Основы информатики 2 2 (стр. 2 из 12)

6. Форматы чисел с плавающей точкой

Используется для расширения диапазона чисел, представимых в ЭВМ и для увеличения точности их представления. Основан на форме записи дв. чисел: ±Мх 2±Рх.

Где Мх – мантисса, Рх – порядок. В ЭВМ исп. формализованная форма представления чисел с плавающей точкой. 1>Мх>=1/2. Мантисса всегда дробное число, причем первая цифра всегда 1.Порядок представляется в виде целого числа. Знак числа отображается в старшем бите. Для представления порядка и его знака отводится поле из m бит, в кот. размещается код смещенного порядка: Рсм=Рх + 2m-1-1.

Для отображения смещенного порядка исп. коды 000…000 (m) до 111...10 (m). Код с единицами во всех битах зарезервирован для случая возникновения выч. ситуаций переполнения порядка и потери значимости мантиссы (стала равной 0). Мантисса отображается в формате с плавающей точкой в прямом коде. Структура формата такая (32 бита): 31 – S – знак, 23 – 31 – смещенный порядок(m=8), 0 – 23 – мантисса.

Наряду с двоичным словом исп. учетверенное слово (64 бита) и его 80 – битовый формат, тогда под порядок отводится 11 бит и 15 бит соответственно. Длина полей, отводимых для порядка и мантиссы в формате с плавающей точкой, определяет диапазон допустимых чисел. Допустимый диапазон порядка: -(2m-1-1)¸0; 1¸2m-1-1.

7. Форматы для представления десятичных чисел, алфавитно-цифровой информации и логических значений

Наиболее широко используется при обработке статистической и экономической информации. Для представления десятичных чисел в ЭВМ используются поля переменной длины, в отличие от форматов чисел с фиксированной и плавающей запятой. Это связано с тем, что при использовании полей фиксированной длины в случае обработки десятичных чисел увеличивается расход памяти и снижается быстродействие.

Для представления десятичных чисел используется двоично-кодируемый десятичный код в котором каждая десятичная цифра представляется в виде тетрады. Тетрады (1010¸1111) используются для представления знаков чисел и специальных символов применяемых в этих формах.

Варианты представления десятичных чисел:

Распакованный

Для представления одной цифры используется один байт. Тетрада, отображающая цифру, размещается в младшем полубайте этого байта. Старший полубайт может содержать любую информацию. Знак числа в дес. форматах также как и цифры задается 4-х битовым кодом, который размещается в мл. полубайте мл. байта. В старшем полубайте мл. байта размещается цифра мл. разряда дес. числа.

Упакованный формат

Цифры располагаются по две в одном байте.

Для представления десятичных чисел в таком формате всегда отводиться четное количество полубайт. Если при этом старший полубайт этого байта оказывается лишним, он заполняется нулями.

В IBM PC упакованные десятичные форматы используются для представления операндов в десятичных АЛУ. В этом случае используется 80-битовый формат, который позволяет представить любые десятичные числа длиной от 1 до 19 разрядов.

Для представления в ЭВМ символьной информации (буквы, спецсимволы) используется код ASCII. В этом коде каждому символу ставиться в соответствие 8-битовое двоичное число. Таким образом, 1 байт является внутренним представлением символа в ЭВМ. При кодировании используется весовой принцип, в соответствии, с которым значение двоичного кода символа увеличивается в алфавитном порядке.

Алфавитно-цифровая информация представляется в виде полей переменной длины. Для символьной информации поле представляет собой последовательность байт, располагающихся в памяти по соседним адресам, наз. строкой.

В ЭВМ 3-го поколения длина поля 1¸256 байт. В современных ЭВМ для 32 битовых МП поля могут содержать последовательность бит, байт слов, двойных слов и учетверенных слов. Такие последовательности называются цепочками.

Длина цепочек байт, слов, двойных и учетверенных слов 1¸4 Гбайт.

8. Параметры и классификация ЗУ

Под памятью ЭВМ понимают совокупность устройств, предназначенных для хранения, приема и выдачи двоичной информации. Отдельное устройство из этой совокупности называют ЗУ.

Операции, выполняемые в ЗУ – занесение инф. (запись), выборка инф. (считывание). Операции записи и считывания – операции обращения к памяти.

Основные параметры ЗУ:

-ёмкость,

-удельная ёмкость,

-быстродействие,

Ёмкость – это максимальное количество инф., которую может хранить ЗУ.

Удельная ёмкость – это отношение ёмкости к физическому объему ЗУ.

Быстродействие – определяется временем обращения к памяти. Различают время обращения при записи и время обращения при считывании.

tдоступа определяется как интервал времени между началом обращения к памяти и моментом, когда требуемая инф. становится доступной.

tзаписи, tсчитывания – время, требуемое для записи и считывания инф.

Структура памяти ЭВМ:

Производительность и вычислительные возможности ЭВМ во многом определяются составом и параметрами ЗУ, образующими память ЗУ.

По способу доступа ЗУ делятся:

ЗУ прямого доступа – время доступа не зависит от местоположения инф. в памяти ЭВМ.

ЗУ циклического доступа – доступ к инф. становится возможным через периодически повт. интервалы времени.

ЗУ последовательного доступа – для доступа к любому элементу инф. предварительно осущ. просмотр предшевств. ему элементов инф.

В зависимости от способа хранения и поиска инф. в памяти ЭВМ различают адресные, ассоциативные и стековые ЗУ.

Адресные ЗУ – поиск требуемой инф. осущ. по адресу ячейки, хранящей инф. Для этого каждый байт имеет свой адрес.

Ассоциативные ЗУ – поиск инф. осущ. не по адресу, а по содержимому ячейки памяти (ассоциативный признак).

Стековые ЗУ – также имеют безадресную организацию. Доступ к инф. в них осущ. через опр. ячейку памяти, назыв. вершиной стека.

9. Адресная память

Стр – ра адресного ЗУ имеет вид:

В состав ЗУ входят:

ЗМ – запоминающий массив, состоящий из N n – разрядных ячеек памяти.

БАВ – блок адресной выборки, реализуется на дешифраторах и предназначен для формирования сигнала выборки, активирующего одну из ячеек ЗМ.

РГА – регистр адреса, предназначенный для хранения k – разрядного адреса, пост. по шине адреса ША.

УСС – усилитель считывания.

УСЗ – усилитель записи.

РГИ – предназначен для временного хранения инф., зап. в ЗУ или счит из ЗУ.

Шивх – шина инф. входная.

Шивых – шина инф. выходная.

БУП – блок управления памяти, вырабатывает сигналы, упр. записью и считыв. инф. из ЗУ.

Работа адресного ЗУ.

Процессор, выполняя очередную команду, извлекает из нее адрес операнда и выставляет на шину адреса. В ЗУ возможны две операции – запись и считывание.

Перед каждой из этих операций процессор вырабатывает сигнал обращения по которому БУП выр. сигнал прием регистра адреса – ПрРГА, по кот. адрес, выст. проц. на ША записывается в РГА.

Адрес из РГА поступает в БАВ, который вырабатывает сигнал выборки ячейки памяти из ЗМ. Эта ячейка переходит в состояние, когда к ней возможен доступ.

После того, как ячейка выбрана, проц. вырабатывает сигнал операции, которая может быть либо запись, либо считывание. Если это считывание БУП выр. сигнал считывания, кот. пост. на УСС, открывает усилители и обеспечивает передачу инф. из выбранной ячейки памяти на вход РГИ. После чего с некоторой задержкой БУП выр. сигнал прием РГИ – ПрРГИ. По сигналу РГИ счит. из ЗМ инф. записывается в РГИ и появляется на шине выхода. При операции запись БУП выр. сигнал прием вх. инф. шины, по которому данные, нах, на ШИ вх заносятся в РГИ и поступает на вход усилителя записи, после чего инф заносится в выбранную ячейку памяти.

10.Организация адресного пространства ЭВМ. Выравнивание данных в памяти

Наиболее широкое распространение в ЭВМ получили адресные ЗУ. Адресные ЗУ – поиск требуемой инф. осущ. по адресу ячейки, хранящей инф. Для этого каждый байт имеет свой адрес.

С точки зрения процессора массив таких ЗУ состоит из элементарных ячеек длиной в один байт, каждая из которых имеет свой номер (адрес).

Совокупность таких ячеек образует адресное пространство , максимальный адрес определяется разрядностью шины адреса. При адресации в адресном рпостранстве ячеек памяти, имеющих длину более одного байта мкпроцессор Intel в качестве адреса ячейки исп. миним. адрес байта, входящего в состав ячейки.

При размещении числовых значений в ячейках адресного пространства мл. разряды числа размещаются в байте с минимальным адресом.

Выравнивание данных в памяти.

Адрес можно представить А = А31А30…А1А0, Аi = {0,1}.

Если ячейка памяти имеет длину более одного байта, то возникают вопросы, связанные с размещением ячеек памяти в ЭВМ.

Б3 Б2 Б1 Б0

При адресации такой ячейки памяти в качестве адреса можно выбрать старшие биты адреса А2-А31, а младшие биты адреса А1-А0 исп. для адресации байта внутри ячейки памяти, тогда адресом будет А=А31А30….А3А200.

Тогда адреса остальных байт в пределах ячейки будут:

Б0=А1А0=00; Б1=А1А0=01; Б2=А1А0=10; Б3=А1А0=11.

В принципе, размещение инф. в памяти может быть произвольным и в случае ячеек памяти длиной более одного байта возможны ситуации, когда для считывания дв. слова из памяти потребуется обращение по двум адресам А’ и А’+1, т.е. потребуется два цикла обращения к памяти. Поэтому при программировании рекомендуется выравнивать данные в памяти.

Для выравнивания данных в памяти ЭВМ в случае, если эти данные явл. словами, адреса должны быть четными двойными словами – кратными 4.

В общем случае, если данные в ячейке занимают 2k байт, адреса, по которым размещаются такие данные должны быть кратными 2k.