Архитектура Вмис

явлении, выраженные в определенном виде.
Аналоговый вид- сравнение с аналогом (по степени отклонения
стрелки, яркости, цвету, вкусу) является в большей степени субъективным.
Дискретный вид- или оцифрованный более точен и объективен,
позволяет передавать информацию в отличие от аналогового вида двумя
принципиально разными способами:
последовательно и параллельно
Цифровой автомат (ЦА) – всякая искусственная система обработки
информации, представленной в дискретной форме
- в последовательном виде :
вход выход
- в параллельном виде :
Х Y
входное выходное
слово слово

ЦА
ЦА

в выходное слово.
Алфавит – совокупность символов из которых состоят слова
информации.
Преобразование слов в ЦА происходит только в строго определенные
моменты времени, которые называются тактовыми.
Интервал времени между двумя тактовыми моментами называется
тактом.
Длительность тактов может быть неодинаковой, но в общем случае они
равновелики и определяются генератором синхронизации (ГС).
Принципы построения алгоритма (А)
А - это жесткая инструкция для исполнителя.
Отдельный А может составлять часть другого, более сложного.
Любой А является дискретным, т.е. распадающимся на ряд последовательных предписаний.
Исполнитель не должен ошибаться.
Алгоритм универсален, т.к. работает с цифровой обезличенной информацией.
Алгоритм результативен, т.е. имеет начало и свое завершение.

в двоичной форме и распределяется на единицы (элементы) информации, называемые словами.
Разнотипные слова информации различаются по способу использования, своему размеру, но не по способу кодирования.
Слова информации размещаются в ячейках памяти ЭВМ и идентифицируются номерами ячеек, которые называются адресами.
Алгоритм решаемой задачи представляется в форме последовательности управляющих слов – команд, которые определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции.
Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой.
Официально считается, что первую программу написал Алан Тьюринг (1936-й г.), представленную в виде таблицы с полем данных (символов), полем результата и набором основных и служебных (системных) команд назвали «Машиной Тьюринга».

однозначно определяемом программой.
Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы.
Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды и может быть:
- либо адресом следующей по порядку команды,
- либо адресом любой другой команды.
Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.
Общее определение ЭВМ:
ЭВМ – это программно управляемая инженерная система, предназначенная для восприятия, хранения, обработки и передачи информации.
Нэймановское определение ЭВМ:
ЭВМ – это универсальный цифровой автомат, работающий под управлением программы, хранящейся в его памяти.

информации с различных носителей.
Устройство вывода – вывод информации в форме, доступной человеку.
Оперативная память – содержит программу обработки, сохраняет
исходные данные и записывает промежуточные результаты.
Центральный процессор – универсальный цифровой автомат для
обработки информации и управления вводом-выводом данных.

(VT-диаграмма).

V вольт

t секунд

5
4
3
2
1
0

Область напряжений соответствующая «1»

Область напряжений соответствующая «0»

Переходная (буферная) зона

Импульс идеальной формы и напряжения
Импульс реальной формы и напряжения

Исходное напряжение снимается с источника питания +5 вольт. Системные решения определяют рабочие уровни напряжения «1», при этом безразлично, что является причиной этого напряжения: заряд конденсатора, сопротивление p-n перехода транзистора или полупроводникового слоя ячейки памяти.
Длительность импульса задается генератором синхросигнала.
Такая схема представления «1» разработана и предложена английским физиком Клодом Шенноном в 1950-60 гг.

напряжение, называют двоичным разрядом или битом.
Несколько разрядов, объединённые в регистр, насчитывающий 8 разрядов, называется байтом и изображаются -
2 байта и более составляют машинное слово.
Простые числа кодируются прямым двоичным кодом т.е. простым переводом десятичного числа в двоичную форму.
Простые числа без знака занимают все разряды байта - от 0 до 255.
Простые числа со знаком: знак числа -
0 – «+» 1 – «-»
пределы представления - от -127 до + 127.
Но возникает проблема нуля:
для вычислительной машины + 0 ≠ - 0 так как 00000000 ≠ 10000000
Существует решение этой проблемы: числа со смещённым кодом.
База смещения кода определяется старшим разрядом байта = 10000000.
В смещённом коде все числа положительные.
Число в смещенном коде получается за счет дополнения базы смещения реальным числом с учетом его знака:
например: 10000000 + 11001 = 10011001 – положительное число + 25,
10000000 - 11001 = 01100111 – отрицательное число - 25.
Пределы представления однобайтовых чисел : от – 128 до + 128.
Увеличение пределов достигается за счет количества байтов в слове.

двоичного числа с плавающей запятой для коротких вещественных чисел стандарта IEEE
Знак числа степень числа в смещенном коде мантисса числа
расширение мантиссы
числа
Например: десятичное число -25
Приводим его к нормализованному виду: - 25 = - 0,25 * 102
Преобразуем в двоичную форму: = - 0,11001 * 2101 = - 0,1001 * 2101
Введем в шаблон: примечание: в связи с тем, что мантисса
двоичного числа всегда
начинается с единицы, то
ее исключают из состава
шаблона, а в схемах преобразования вводят специальное дополнение.
Пределы представления числа по абсолютной величине 10-38 – 10+39 и
7-8 значащих цифр мантиссы. Для длинных вещественных чисел стандарта Intel (8-ми байтных) количество значащих цифр увеличено до 16-ти.
Недостатки использования чисел с плавающей запятой:
1) При умножении 2*2 получается десятичное число 3,999… , а не 4.
2) Для небольших чисел резервируется слишком много памяти
(8 байт для длинных вещественных чисел).
3) Для обработки чисел с плавающей запятой необходим сопроцессор.

порядковых номеров стандартным изображениям символов, используемых в алфавите.
Сами изображения символов представляют собой т.н. «текселы», т.е. элементарные изображения в виде матрицы 8х8 пикселов, объединенные в массив 8-байтовых элементов и хранящийся в ПЗУ BIOS (адрес F000:FA6E), например, латинский символ «а», стоящий под номером 97 таблицы ASCII:
К сожалению стандартная таблица ASCII IBM не содержит изображений символов кириллицы. Для этой цели принято изображение национальных шрифтов помещать в таблицу расширения ASCII, т.е. с номера 128 и далее, на котором в стандартной таблице расположены символы греческого алфавита. В MS DOS страница ASCII с кириллицей имеет номер 866.

00 00 00 38 0C 7С CC 76

FFD75 В 8-байтном элементе (текселе) «1» означает горящий пиксел, «0» - погашенный.
На первый байт (из 8) элемента тексела в ПЗУ BIOS указывает вектор прерывания Int1F, расположенный в таблице векторов по адресу 0000:007C. Вектор используется, как указатель на массив расширения таблицы ASCII для считывания 8-ми байт элемента изображения тексела (начиная с F000:FD78).

конфигурациях BIOS своих изделий, да и другие разработчики BIOS используют таблицу ASCII. Фирма MicroSoft для OS Windows с целью облегчения применения различных шрифтов и знаков использует расширенную таблицу ANSI. Существуют советские аналоги для ЭВМ отечественного изготовления: КОИ-7, КОИ-8 и т.д. (сокращенно от слов «КОдирование Информации»).
Смещение номеров символов кириллицы для ASCII по таблице ANSI:
ANSI (WINDOWS) ASCII 866 (MS DOS)
192 ≤ N(ANSI) < 240 N(ASCII) = N(ANSI) – 64
240 ≤ N(ANSI) < 256 N(ASCII) = N(ANSI) – 16
N(ANSI) = 184 N(ASCII) = 241
N(ANSI) = 168 N(ASCII) = 240
В настоящее время разработано очень большое количество различных шрифтов для различных областей приложений.
Обеспечена возможность и самостоятельной разработки, как шрифтов, так и символов различного назначения.
Основное условия их применения: обеспечение увязки с соответствую-щими СКЭН-кодами клавиатуры и алгоритмом обработки этих СКЭН-кодов.

МПА с программой в памяти.
В любом устройстве обработки цифровой информации можно выделить два основных блока – операционный и управляющий.
Операционный блок состоит из регистров, сумматоров и других узлов, обеспечивающих прием из внешней среды, обработку и выдачу во внешнюю среду цифровой информации, а также выдачу в управляющий блок и внешнюю среду оповещающих сигналов о состоянии операционного блока.
Управляющий блок (или управляющий автомат) вырабатывает распределенную во времени последовательность управляющих сигналов, порождающих в операционном блоке нужную последовательность микроопераций.
Совокупность управляющих сигналов зависит от кода операции и от совокупности поступающих оповещающих сигналов.
(код операции) Z U (оповещающие сигналы)
V (управляющие сигналы)

Управляющий автомат

некоторой микропрограммой или комбинационной схемой и реализуется за несколько циклов, в каждом из которых выполняет-ся одна или несколько микрокоманд.
По причине реализации управляющего автомата с микропрограммным управлением его иногда называют микропрограммным автоматом (МПА).
Управляющий Автомат с жёсткой логикой – каждой операции, задаваемой кодом операции, строится конкретный набор комбинационных схем, которые в соответствующих тактах вырабатывают соответствующие сигналы управления. Комбинационные схемы могут содержать триггерные ячейки памяти, дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры и т.д.
Работа автомата с жесткой логикой интерпретируется или может быть интерпретирована микропрограммой МПА, но реализуется аппаратными средствами, схемотехническими конструкциями.
Для формирования счетчика-дешифратора тактов в автомате с жесткой логикой используется сдвиговый регистр.
Логические схемы строятся на базе программируемых логических матриц (ПЛМ). Программирование ПЛМ осуществляется фотошаблонирова-нием за счет выжигания ненужных логических связей.

схем были очень распространены, т.к. являлись достаточно скоростными. Но изменение этих схем требовало перепроектирования аппаратных средств реализации логики и на определенном этапе эта сложность становилась непреодолимой. Кроме этого логические схемы статичны и рассчитаны на ряд простых функциональных операций. Изменение состава микрокоманд и функциональных сигналов также требует перепроектирования схем жесткой логики управляющих автоматов.

Регистр КОП

Дешифратор КОП

Логические схемы образования функциональных сигналов

Формирование функциональных сигналов

Дешифратор тактов

Счетчик тактов

Блок синхро-сигналов

U

V

Z

Схема автомата с жесткой логикой.

формиро-вания адреса

i

U(t)

Z(t)

V(t)

V(t+1)

q(t+1)

q(t)

ставится в соответствие совокупность хранимых в памяти слов – микрокоманд, содержащих информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течении одного машинного такта и указание на то, какое должно быть выбрано из памяти следующее слово (следующая микрокоманда).
Совокупность микропрограмм хранится в специальном ППЗУ.
Микропрограммы используются в явной форме, программируются в кодах микрокоманд и в таком виде заносятся в память.
Набор значений аргументов удобно отождествляясь с адресом микрокоманды. Этот набор вносится в регистр адреса во время такта.
В управляющей памяти по этому адресу хранится код, задающий набор значений выходных сигналов управляющего автомата V(t+1) – операционная часть микрокоманды и набор значений переменных q(t+1).
Воздействие сигналов V(t) на операционный блок синхранизируется сигналом генератора из регистра микрокоманды, находящемся в режиме хранения.
Для сокращения размера памяти на порядок адрес микрокоманды формируется специальной комбинационной схемой формирования адреса.