- Главная
- Разное
- Образование
- Спорт
- Естествознание
- Природоведение
- Религиоведение
- Французский язык
- Черчение
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, фоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
Презентация, доклад по информатике на тему компьютер из нутри
Содержание
- 1. Презентация по информатике на тему компьютер из нутри
- 2. Компьютер изнутриТема 1. Основные принципы
- 3. ОпределенияКомпьютер (computer) – это программируемое электронное устройство
- 4. ОпределенияПрограмма – это последовательность команд, которые должен
- 5. Структура памятиПамять состоит из нумерованных ячеек.Линейная структура
- 6. Архитектура компьютераАрхитектура – принципы действия и взаимосвязи
- 7. Принципы фон Неймана«Предварительный доклад о машине EDVAC»
- 8. Выполнение программыСчетчик команд (IP = Instruction Pointer)
- 9. Архитектуры компьютеровфон Нейманамногомашинная (независимые задачи)многопроцессорная (части одной
- 10. Компьютер изнутриТема 2. Персональный компьютер
- 11. Персональный компьютер (ПК)ПК – это компьютер, предназначенный
- 12. Принцип открытой архитектурына материнской плате расположены только
- 13. Взаимосвязь блоков ПКпроцессорпамятьвидеокартасетевая картаконтроллеры дисководовШина – многожильная
- 14. Компьютер изнутриТема 3. Хранение целых чисел
- 15. Целые беззнаковые числаБеззнаковые данные – не могут
- 16. Примеры78 = 115 =
- 17. Целые беззнаковые числаЦелое без знака память: 2 байта
- 18. «-1» – это такое число, которое при
- 19. Двоичный дополнительный кодЗадача: представить отрицательное число (–a)
- 20. Двоичный дополнительный кодПроверка: 78 + (– 78) = ? – 78 =78 =+
- 21. Пример(– a) = – 123, сетка 8 бит– 123 =
- 22. Целые числа со знакомБайт (символ) со знаком память:
- 23. Целые числа со знакомСлово со знаком память: 2
- 24. ОшибкиПереполнение разрядной сетки: в результате сложения больших
- 25. ОшибкиПеренос: при сложении больших (по модулю) отрицательных
- 26. Компьютер изнутриТема 4. Битовые операции
- 27. Инверсия (операция НЕ)Инверсия – это замена всех
- 28. Операция ИОбозначения: И, ∧,
- 29. Операция И – обнуление битовМаска: обнуляются все
- 30. Операция И – проверка битовЗадача: проверить, верно
- 31. Операция ИЛИОбозначения: ИЛИ, ∨, | (Си),
- 32. Операция ИЛИ – установка битов в 1Задача:
- 33. Операция «исключающее ИЛИ»Обозначения: ⊕,
- 34. «Исключающее ИЛИ» – инверсия битовЗадача: выполнить инверсию
- 35. «Исключающее ИЛИ» – шифровка(0 xor 0) xor
- 36. Логический сдвиг1Влево: 001Вправо: 0в битпереносаСи:Паскаль:n = n
- 37. Логический сдвигЛогический сдвиг влево (вправо) – это
- 38. Циклический сдвигВлево: Вправо: Си, Паскаль: –только через Ассемблер
- 39. Арифметический сдвиг1Влево (= логическому): 000Вправо (знаковый бит
- 40. ПримерЗадача: в целой переменной n (32 бита)
- 41. ПримерВариант 2:Сдвинуть вправо так, чтобы число G
- 42. ПримерСи:R =B = Паскаль:R :=B :=
- 43. Компьютер изнутри© К.Ю. Поляков, 2007Тема 5. Вещественные числа
- 44. Нормализация двоичных чиселX = s ⋅ M
- 45. Нормализованные числа в памятиIEEE Standard for Binary
- 46. Нормализованные числа в памятиТипы данных для языков: Си Паскаль
- 47. Вещественные числа в памяти15,625 = 1,1111012 ⋅234
- 48. Арифметические операциисложениеПорядок выравнивается до большего5,5 = 1,0112⋅22
- 49. Арифметические операциивычитаниеПорядок выравнивается до большего10,75 = 1,010112⋅23
- 50. Арифметические операцииумножениеМантиссы умножаются 7 = 1,112
- 51. Арифметические операцииделениеМантиссы делятся 17,25 = 1,0001012 ⋅
- 52. Спасибо за внимание!
Слайд 1Компьютер изнутри
Основные принципы
Персональный компьютер
Хранение целых чисел
Битовые операции
Вещественные числа
Слайд 3Определения
Компьютер (computer) – это программируемое электронное устройство для обработки числовых и
аналоговые компьютеры – складывают и умножают аналоговые (непрерывные) сигналы
цифровые компьютеры – работают с цифровыми (дискретными) данными.
Hardware – аппаратное обеспечение, «железо».
Software – программное обеспечение, «софт».
Слайд 4Определения
Программа – это последовательность команд, которые должен выполнить компьютер.
Команда – это
код команды
операнды – исходные данные (числа) или их адреса
результат (куда записать).
Типы команд:
безадресные (1 байт) – увеличить регистр AX на 1 регистр – ячейка быстродействующей памяти, расположенная в процессоре
одноадресные (2 байта) AX ← AX + 2
двухадресные (3 байта) X ← X + 2
трехадресные (4 байта) Y ← X + 2
inc AX
add AX, 2
Слайд 5Структура памяти
Память состоит из нумерованных ячеек.
Линейная структура (адрес ячейки – одно
Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая собственный адрес (4, 6, 7, 8, 12 бит).
На современных компьютерах 1 байт = 8 бит.
Слово = 2 байта
Двойное слово = 4 байта
Слайд 6Архитектура компьютера
Архитектура – принципы действия и взаимосвязи основных устройств компьютера (процессора,
Принстонская архитектура (фон Неймана):
процессор
ОЗУ
(программа
и данные)
устройства
вывода
устройства
ввода
прямой доступ
к памяти
Гарвардская архитектура – программы и данные хранятся в разных областях памяти.
прямой доступ
к памяти
скорость (одновременно читаем команду и данные)
нужно больше контактов у процессора
Слайд 7Принципы фон Неймана
«Предварительный доклад о машине EDVAC» (1945)
Принцип двоичного кодирования: вся
информация
Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти.
Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.
Слайд 8Выполнение программы
Счетчик команд (IP = Instruction Pointer) – регистр, в котором
IP
Команда, расположенная по этому адресу, передается в УУ. Если это не команда перехода, регистр IP увеличивается на длину команды.
УУ расшифровывает адреса операндов.
Операнды загружаются в АЛУ.
УУ дает команду АЛУ на выполнение операции.
Результат записывается по нужному адресу.
Шаги 1-5 повторяются до получения команды «стоп».
AB3D16
по адресу AB3D16
Слайд 9Архитектуры компьютеров
фон Неймана
многомашинная
(независимые задачи)
многопроцессорная
(части одной задачи,
по разным программам)
параллельные процессоры
(части одной
Слайд 11Персональный компьютер (ПК)
ПК – это компьютер, предназначенный для личного использования (доступная
1977 Apple-II
1981 IBM PC
(personal computer)
ЕС-1841
Слайд 12Принцип открытой архитектуры
на материнской плате расположены только узлы, которые обрабатывают информацию
схемы, управляющие другими устройствами (монитором и т.д.) – это отдельные платы, которые вставляются в слоты расширения
схема стыковки новых устройств с компьютером общедоступна (стандарт)
конкуренция, удешевление устройств
производители могут изготавливать новые совместимые устройства
пользователь может собирать ПК «из кубиков»
Слайд 13Взаимосвязь блоков ПК
процессор
память
видеокарта
сетевая
карта
контроллеры
дисководов
Шина – многожильная линия связи, доступ к которой имеют
Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по сигналам процессора.
контроллеры
Слайд 15Целые беззнаковые числа
Беззнаковые данные – не могут быть отрицательными.
Байт (символ)
память: 1
диапазон значений 0…255, 0…FF16 = 28 - 1
Си: unsigned char Паскаль: byte
биты
младший
старший
старший полубайт
старшая цифра
младший полубайт
младшая цифра
416
E16
10011102 = 4E16 = ‘N’
Слайд 17Целые беззнаковые числа
Целое без знака
память: 2 байта = 16 бит
диапазон
Си: unsigned int Паскаль: word
биты
старший байт
младший байт
4D16
7A16
1001101011110102 = 4D7A16
Длинное целое без знака
память: 4 байта = 32 бита
диапазон значений 0…FFFFFFFF16 = 232-1
Си: unsigned long int Паскаль: dword
Слайд 18
«-1» – это такое число, которое при сложении с 1 даст
1 байт: FF16 + 1 = 1 0 0 16
2 байта: FFFF16 + 1 = 1 0 0 0 0 16
4 байта: FFFFFFFF16 + 1 = 1 0 0 0 0 0 0 0 0 16
Целые числа со знаком
Старший (знаковый) бит числа определяет его знак. Если он равен 0, число положительное, если 1, то отрицательное.
не помещается в 1 байт!
Слайд 19Двоичный дополнительный код
Задача: представить отрицательное число (–a) в двоичном дополнительном коде.
Решение:
Перевести
Записать результат в разрядную сетку с нужным числом разрядов.
Заменить все «0» на «1» и наоборот (инверсия).
Пример: (– a) = – 78, сетка 8 бит
a – 1 = 77 = 10011012
= – 78
знаковый бит
Слайд 22Целые числа со знаком
Байт (символ) со знаком
память: 1 байт = 8
max
min
– 128 = – 27 … 127 = 28 – 1
Си: char Паскаль: –
можно работать с отрицательными числами
уменьшился диапазон положительных чисел
127
– 128
Слайд 23Целые числа со знаком
Слово со знаком
память: 2 байта = 16 бит
– 32768 … 32767
Си: int Паскаль: integer
Двойное слово со знаком
память – 4 байта диапазон значений
– 231 … 231-1
Си: long int Паскаль: longint
Слайд 24Ошибки
Переполнение разрядной сетки: в результате сложения больших положительных чисел получается отрицательное
+
64
64
– 128
Слайд 25Ошибки
Перенос: при сложении больших (по модулю) отрицательных чисел получается положительное (перенос
+
– 128
0
– 128
1
в специальный бит переноса
Слайд 27Инверсия (операция НЕ)
Инверсия – это замена всех «0» на «1» и
Си:
Паскаль:
int n;
n = ~n;
var n: integer;
n := not n;
Слайд 28Операция И
Обозначения:
И, ∧, & (Си), and (Паскаль)
&
маска
5B16 &
x & 0 =
x & 1 =
0
x
Слайд 29Операция И – обнуление битов
Маска: обнуляются все биты, которые в маске
Задача: обнулить 1, 3 и 5 биты числа, оставив остальные без изменения.
маска
D16
516
Си:
Паскаль:
int n;
n = n & 0xD5;
var n: integer;
n := n and $D5;
Слайд 30Операция И – проверка битов
Задача: проверить, верно ли, что все биты
маска
316
С16
Си:
Паскаль:
if ( n & 0x3C == 0 )
printf (“Биты 2-5 нулевые.”);
else printf (“В битах 2-5 есть ненулевые.”);
if (n and $3C) = 1
writeln (‘Биты 2-5 нулевые.’)
else writeln (‘В битах 2-5 есть ненулевые.’);
Слайд 31Операция ИЛИ
Обозначения:
ИЛИ, ∨, | (Си), or (Паскаль)
ИЛИ
маска
5B16 | CC16 =
x ИЛИ 0 =
x ИЛИ 1 =
1
x
Слайд 32Операция ИЛИ – установка битов в 1
Задача: установить все биты 2…5
маска
316
С16
Си:
Паскаль:
n = n | 0x3C;
n := n or $3C;
Слайд 33Операция «исключающее ИЛИ»
Обозначения:
⊕, ^ (Си), xor (Паскаль)
XOR
маска
5B16 ^
x XOR 0 =
x XOR 1 =
НЕ x
x
Слайд 34«Исключающее ИЛИ» – инверсия битов
Задача: выполнить инверсию для битов 2…5, не
маска
316
С16
Си:
Паскаль:
n = n ^ 0x3C;
n := n xor $3C;
Слайд 35«Исключающее ИЛИ» – шифровка
(0 xor 0) xor 0 =
(1 xor 0)
0
1
(0 xor 1) xor 1 =
(1 xor 1) xor 1 =
0
1
(X xor Y) xor Y = X
код (шифр)
Шифровка:
выполнить для каждого байта текста операцию XOR с байтом-шифром.
Расшифровка: сделать то же самое с тем же шифром.
Слайд 36Логический сдвиг
1
Влево:
0
0
1
Вправо:
0
в бит
переноса
Си:
Паскаль:
n = n
n := n shl 1;
n := n shr 1;
в бит
переноса
shift left
shift right
Слайд 37Логический сдвиг
Логический сдвиг влево (вправо) – это быстрый способ умножения (деления
1011012
10110102
сдвиг влево
сдвиг вправо
45
90
Слайд 39Арифметический сдвиг
1
Влево (= логическому):
0
0
0
Вправо (знаковый бит не меняется!):
Си:
Паскаль: –
n
n = n >> 1;
– 6
– 3
Слайд 40Пример
Задача: в целой переменной n (32 бита) закодирована
информация о цвете
Выделить в переменные R, G, B составляющие цвета.
Вариант 1:
Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 0000FF0016
Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт.
Си:
G = (n & 0xFF00) >> 8;
Паскаль:
G := (n and $FF00) shr 8;
Слайд 41Пример
Вариант 2:
Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт.
Обнулить
Си:
G = (n >> 8) & 0xFF;
Паскаль:
G := (n shr 8) and $FF;
Слайд 44Нормализация двоичных чисел
X = s ⋅ M ⋅ 2e
s – знак
M – мантисса,
e – порядок
M = 0 или 1 ≤ M < 2
15,625 =
1111,1012 =
1⋅1,1111012 ⋅23
знак
порядок
мантисса
3,375 =
Пример:
Слайд 45Нормализованные числа в памяти
IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic (IEEE 754)
15,625 = 1⋅1,1111012 ⋅23
s = 1 e = 3 M = 1,1111012
Знаковый бит:
0, если s = 1
1, если s = – 1
Порядок со сдвигом:
p = e + E (сдвиг)
Дробная часть мантиссы:
m = M – 1
Слайд 47Вещественные числа в памяти
15,625 = 1,1111012 ⋅23
4 байта = 32 бита
p
=100000102
m = M – 1 = 0,1111012
3,375 =
Слайд 48Арифметические операции
сложение
Порядок выравнивается до большего
5,5 = 1,0112⋅22
3 = 1,12
Мантиссы складываются
1,0112 + 0,1102
10,0012
Результат нормализуется (с учетом порядка)
10,0012 ⋅22 = 1,00012 ⋅23 = 1000,12 = 8,5
5,5 + 3 = 101,12 + 112 = 8,5 = 1000,12
Слайд 49Арифметические операции
вычитание
Порядок выравнивается до большего
10,75 = 1,010112⋅23
5,25 = 1,01012 ⋅22
Мантиссы вычитаются
1,010112
– 0,101012
0,101102
Результат нормализуется (с учетом порядка)
0,10112 ⋅23 = 1,0112 ⋅22 = 101,12 = 5,5
10,75 – 5,25 = 1010,112 – 101,012 = 101,12 = 5,5
Слайд 50Арифметические операции
умножение
Мантиссы умножаются
7 = 1,112 ⋅ 22
3 = 1,12 ⋅ 21 × 1,12
1 1 12
1 1 12
1 0 ,1 0 12
Порядки складываются: 2 + 1 = 3
Результат нормализуется (с учетом порядка)
10,1012 ⋅23 = 1,01012 ⋅24 = 101012 = 21
7 ⋅ 3 = 1112 ⋅ 112 = 1112 ⋅ 112 = 21 = 101012
Слайд 51Арифметические операции
деление
Мантиссы делятся
17,25 = 1,0001012 ⋅ 24
1,0001012 : 1,12 = 0,101112
Порядки вычитаются: 4 – 1 = 3
Результат нормализуется (с учетом порядка)
0,101112 ⋅23 = 1,01112 ⋅22 = 101,112 = 5,75
17,25 : 3 = 10001,012 : 112 = 5,75 = 101,112
