Курс лекции по Информатике (стр. 5 из 11)
Рис. Обобщенная структура компьютера.
Процессор команд извлекает команды из памяти, декодирует их, и передает полученные последовательности управляющих сигналов и адресов процессору обработки данных и памяти, обеспечивая выполнение закодированных операций. Далее, чаще всего, выполняется команда, следующая за данной. Однако лишь немногие программы представляют собой простую линейную последовательность команд. Как правило, в программе имеются циклы (последовательности команд для многократного повторения) и точки условных переходов. В этих точках следующая выполняемая команда выбирается из двух или более вариантов в зависимости от полученного результата, который программист не всегда может предсказать.
Архитектура персонального компьютера
Внешне ПК состоит из системного блока, клавиатуры, устройства отображения информации (дисплея), печатающего устройства (принтера). В системном блоке размещены системная (материнская) плата, блок питания, накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков (НГМД), накопитель на жестком магнитном диске (НМД), а также ячейки расширения для дополнительных плат. Клавиатура подключается к системному блоку с помощью кабеля, по которому подается и питание к ней. Дисплей и принтер также связаны с системным блоком через кабель, но имеют самостоятельное питание. Другие функциональные модули осуществляют управление принтером, дисководами, дисплеем и т.д., выполнены на отдельных печатных платах, которые вставляются в гнездовые разъемы на системной плате. Ячейки расширения обеспечивают подключение периферийных устройств, дисководов, каналов телекоммуникаций, дополнительной памяти, игровых устройств (джойстик), печатающих устройств, устройства-манипулятора “мышь”, а также графопостроителей (плоттеров), графических планшетов для ввода графической информации, сканеров, дигитайзеров, музыкальных приставок, сетевых адаптеров, стриммеров и других устройств.
Компьютер представляет собой машину, основные задачи которой – восприятие, хранение, обработка и передача информации. Главный элемент компьютера – центральный процессор (ЦП) выполняет основные арифметические и логические действия и управляет работой всей системы, причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы операций. В персональном компьютере в качестве ЦП используется микропроцессор - интегральная схема. Основная память компьютера реализует хранение команд и данных. Имеется также ряд дополнительных интегральных схем, которые организуют процедуру ввода/вывода информации и обеспечивают функции управления.
Рис.Аппаратное обеспечение ПК.
Информация вводится в компьютер с клавиатуры или поступает из периферийной памяти, например, накопителей на магнитных дисках. Результаты вычислений отображаются на экране дисплея. Результаты могут выдаваться и в форме распечатки на бумаге; для этой цели служит отдельное печатающее устройство – принтер. Предусматривается также подключение устройства под названием модем (модулятор-демодулятор); оно преобразует цифровую информацию с компьютера в аналоговые электрические сигналы для передачи по телефонным линиям.
Интегральные схемы и другие электронные компоненты, а также различные внешние устройства составляют аппаратное обеспечение компьютера. Само по себе аппаратное обеспечение самостоятельно не может выполнять никаких операций; для его работы требуется множество программ, совокупность которых называется программным обеспечением – ПО .
Рис.Программное обеспечение компьютера.
Ядром ПО является операционная система, управляющая последовательностью операций и контролирующая поток информации. Операционная система служит связующим звеном между машиной и человеком-оператором, а также между машиной и так называемыми прикладными программами, которые дают возможность выполнять некоторые стандартные задания: решать дифференциальные уравнения, заполнять платежные документы или редактировать текст письма. Программы, как правило, хранятся в периферийной памяти и вызываются в основную память, как только возникает необходимость в решении конкретной прикладной задачи.
Чтобы ЭВМ могла выполнять программы пользователя они должны быть представлены на машинном языке (в виде последовательности 0 и 1). Перевод (трансляция) на такой язык осуществляется с помощью программ, называемых ассемблерами, компиляторами и интерпретаторами. Ассемблеры и компиляторы транслируют всю программу до ее выполнения, а интерпретаторы переводят инструкции одну за другой по мере прохождения программы.
В составлении и контроле за ходом выполнения прикладных программ пользователям могут оказывать содействие разнообразные служебные программы (утилиты). Например, программа первичной загрузки сразу же после включения компьютера выдает инструкцию начала работы, а программа трассировки позволяет проверять текущее состояние вычислительной системы.
На системной плате размещены:
· микропроцессор (Intel);
· постоянная память (ROM 40 Кбайт);
· оперативная память (RAM до 512 Кбайт в зависимости от модели);
Основным элементом персонального компьютера является центральный процессор (ЦП), который построен на базе микропроцессора, реализованного на одном кристалле или “чипе”. Микропроцессор, используемый в IBM PC, был разработан и создан фирмой Intel.
Основное преимущество 16-разрядных процессоров перед их 8-разрядными предшественниками заключается в значительном повышении их быстродействия, мощности и удобства их набора команд (причем операции с 16-разрядными числами составляют лишь часть этого набора). Кроме того (и это самое главное) существенно увеличивается объем адресуемой памяти.
Память, с которой имеет дело программист, представляет собой RAM (RandomAccessMemory), т.е. оперативная память, доступная как для чтения, так и для записи. Память RAM можно рассматривать как рабочую область для временного хранения программ и данных на время выполнения.
Так как содержимое RAM теряется при отключении питания компьютера, необходима внешняя память для сохранения программ и данных. Если установлена дискета с операционной системой или имеется жесткий диск типа "винчестер", то при включении питания ROM загружает программы DOS в RAM. (Загружается только основная часть DOS, а не полный набор программ DOS.) Затем необходимо ответить на приглашение DOS для установки даты и можно вводить запросы DOS для выполнения конкретных действий. Одним из таких действий может быть загрузка программ с диска в RAM. Поскольку DOS не занимает всю память, то в ней имеется (обычно) место для пользовательских программ. Пользовательская программа выполняется в RAM и обычно осуществляет вывод на экран, принтер или диск. По окончании можно загрузить другую программу в RAM. Новая программа при загрузке может наложиться на предыдущую программу в RAM.
Представление данных и структур данных в ЭВМ
Микропроцессор 8088 может работать только с целыми числами. Для работы с "вещественными" числами (с плавающей запятой) необходимы специальные средства. Обычно для математических вычислений используются библиотеки подпрограмм, однако такой подход требует больших затрат процессорного времени.
Математический сопроцессор 8087 выполняет вычисления с плавающей точкой в 10—50 раз быстрее, чем 8088. Кроме того, точность представления чисел в этом процессоре много больше, чем в 8088. Помимо четырех действий арифметики, 8087 имеет инструкции для вычисления тригонометрических функций (синус, косинус, тангенс и т.д.), что существенно облегчает программирование математических задач. Еще одним достоинством 8087 является его способность работать с числами в разных форматах: с целыми, с плавающей точкой и даже с двоично-десятичными (см. табл.1). Наконец, 8088 может послать команду в 8087 и продолжить свою работу до тех пор, пока не понадобится результат из 8087.
Таблица 1. Форматы чисел арифметического сопроцессора 8087.
| Тип данных (чисел) | Диапазон от | Диапазон до | Разрядность, бит | Разрядность, цифр |
| Целое слово | -32767 | 32767 | 16 | 4 |
| Короткое целое | -2E9 | 2E9 | 32 | 9 |
| Длинное целое | -9E18 | 9E18 | 64 | 18 |
| Упакованное десятичное | -99..99 | 99..99 | 80 | 18 |
| Короткое вещественное | 8.43E-37 | 3.37E38 | 32 | 6-7 |
| Длинное вещественное | 4.19E-307 | 1.67E308 | 64 | 15-16 |
| Промежуточный формат | 3.4E-4932 | 1.2E4932 | 80 | 19 |
Любая модель PC на 8088 (кроме PCjr) может работать с 8087. (AT использует математический сопроцессор 80287 — вариацию 8087, специально предназначенную для 80286).