Подтема №2:базовые понятия и определения компьютерной системы

Все операции в КС выполняются как последовательности в пространстве и во времени некоторых простейших, элементарных операций, называемых микрооперациями. К числу основных классов микроопераций относятся:

1) передача (прием, выдача) операнда;

2) сдвиг (арифметический, циклический, логический, модифици-рованный) операнда на заданное число разрядов вправо или влево;

3) прибавление к операнду или вычитание из него единицы (в более общем случае - некоторой постоянной величины);

4) сравнение операндов (по принципу " больше - меньше - равно");

5) поразрядные логические операции (дизъюнкции, конъюнкции, равнозначности, сложения по модулю 2);

6) арифметическое сложение двух операндов, соответствующих числам в одной и той же системе счисления;

7) преобразование кодов операндов (включая инверсию, дополнение, шифрацию, дешифрацию и др.).

В общем случае компьютерная система представляет собой набор электронных блоков и технических устройств, поддерживаемых системным и прикладным программным обеспечением, и предназначена для хранения, преобразования, управления и передачи данных.

Рис 1.1 - Структурная схема компьютерной системы фон Неймана

Машина фон Неймана состоит из оперативного запоминающего устройства и внешнего запоминающего устройства (памяти) - ОЗУ, арифметико-логического устройства - АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода. И структура и функционирование компьютерной системы фон Неймана, в сущности, просты. Рисунок 1.2 описывает основные функции, которые компьютер может выполнять.

Рисунок 1.2 - -Базовые функции компьютерной системы

В общем случае этих функций только четыре: обработка данных; хранение данных; перемещение данных; управление. Основное назначение компьютера - обработка данных. Данные могут иметь большое разнообразие форм и широкий диапазон представления. Однако, имеются только несколько фундаментальных методов и типов обработки данных.Существенное место занимает и функция хранения данных. Даже если компьютер обрабатывает данные на ходу, т.е. по мере их поступления из операционной среды, причем результат также немедленно отправляется получателю, компьютер должен обладать способностью, хотя бы временно, хранить промежуточные результаты и фрагменты данных, которые обрабатываются в текущий момент времени. Таким образом, система должна выполнять функцию хранения данных хотя бы и на короткое время. Но в большинстве случаев этого недостаточно. От компьютера чаще всего требуется выполнение функции долговременного хранения файлов данных, которые могут обрабатываться или обновляться по мере необходимости.

Рис. 1.3 - Основные типы операций в компьютере: а — перемещения данных от одного абонента к другому; б — хранение данных; в, г — преобразование данных

Принципы фон Неймана

1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.

2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.

3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.

4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.

5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

Лекция №2 (90-минут)