- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Архитектура ЭВМ и систем: цели и задачи курса презентация
Содержание
- 1. Архитектура ЭВМ и систем: цели и задачи курса
- 2. Архитектура ЭВМ и систем: цели и
- 3. Архитектура ЭВМ и систем Машины -
- 4. Информация «Кто владеет информацией – тот владеет
- 5. Эволюция общества: машины Преобразование материи каменные топоры,
- 6. Эволюция вычислительных устройств: начало V век до
- 7. Эволюция вычислительных устройств: машины 1642 год Машина
- 8. Эволюция вычислительных устройств: станок Жаккарда 1804 год
- 9. Эволюция вычислительных устройств: машина Беббиджа 1822 г.
- 10. Эволюция вычислительных устройств: компьютер Марк-1 1943 год
- 11. Эволюция вычислительных устройств: компьютер ЭНИАК 1945 год
- 12. Центральный Процессор Фон-неймановская архитектура Использование двоичной системы
- 13. Центральный Процессор Процессор Устройство Управления (УУ)
- 14. Основные части вычислительной системы Процессор Память
- 15. Архитектура ЭВМ Архитектура компьютера — принцип построения и организации
- 16. Многопроцессорные системы Процессор 3 Память Устройства
- 17. Многомашинные вычислительные системы
- 18. Системы с параллельными процессорами АЛУ 3
- 19. В рамках данного курса изучаются Основные компоненты
- 20. Информация Числа Текст Изображение Звук Видео
- 21. Двоичная система счисления Включено/ выключено 1 /
- 22. Сопоставление систем счисления 0 1 2 3
- 23. Добавим шестнадцатеричную систему счисления 0 1 2
- 24. Память Данные хранятся в двоичном коде Состоит
- 25. Информация Дискретные сигналы Азбука Морзе Аналоговые сигналы
- 26. Дискретные данные
- 27. Компьютерное кодирование целых чисел Целое положительное число:
- 28. Зачем нужен обратный код? 9 10= 1001 2
- 29. Зачем нужен дополнительный код? 9 10= 1001 2
- 30. Компьютерное кодирование дробных чисел Формат с плавающей
- 31. Кодирование текста. Таблица символов ASCII
- 32. Кодирование текста: ASCII Двоичная форма (бинарная) Десятичная форма Текст в символах ASCII Шестнадцатеричная форма
- 33. Кодирование текста: Стандарт UNICOD 0000 0100
- 34. Кодирование текста: Стандарт UNICOD
- 35. Развитие стандарта UNICOD 0000 0100 0011 0010
- 36. Кодирование графики: псевдографика
- 37. Кодирование графики Растровое Векторное
- 38. Векторная графика Объекты в виде геометрических примитивов
- 39. Примеры создания векторного изображения
- 40. Растровая графика Изображения представляют собой однослойную сетку точек,
- 41. Кодирование растрового изображения
- 42. Кодирование изображения
- 43. Размер приведенного изображения 01 01 01 01
- 44. Квантование при кодировании растрового изображения Для записи
- 45. Цветное изображение: упрощенная одель RGB
- 46. Модель Red Green Blue RGB: на каждый
- 47. Размер изображения Для кодирования каждой точки требуется
- 48. Звук Громко - тихо Выше - ниже
- 49. Кодирование звука Измеряется амплитуда колебаний (десятки
- 50. Преобразование напряжения (аналогового сигнала) в цифровой сигнал U6
- 51. Преобразование напряжения (аналогового сигнала) в цифровой сигнал
- 52. Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме
- 53. Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме Аналоговый сигнал не кодируется без потери качества
- 54. Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме
- 55. Кодирование видео-информации Как представляется видео-информация ? Поток рисунков Аудио-поток видео
- 56. Непрерывный видео-поток Для того, чтобы последовательность кадров
- 57. Совмещение аудио и видео Потоки видео- и аудио-информации должны соответствовать друг другу Необходима синхронизация
- 58. Средства обработки Специализированные программы обработки видео предоставляют возможность совмещения нескольких видео-, аудио-потоков и текстовой информации
- 59. Сжатие видео-файлов Видео-файлы редко хранятся в несжатом
Архитектура ЭВМ и систем: цели и задачи курса Приобретение знаний, сведений, навыков о структуре и принципах организации современных вычислительных устройств Систематизация имеющейся информации
Слайд 2 Архитектура ЭВМ и систем: цели и задачи курса
Приобретение знаний, сведений,
навыков о структуре и принципах организации современных вычислительных устройств
Систематизация имеющейся информации
Систематизация имеющейся информации
Слайд 3 Архитектура ЭВМ и систем
Машины - ?
Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная
совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для сбора, обработки и хранения информации.
Информация (лат. informatio) - сведения, разъяснения.
Слайд 4Информация
«Кто владеет информацией – тот владеет миром» Натан Ротшильд, битва при
Ватерлоо
Сбор, обработка информации
Слайд 5Эволюция общества: машины
Преобразование материи
каменные топоры,
ткацкие станки,
выработка металлов,
строительство
Преобразование энергии
химических
реакций (порох),
паровые машины,
электростанции,
двигатели внутреннего сгорания
технологии создания накопителей электрической энергии (аккумуляторы)
Преобразование информации
паровые машины,
электростанции,
двигатели внутреннего сгорания
технологии создания накопителей электрической энергии (аккумуляторы)
Преобразование информации
Слайд 6Эволюция вычислительных устройств: начало
V век до нашей эры - абак
16 век
– счеты
17 век – 20 век – арифмометр
Слайд 7Эволюция вычислительных устройств: машины
1642 год Машина Паскаля –
Сын сборщика налогов
В 19
лет начал работу над суммирующей машиной
Принцип связанных колес
50 вариантов машины
Принцип связанных колес
50 вариантов машины
1673 год – Лейбниц – машина для астрономических расчетов (сложение, вычитание, умножение, деление)
Для голландского математика и астронома Христиана ом Гюйгенса.
«Поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины»
Слайд 8Эволюция вычислительных устройств: станок Жаккарда
1804 год Жозев Мари Жаккар Программируемый ткацкий
станок: нить опускается или поднимается в зависимости от того, есть ли отверстие на перфокарте
Слайд 9Эволюция вычислительных устройств: машина Беббиджа
1822 г. Разностная машина Чарлза Бэббиджа предназначалась
для расчетов математических таблиц
1834г. По замыслу Аналитическая машина Бэббиджа должна была производить разнообразные вычисления, следуя набору инструкций. «Мельница» и «склад» -АЛУ и память. Перфокарты.
Слайд 10Эволюция вычислительных устройств: компьютер Марк-1
1943 год - компьютер Марк-1 для баллистических
расчетов
на электромеханических реле
в десятичной системе
перфоленты
сложение 0,3 с, умножение 3 с
Полгода расчетов за день
длина почти 17 метров
высота более 2,5 м.
около 750 тыс. деталей,
протяженность проводов около 800 км.
большой шум во время работы от переключений реле,
отработал 16 лет.
на электромеханических реле
в десятичной системе
перфоленты
сложение 0,3 с, умножение 3 с
Полгода расчетов за день
длина почти 17 метров
высота более 2,5 м.
около 750 тыс. деталей,
протяженность проводов около 800 км.
большой шум во время работы от переключений реле,
отработал 16 лет.
Слайд 11Эволюция вычислительных устройств: компьютер ЭНИАК
1945 год
17468 ламп (выход из строя) –
десятичная система счисления
6 м в высоту и 26 м в длину
В 1000 раз быстрее Марк-1
Отсутствует память: операторы устанавливали в нужное положение около 6000 переключателей, а затем переключали кабели. На подготовку задачи, с решением которой машина справлялась за 20 с, иногда требовалось два дня.
.
6 м в высоту и 26 м в длину
В 1000 раз быстрее Марк-1
Отсутствует память: операторы устанавливали в нужное положение около 6000 переключателей, а затем переключали кабели. На подготовку задачи, с решением которой машина справлялась за 20 с, иногда требовалось два дня.
.
Слайд 12Центральный Процессор
Фон-неймановская архитектура
Использование двоичной системы счисления для представления данных и команд.
Код
программы и данные размещаются в одной и той же памяти машины. Учитывая ненадежность ЭВМ первых поколений, слишком много времени уходило на операцию ввода данных.
Память состоит из пронумерованных ячеек, любая из которых доступна процессору
Программа записывается в памяти в виде последовательного кода; процессор, заканчивая выполнение одной команды, переходит к следующей. Исключения составляют команды перехода
Память состоит из пронумерованных ячеек, любая из которых доступна процессору
Программа записывается в памяти в виде последовательного кода; процессор, заканчивая выполнение одной команды, переходит к следующей. Исключения составляют команды перехода
АЛУ (Арифметико-логическое устройство)
УУ (Устройство управления)
Устройства ввода-вывода
Оперативная память
Слайд 13Центральный Процессор
Процессор
Устройство Управления (УУ)
Арифметико-Логическое Устройство (АЛУ)
управление всеми устройствами
логические и арифметические операции
Регистр
состояния
Регистр данных
Регистр Адреса
регистры
Слайд 14Основные части вычислительной системы
Процессор
Память
Управление, обработка информации
Хранение информации
Устройства ввода/вывода
внешняя
внутренняя
Монитор, клавиатура, мышь
Общая шина
Передача
данных, управляющих сигналов
?
Контроллеры
Слайд 15Архитектура ЭВМ
Архитектура компьютера — принцип построения и организации работы вычислительного устройства, включая определение
функционального состава основных узлов и блоков, а также структуры управляющих и информационных связей между ними.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера.
Слайд 16Многопроцессорные системы
Процессор 3
Память
Устройства ввода/вывода
внешняя
внутренняя
Контроллеры
Процессор 2
Процессор 1
Слайд 18Системы с параллельными процессорами
АЛУ 3
Память
Устройства ввода/вывода
внешняя
внутренняя
Контроллеры
АЛУ 2
АЛУ 1
УУ
Слайд 19В рамках данного курса изучаются
Основные компоненты любой вычислительной системы
процессор
память
системная
магистраль как элемент, связующий процессор, память и устройства ввода/вывода.
устройства ввода/вывода
И их взаимодействие.
устройства ввода/вывода
И их взаимодействие.
Слайд 20Информация
Числа
Текст
Изображение
Звук
Видео
представляется в двоичном коде и
хранится в памяти вычислительной системы
Слайд 21Двоичная 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:
0,1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
Слайд 22Сопоставление 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
Слайд 23Добавим 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
Слайд 24Память
Данные хранятся в двоичном коде
Состоит из ячеек
Каждая ячейка – бит -
содержит 1 или 0
8 бит = 1 байт
Машинное слово = 2 байт, 4 байта, зависит от архитектуры
8 бит = 1 байт
Машинное слово = 2 байт, 4 байта, зависит от архитектуры
0 0 1 0 1 0 1 0
байт
память
Адреса ячеек памяти
Слайд 25Информация
Дискретные сигналы
Азбука Морзе
Аналоговые сигналы
измерения скорости, температуры, звука
Электронные вычислительные машины
Аналоговые вычислительные машины
Автопилоты
Отличная
скорость работы
Узкий круг задач
Узкий круг задач
Слайд 27Компьютерное кодирование целых чисел
Целое положительное число: 1607 в 2-х байтах.
160710 =
110 0100 01112
0000 0110 0100 0111
Целое отрицательное число: -1607 в 2-х байтах. -160710 = -110010001112
прямой код: 1000 0110 0100 0111
обратный код: 1111 1001 1011 1000
дополнительный код (добавление единицы в младший разряд): 1111 1001 1011 1001
0000 0110 0100 0111
Целое отрицательное число: -1607 в 2-х байтах. -160710 = -110010001112
прямой код: 1000 0110 0100 0111
обратный код: 1111 1001 1011 1000
дополнительный код (добавление единицы в младший разряд): 1111 1001 1011 1001
Слайд 28Зачем 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
Слайд 29Зачем нужен дополнительный код?
9 10= 1001 2
5 10= 0101 2
-5 10= 1010 2 ОК
-5
10= 1011 2 ДК
9-5=9+(-5)=?
9-5=4
9-5=9+(-5)=?
9-5=4
1
0
0
1
1
0
1
1
+
0
1
0
0
1
1
1
Слайд 30Компьютерное кодирование дробных чисел
Формат с плавающей точкой предполагает запись числа как
произведение мантиссы на основание системы в степени целого числа:
0,0345 = 0,345*10-1
0,0345 = 3,45*10-2
0,0345 = 0,000345*102
0,0345 = 0,345*10-1
0,0345 = 3,45*10-2
0,0345 = 0,000345*102
Нормализованное представление:
0< мантисса<1
0,0345 = 0,345*10-1
365,123 = 0,365123*103
В памяти хранятся мантисса как целое число и порядок
345 и -1
365123 и 3
?
Слайд 32Кодирование текста: ASCII
Двоичная форма (бинарная)
Десятичная форма
Текст в символах ASCII
Шестнадцатеричная форма
Слайд 33Кодирование текста: Стандарт UNICOD
0000 0100 0011 0010
0000 0000 0000 0000 0000
0100 0011 0010
Слайд 35Развитие стандарта UNICOD
0000 0100 0011 0010
0000 0000 0000 0000 0000 0100
0011 0010
В
32-битная форма (UTF-32), под каждый символ отводится 32 бита = 4 байта. полностью совместима с UTF-16 и UTF-8,
16-битная форма (UTF-16),
8-битная форма (UTF-8): была разработана для совместимости с ASCII.
Слайд 38Векторная графика
Объекты в виде геометрических примитивов (линия, прямоугольник, окружность и т.д).
Каждый объект, описывается с помощью специального языка (математических уравнения линий, дуг, окружностей и т.д.).
Объект имеет свойства (размер, положение, цвет заливки, прозрачность)
Сложные объекты (ломаные линии, геометрические фигуры) как совокупность элементарных графических объектов.
Могут изменять свои размеры без потери качества
Слайд 40Растровая графика
Изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселями (pixel, от англ.
picture element),
Код пикселя содержит информацию о его цвете: любой цвет может быть представлен в виде суммы различной яркости красного, зеленого и синего цветов.
При изменении размера ухудшается качество
Код пикселя содержит информацию о его цвете: любой цвет может быть представлен в виде суммы различной яркости красного, зеленого и синего цветов.
При изменении размера ухудшается качество
Слайд 43Размер 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
байт
Слайд 44Квантование при кодировании растрового изображения
Для записи цвета выделяется определенное количество бит
Не
любой оттенок цвета можно записать
Квантование цвета
Квантование цвета
Слайд 46Модель Red Green Blue
RGB: на каждый цвет выделяется не один бит,
а 2 байта (FF16 или 25510).
Слайд 47Размер изображения
Для кодирования каждой точки требуется
2 байта*3=6 байт
Количество точек
143*135=19305
19305*6=115830 байт~113 Кбайт
Размер
фотографии
~ 2 Мбайт
Слайд 49Кодирование звука
Измеряется амплитуда колебаний (десятки тысяч раз в секунду)
Результат записывается
в двоичном коде
MIDI-формат – запись в соответствии с нотной грамотой
Дискретизация или оцифровка: преобразование напряжения в двоичный сигнал
Обратное преобразование для воспроизведения
Слайд 51Преобразование напряжения (аналогового сигнала) в цифровой сигнал
U
t
U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
память
U1
U3
U5
U7
U2
U4
U6
Слайд 52Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме
Для записи уровня сигнала выделяется
определенное количество бит
Не любое значение сигнала можно записать, а только с определенной точностью
Не любое значение сигнала можно записать, а только с определенной точностью
U
t
U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
память
U1
U3
U5
U7
U2
U4
U6
001
000
010
011
100
101
110
010
011
101
100
011
010
001
Слайд 53Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме
Аналоговый сигнал не кодируется без
потери качества
Слайд 54Оценка качества аналогового сигнала в цифровой форме
Для КАЧЕСТВЕННОГО кодирования на каждую
секунду проводится
44 000 измерений
Квантование одного измерения
2 байта
(65536 значений)
44 000*2 байта
= 88 000 байт ~ 86 Кбайт
Размер мелодии 3 минуты
86 Кбайт*180 ~ 15 Мбайт
Секунда звучания
Слайд 55Кодирование видео-информации
Как представляется видео-информация
?
Поток рисунков
Аудио-поток
видео
Слайд 56Непрерывный видео-поток
Для того, чтобы последовательность кадров воспринималась человеческим глазом непрерывным потоком,
в секунду демонстрируются 25-30 кадров
Каков размер несжатого видео-потока минутной длительности при размере картинки 640*480 пикселей?
1800 Кбайт*25*60=2700Гбайт
Слайд 57Совмещение аудио и видео
Потоки видео- и аудио-информации должны соответствовать друг другу
Необходима
синхронизация
Слайд 58Средства обработки
Специализированные программы обработки видео предоставляют возможность совмещения нескольких видео-, аудио-потоков
и текстовой информации
Слайд 59Сжатие видео-файлов
Видео-файлы редко хранятся в несжатом виде
Сжатие видео-файлов основывается на различных
алгоритмах сжатия каждого кадра (КОДЕКИ)
Для сжатия последующие кадры в потоке используют похожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия.
Для сжатия последующие кадры в потоке используют похожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия.
