройства вывода

Page 16: архитектура ЭВМ - презентация

Текстовая информация состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания, скобок и других символов.

Множество всех символов называется алфавитом, а число символов в алфавите – его мощностью.

Для представления текстовой информации в компьютере используется алфавит мощностью 256 символов.

Один символ такого алфавита несет 8 бит информации:2^8 = 256.

8 бит = 1 байту , следовательно,

двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт информации

Кодирование текстов в памяти ЭВМ

Page 17: архитектура ЭВМ - презентация

Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255.Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от 00000000 до 11111111.Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки.

Одной из них является ASCII ASCII (American Standart Code for Information Interchange) - Американский стандартный код для информационного обмена.

Например: слово file представляется как последовательность 01100110 01101001 01101100 01100101.

Это слово займет в памяти 4 байта.

Page 18: архитектура ЭВМ - презентация

Текстовая информация, хранящаяся в памяти компьютера в двоичном коде, из-за своей многозначности неудобна для восприятия человеком.На практике внутреннее представление чаще всего перекодируется в шестнадцатеричную форму.

Шестнадцатеричный код каждого символа – двузначное число от 00 до FF.

Последовательность двоичных кодов: 01110011 01110100 01101111 01110000 соответствует слову «stop». Внутреннее шестнадцатеричное представление этого слова будет иметь вид: 73 74 6F 70 . Так как двоичному коду 01110011, например, соответствуют шестнадцатеричные цифры 7 (01110) и 3(0011).

Например:

Page 19: архитектура ЭВМ - презентация

наибольшая последовательность бит, которую процессор может обрабатывать как единое целое.

Длина машинного слова может быть разной – 8, 16, 32 бита и т.д.

Адрес машинного слова в памяти компьютера равен адресу младшего байта, входящего в это слово.

Машинное слово-

Page 20: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 1:

Компьютер имеет оперативную память 2 Кбайт. Указать адрес последнего байта оперативной памяти (десятичный, шестнадцатеричный, двоичный).Решение:

Объем оперативной памяти составляет 2048 байт . Десятичный адрес (номер) последнего байта равен 2047, так как нумерация байтов памяти начинается с нуля. 204710 = 7FF16 = 0111 1111 11112.

Page 21: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 2:

Объем оперативной памяти компьютера равен 1 Мбайту, а адрес последнего машинного слова –1 048 547. Чему равен размер машинного слова?

Решение:1 Мбайт = 1024 Кбайта = 1 048 576 байт. Так как нумерация байтов начинается с 0, значит адрес последнего байта будет равен 1 048 575. Таким образом, последнее машинное слово включает в себя 2 байта с номерами 1 048 574 и 1 048 575.

Ответ: 1 байта.

Page 22: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 3:

Сколько бит памяти компьютера займет слово «Микропроцессор»?

Решение:

Слово состоит из 14 букв. Каждая буква является символом компьютерного алфавита и поэтому занимает 1 байт памяти. Слово займет 14 байт = 112 бит памяти, т.к. 1 байт = 8 бит.

Page 23: архитектура ЭВМ - презентация

Задача 1:Какой объем имеет оперативная память компьютера, если 3FF – шестнадцатеричный адрес последнего байта оперативной памяти?

Задача 2:Оперативная память содержит 163 840 машинных слов, что составляет 0,625 Мбайт. Сколько бит содержит каждое машинное слово?

Текст занимает 0,25 Кбайт памяти.Сколько символов содержит этот текст?

Задача 3:

Page 24: архитектура ЭВМ - презентация

Для представления чисел в памяти компьютера используются два формата: формат с фиксированной точкой и формат с плавающей точкой.

В формате с фиксированной точкой представляются толькоцелые числа, в формате с плавающей точкой - вещественные числа (целые и дробные).

Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера ячеек памяти, используемых для их хранения.

В k-разрядной ячейке может храниться 2^k различных значений целых чисел.

Кодирование чисел в памяти ЭВМ

Page 25: архитектура ЭВМ - презентация

Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо:

1. Перевести число N в двоичную систему счисления ;2. Полученный результат дополнить слева незначащими нулями

до k разрядов.

Например: для получения внутреннего представления числа 1607 в 2-х байтовой ячейке, поступим так: N = 160710 = 110010001112.

Внутреннее представление этого числа в ячейке будет следующим: 0000 0110 0100 0111.

Шестнадцатеричная форма внутреннего представления числа получается заменой 4-х двоичных цифр одной шестнадцатеричной цифрой: 0647.

Page 26: архитектура ЭВМ - презентация

Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (-N) необходимо:

1. Получить внутреннее представление положительного числа N ;2. Получить обратный код этого числа заменой 0 на 1 и 1 на 0 ;3. К полученному числу прибавить 1.

Например: для получения внутреннего представления целого отрицательного числа - 1607, поступим так:

1) Внутреннее представление положительного числа : 0000 0110 0100 0111.

2) Обратный код: 1111 10 01 1011 1000.

3) Результат прибавления 1 : 1111 1001 1011 1001.

Page 27: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 1:

Пусть для представления целых чисел в компьютере используется 16-разрядная ячейка (2 байта). Определить каков диапазон хранимых чисел, если:

а) используются только положительные числа;

б) используются как положительные так и отрицательные числа в равном количестве.

Решение:Всего в 16-разрядной ячейке может храниться 216 = 6536 различных значений. Следовательно:

а) диапазон значений от 0 до 65535 (от 0 до 2k-1);

б) диапазон значений от –32768 до 32767 (от –2(k-1) до 2(k-1)-1).

Page 28: архитектура ЭВМ - презентация

Задача 4:

Задача 5:

Каков диапазон изменения целых чисел (положительных и отрицательных), если в памяти компьютера для представления целого числа отводится 4 байта?

Компьютер работает только с целыми положительными числами. Каков диапазон изменения чисел , если для представления числа в памяти компьютера отводится 4 байта?

Page 29: архитектура ЭВМ - презентация

Изображение на дисплее получается из совокупности множества светящихся точек - видеопикселей.

Пиксели на экране образуют сетку из горизонтальных строк и вертикальных столбцов, которая называется «растр».

Размер графической сетки M*N определяет разрешающую способность экрана , от которой зависит качество изображения.

Пиксель - наименьший элемент изображения на экране (точка на экране).

На современных дисплеях используются, например, такие размеры графической сетки: 640 * 200; 640 * 480; 1024 * 768; 1280 * 1024.

Кодирование графических изображений в памяти ЭВМ

Page 30: архитектура ЭВМ - презентация

Информация об изображении, воспроизводимом на экране компьютера, хранящаяся в компьютерной памяти, называется видеоинформацией.

Оперативная память, хранящая видеоинформацию во время ее воспроизведения в изображение на экране называется видеопамятью.

В видеопамяти содержатся двоичные коды каждого видеопикселя.

Код пикселя - это информация о цвете пикселя.

Page 31: архитектура ЭВМ - презентация

Для получения черно – белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два состояния: светится – не светится (белый - черный).

Тогда для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 – белый, 2 - черный.

Пиксель на цветном дисплее может иметь различную окраску.Поэтому одного бита на пиксель – недостаточно.

Для кодирования 4-х цветного изображения, например, требуется 2 бита на пиксель, поскольку два бита могут принимать 4 различных состояния. Может использоваться , например такой вариант кодировки цветов: 00 – черный 10 - зеленый 01 - красный 11 – коричневый.

Page 32: архитектура ЭВМ - презентация

На цветном экране все разнообразие красок получается из сочетания 3 базовых цветов: красного, зеленого, синего.

Из трех цветов можно получить 8 комбинаций: - - - черный - - с синий - з - зеленый - з с голубой к- - красный к -с розовый к з - коричневый к з с белый.

Здесь каждый базовый цвет обозначается первой буквой, а черточкой – отсутствие цвета.

Следовательно для кодирования 8-цветного изображения требуется 3 бита на один видеопиксель.

Page 33: архитектура ЭВМ - презентация

КК ЗЗ СС ЦветЦвет

0 0 0 ЧерныйЧерный

0 0 1 СинийСиний

0 1 0 ЗеленыйЗеленый

0 1 1 ГолубойГолубой

1 0 0 КрасныйКрасный

1 0 1 РозовыйРозовый

1 1 0 КоричневыйКоричневый

1 1 1 БелыйБелый

Двоичный код восьмицветной палитры:

Page 34: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 1:

Сколько бит видеопамяти занимает информация об одном пикселе на черно-белом экране (без полутонов)?

Решение:

Для черно-белого изображения без полутонов К=2. Следовательно, 2N=2. Отсюда – N=1 бит на пиксель.

Page 35: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 2:

Современный монитор позволяет получать на экране 16 777 216 различных цветов. Сколько бит памяти занимает 1 пиксель?

Решение:

Поскольку К = 16 777 216 = 224, то N = 24 бита на пиксель.

Page 36: архитектура ЭВМ - презентация

Пример 3:

На экране с разрешающей способностью 640х200 высвечиваются только двухцветные изображения. Какой минимальный объем видеопамяти необходим для хранения изображения?

Решение:

Так как битовая глубина двухцветного изображения равна 1, а видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения, то объем видеопамяти равен

640 х 200 х 1 = 128 000 бит = 16 000 байт.

Page 37: архитектура ЭВМ - презентация

Задача 6:

Задача 5:

Какой объем видеопамяти необходим для хранения 2 страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640 х 350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?

Объем видеопамяти равен 1 Мб . Разрешающая способность дисплея – 800 х 600 . Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии , что видеопамять делится на две страницы ?

Page 38: архитектура ЭВМ - презентация

КОНЕЦКОНЕЦ