Принципи побудови ЕОМ. Класифікація апаратних засобів ЕОМ.

Обробка інформації в ЕОМ полягає у виконанні ряду операцій у відповідності з деяким алгоритмом, що призводить до отримання результату або рішення.

Алгоритм – це спосіб перетворення інформації, який задається за допомогою системи правил.

Елементарні операції по обробці інформації можна поділити на арифметичні та логічні. Арифметичні операції виконують перетворення інформації, а логічні визначають напрямок процесу обробки інформації. В алгоритмах арифметичні та логічні операції чергуються в певній послідовності, яка називається програмою. Кожна програма складається з команд, які визначають дію ЕОМ по виконанню однієї операції. Всі операції в ЕОМ реалізуються за допомогою апаратних або програмних засобів, які разом складають так звані операційні ресурси. Якщо операційні ресурси забезпечують можливість виконання любого алгоритму обробки інформації, то ЕОМ є алгоритмічно універсальною. Для алгоритмічної універсальності ЕОМ достатньо наявності в її операційних ресурсах чотирьох операцій:

− пересилки слова із однієї комірки пам’яті в іншу;

− додавання та віднімання одиниці до слова;

− умовного переходу по співпадінні слів;

− безумовної зупинки ЕОМ.

Апаратні засоби ЕОМ можна розділити на три частини – пам’ять, процесор та периферійні пристрої. Пам’ять використовується для збереження даних, програм обробки інформації та результатів. В процесорі ЕОМ відбуваються процеси обробки інформації. Периферійні пристрої призначені для перетворення форми представлення інформації при виводі та вводі в ЕОМ.

Апаратні засоби ЕОМ характеризуються ієрархічним принципом побудови, т.т. при об’єднанні елементів в систему деякого рівня, вони можуть розглядатися як елементарні одиниці в системах більш високого рівня. В обчислювальній техніці є п’ять ієрархічних рівнів:

1. електричні схеми, де в якості елементів розглядаються електронні компоненти (транзистори, діоди, резистори і т.д.);

2. рівень логічних схем – найменшими одиницями обладнання є логічні та запам’ятовуючі елементи (логічні елементи – прості комбінаційні схеми, які виконують елементарні функції, запам’ятовуючі елементи – пристрої пам’яті, кількість якої рівна одній букві);

3. рівень операційних вузлів – елементами є операційні вузли апаратні засоби, які виконують операції над окремими словами (побудовані на логічних та запам’ятовуючих елементах);

4. рівень структурних схем – елементами є операційні блоки, які об’єднують декілька операційних вузлів та виконують певні закінчені дії;

5. програмний рівень – елементами системи є процесор (АЛП – арифметичний логічний пристрій та ПК – пристрій керування), пристрої пам’яті, периферійне та інше обладнання.

На другому та третьому ієрархічному рівнях технічні засоби цифрових ЕОМ розподіляють на два класи: пристрої комбінаційного типу (комбінаційні, логічні, функціональні схеми, схеми без пам’яті) та кінцеві автомати (цифрові автомати, схеми з пам'яттю).

В комбінаційних цифрових пристроях КЦП вихідні сигнали залежать тільки від вхідних сигналів в певний момент часу t_і і не залежать від вхідних сигналів, які були в попередні моменти часу. Схемною ознакою комбінаційних пристроїв є відсутність елементів зворотнього зв’язку, які забезпечують проходження сигналів з виходів на входи. До комбінаційних пристроїв відносяться логічні елементи, електронні ключі, шифратори, дешифратори, мультиплексори, демультиплексори, більшість арифметичних пристроїв та ін.

В кінцевих автоматах або послідовнісних цифрових пристроях ПЦП вихідні сигнали визначаються як вхідними сигналами в певний момент часу t_і, так і станом автомата, який залежить від вхідних сигналів, які діяли раніше. Показником належності схеми до послідовнісного типу є наявність у ній зворотнього зв’язку. До послідовнісних пристроїв відносяться тригери, лічильники, регістри, запам’ятовуючі пристрої.

Способи представлення інформації в цифрових апаратах (ЦА)

Інформація завжди представляється у вигляді повідомлення, яке передається деяким фізичним середовищем. Носієм інформації може бути любе предметне середовище, яке міняє стан в залежності від інформації яка передається. Це може бути папір на якому інформація зображається знаками; магнітний матеріал, стан якого змінюється за допомогою магнітного поля; електричний сигнал у якого змінюється певний параметр (частота, амплітуда). Розрізняють дві форми представлення інформації: статичну І_С (рис.1) та динамічну І_Д (рис.2).

Можливість передачі повідомлення за допомогою електричного сигналу реалізується за допомогою каналу зв’язку, який з’єднує джерело та приймач інформації (рис.3).

Щоб передати інформацію необхідно її попередньо перетворити.

Кодування – перетворення повідомлення у форму, яка є зручною для передачі по даному каналу. (Приклад: передача телеграми – всі символи кодуються за допомогою телеграфного коду).

Декодування – операція відновлення прийнятого повідомлення. У систему зв’язку необхідно ввести пристрої для кодування та декодування інформації (рис.4).

Кодуючі та декодуючі пристрої призначені для узгодження властивостей джерела інформації з властивостями каналу зв’язку. Одне з них (кодуючий пристрій або кодер) повинне забезпечити таке кодування, при якому шляхом усунення надлишковості інформації суттєво знижується середня кількість

символів, які припадають на одиницю повідомлення. При відсутності завад це дає виграш у часі передачі або у об’ємі запам’ятовуючого пристрою. Таке кодування називають ефективним (або оптимальним), так як воно збільшує ефективність системи. При наявності завад у каналі передачі воно дозволяє перетворити вхідну інформацію у послідовність символів, яка найкращім чином відповідає задачам подальшого перетворення. Інший кодуючий пристрій (кодер каналу) забезпечує задану достовірність при передачі або збереженні інформації шляхом введення додатково надлишковості інформації. Таке кодування називається надлишковим або завадостійким. Завадостійкість досягається врахуванням не лише інтенсивності завад, але і її статистичних закономірностей.

Усунення надлишковості повідомлення методами ефективного кодування з наступним перекодуванням завадостійким кодом обумовлено тим, що надлишковість джерела повідомлення в більшості випадків не узгоджена зі статистичними закономірностями завад у каналі зв’язку і тому не може бути повністю використана для підвищення достовірності повідомлення яке приймається.

Якщо надлишковість джерела повідомлень мала, а завади у каналі зв’язку практично відсутні, то введення як кодеру джерела, так і кодеру каналу недоцільно.

Якщо надлишковість джерела повідомлень велика, а завади досить малі, то доцільно ввести кодер джерела.

Якщо надлишковість джерела мала, а завади великі, то доцільно ввести кодер каналу.

При великій надлишковості та високому рівні завад доцільно ввести оба додаткових кодуючих (та декодуючих) пристроїв. Більшість кодів, які використовуються при кодуванні інформації без урахування статистичних властивостей джерела та завад у каналі зв’язку, засновано на системах числення.