При изучении дисциплины студенты должны уметь

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ”

Харьков 2006

Лекция №1 (90-минут)

ТЕМА:ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ

Рекомендуемая литература:

1. Лысиков Б.Г. Арифметические и логические основы цифровых автоматов: Учебник.-2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Высш. школа, 1980.-339с.

2. Савельев А.Я. Прикладная терия цифровых автоматов.- М.: Высшая школа, 1987.

3. Злобин В.К., Григорьев В.Л. Программирование арифметических операций в микропроцессорах: Учеб. пособие.- М.: Высш. шк., 1991.- 303с.

4. Самофалов К.Г. и др. Прикладная теория цифровых автоматов.- К.: Выща школа, 1987.

5. Корнейчук В.И., Тарасенко В.П. Основы компьютерной арифметики.- К.:” Корнійчук “, 2003.-176с.

Рейтинговое оценивание работы студента:

Вид занятия	Min - Max рейтинговая оценка (баллы)
Пз № 1	0 - 1
Пз № 2	0 - 1
Пз № 3	0 - 1
Пз № 4	0 - 1
Лекции (6)	0 - 6
Контрольная работа №1	30 - 40
Контрольная точка І	30 -50
Пз № 5	0 - 1
Пз № 6	0 - 1
Лекции (6)	0 - 6
Контрольная работа №2	30 - 42
Контрольная точка ІІ	30 - 50
Всего	60 - 100

Основная цель дисциплины:

- изучение основных форм представления числовых данных в компьютерных системах (КС), базовых алгоритмов выполнения арифметических операций в (КС) и методов их ускорения.

При изучении дисциплины студенты должны знать:

- формы представления целых и действительных чисел в компьютерных системах (КС);

- системы счисления, применяемые в компьютерных системах;

- алгоритмы выполнения арифметических операций сложения, вычитания, умножения и деления в компьютерных системах (КС);

- способы кодирования отрицательных чисел в компьютерных системах (КС);

- алгоритмические и аппаратные способы повышения производительности выполнения арифметических операций в компьютерных системах (КС);

При изучении дисциплины студенты должны уметь:

- разрабатывать алгоритмы функционирования арифметического устройства на основании формы представления информации;

- разрабатывать алгоритмы арифметических операций в различных системах счисления, в условиях применения методов контроля работы устройства;

- решать задачи исследования и проектирования вычислительных устройств различного назначения.

Самостоятельная работа студента заключается в следующем:

- изучить представление числовых данных в формате ВСD (B inary C ode D ecimal - двоично-десятичное кодирование) и операции над ними;

- изучить типы кодов ВСD;

- изучить особенности выполнения арифметических операций над кодами ВСD;

- изучить представление числовых данных в формате ASCII (A merican S tandard C ode for I nformation I nterchange - американский стандартный код для обмена информацией) и операции над ними;

- изучить обработку ASCII-кодов;

- изучить особенности выполнения арифметических операций над ASCII-кодами.

ПОДТЕМА №1:БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ АРИФМЕТИКИ И КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ

Компьютерная арифметика - совокупность принципов и форм представления числовой информации, методов и алгоритмов выполнения арифметических операций и вычисления элементарных функций, рассматриваемых на уровне внутренней структурной организации технических средств компьютерных систем (КС). Это часть вычислительной математики, ориентированной на логический уровень описания вычислительных структур и процессов в них.

Что такое информация вообще, в общем понимании? Термин информация происходит от латинского слова information, что означает:

- сведения;

- разъяснения;

- изложение.

Алгоритм — способ преобразования информации, который задается с помощью конечной системы правил. Информация представляется в виде совокупности цифр (чисел) в некоторой системе счисления, сами же цифры отображаются сигналами, имеющими конечное число уровней квантования.

Система счисления (СС) - совокупность приемов и правил для установления однозначного соответствия между любым числом и его представлением в виде некоторой совокупности знаков (символов).

Количественный эквивалент числа (КЭЧ) - некоторое количество, однозначно соответствующее числу. (На абстрактно-интуитивном уровне безотносительно к системам счисления и измерения). Каждой цифре в записи числа сопоставляется некоторое количество, выражаемое этой цифрой и называемое количественным эквивалентом цифры (КЭЦ).

Длина числа - количество позиций (разрядов) в записи числа. В техническом аспекте длина числа интерпретируется как длина разрядной сетки (ДРС). Для разных СС характерна различная ДРС, необходимая для записи одного и того же числа.

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