Архитектура ЭВМ и систем: цели и задачи курса

Архитектура ЭВМ и систем: цели и задачи курса

Приобретение знаний, сведений,

Архитектура ЭВМ и систем

Машины - ?
Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная

Информация

«Кто владеет информацией – тот владеет миром» Натан Ротшильд, битва при

Эволюция общества: машины

Преобразование материи
каменные топоры,
ткацкие станки,
выработка металлов,
строительство
Преобразование энергии
химических

Эволюция вычислительных устройств: начало

V век до нашей эры - абак

16 век

Эволюция вычислительных устройств: машины

1642 год Машина Паскаля –
Сын сборщика налогов
В 19

Эволюция вычислительных устройств: станок Жаккарда

1804 год Жозев Мари Жаккар Программируемый ткацкий

Эволюция вычислительных устройств: машина Беббиджа

1822 г. Разностная машина Чарлза Бэббиджа предназначалась

Эволюция вычислительных устройств: компьютер Марк-1

1943 год - компьютер Марк-1 для баллистических

Эволюция вычислительных устройств: компьютер ЭНИАК

1945 год
17468 ламп (выход из строя) –

Центральный Процессор

Фон-неймановская архитектура

Использование двоичной системы счисления для представления данных и команд.
Код

Центральный Процессор

Процессор

Устройство Управления (УУ)

Арифметико-Логическое Устройство (АЛУ)

управление всеми устройствами

логические и арифметические операции

Регистр

Основные части вычислительной системы

Процессор

Память

Управление, обработка информации

Хранение информации

Устройства ввода/вывода

внешняя

внутренняя

Монитор, клавиатура, мышь

Общая шина

Передача

Архитектура ЭВМ

Архитектура компьютера — принцип построения и организации работы вычислительного устройства, включая определение

Многопроцессорные системы

Процессор 3

Память

Устройства ввода/вывода

внешняя

внутренняя

Контроллеры

Процессор 2

Процессор 1

Многомашинные вычислительные системы

Системы с параллельными процессорами

АЛУ 3

Память

Устройства ввода/вывода

внешняя

внутренняя

Контроллеры

АЛУ 2

АЛУ 1

УУ

В рамках данного курса изучаются

Основные компоненты любой вычислительной системы
процессор
память
системная

Информация

Числа
Текст
Изображение
Звук
Видео

представляется в двоичном коде и
хранится в памяти вычислительной системы

Двоичная система счисления

Включено/ выключено
1 / 0

Десятичная система счисления: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0

1

2

Двоичная система счисления:

Сопоставление систем счисления

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

1

2

1

0

1

0

1

3

1

0

1

1

1

4

1

1

1

0

1

5

1

1

1

1

1

Добавим шестнадцатеричную систему счисления

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

1

2

1

0

1

0

1

3

1

0

1

1

1

4

1

1

1

0

1

5

1

1

1

1

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

Память

Данные хранятся в двоичном коде
Состоит из ячеек
Каждая ячейка – бит -

Информация

Дискретные сигналы
Азбука Морзе

Аналоговые сигналы
измерения скорости, температуры, звука

Электронные вычислительные машины

Аналоговые вычислительные машины
Автопилоты
Отличная

Дискретные данные

Компьютерное кодирование целых чисел

Целое положительное число: 1607 в 2-х байтах.
160710 =

Зачем нужен обратный код?

9 10= 1001 2
5 10= 0101 2
-5 10= 1010 2 ОК
9-5=9+(-5)=?
9-5=4

1

0

0

1

1

0

1

0

+

0

0

1

1

1

0

1

0

0

+

1

1

Зачем нужен дополнительный код?

9 10= 1001 2
5 10= 0101 2
-5 10= 1010 2 ОК
-5

Компьютерное кодирование дробных чисел

Формат с плавающей точкой предполагает запись числа как

Кодирование текста. Таблица символов ASCII

Кодирование текста: ASCII

Двоичная форма (бинарная)

Десятичная форма

Текст в символах ASCII

Шестнадцатеричная форма

Кодирование текста: Стандарт UNICOD

0000 0100 0011 0010

0000 0000 0000 0000 0000

Кодирование текста: Стандарт UNICOD

Развитие стандарта UNICOD

0000 0100 0011 0010

0000 0000 0000 0000 0000 0100

Кодирование графики: псевдографика

Кодирование графики

Растровое

Векторное

Векторная графика

Объекты в виде геометрических примитивов (линия, прямоугольник, окружность и т.д).

Примеры создания векторного изображения

90°

0°

180°

270°

360°

Растровая графика

Изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями (pixel, от англ.

Кодирование растрового изображения

Кодирование изображения

Размер приведенного изображения

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

10

01

01

01

01

01

01

01

10

10

10

01

01

01

01

01

10

10

10

10

10

01

01

01

10

10

10

10

10

10

10

01

01

01

01

01

00

01

01

01

01

01

01

01

01

00

01

01

01

01

01

01

01

01

00

01

01

01

01

01

01

00

01

00

01

01

01

01

01

01

00

00

00

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

Для кодирования каждой точки требуется

2 бита

Количество точек

9*11=99

99*2=198 бит= 25

Квантование при кодировании растрового изображения

Для записи цвета выделяется определенное количество бит
Не

Цветное изображение: упрощенная одель RGB

Модель Red Green Blue

RGB: на каждый цвет выделяется не один бит,

Размер изображения

Для кодирования каждой точки требуется

2 байта*3=6 байт

Количество точек

143*135=19305

19305*6=115830 байт~113 Кбайт

Размер

Звук

Громко - тихо

Выше - ниже

Кодирование звука

Измеряется амплитуда колебаний (десятки тысяч раз в секунду)
Результат записывается

Преобразование напряжения (аналогового сигнала) в цифровой сигнал

U6

Преобразование напряжения (аналогового сигнала) в цифровой сигнал

U

t

U1

U2

U3

U4

U5

U6

U7

память

U1

U3

U5

U7

U2

U4

U6

Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме

Для записи уровня сигнала выделяется

Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме

Аналоговый сигнал не кодируется без

Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме

Для КАЧЕСТВЕННОГО кодирования на каждую

Кодирование видео-информации

Как представляется видео-информация

?

Поток рисунков

Аудио-поток

видео

Непрерывный видео-поток

Для того, чтобы последовательность кадров воспринималась человеческим глазом непрерывным потоком,

Совмещение аудио и видео

Потоки видео- и аудио-информации должны соответствовать друг другу
Необходима

Средства обработки

Специализированные программы обработки видео предоставляют возможность совмещения нескольких видео-, аудио-потоков