На основании международного образовательного стандарта Computer Science был разработан стандарт СПбГУ с тем же названием. В дополнение к вопросам, обозначенным в международном стандарте, в этом курсе рассказывается о разработках кафедры и родственных ей IT предприятий в области создания новых архитектур ЭВМ и технологий их программирования. В курсе рассказывается о базовых понятиях архитектур ЭВМ (арифметико-логическое устройство, память, регистры, устройство управления, ввод/вывод), истории их создания, архитектурных способах ускорения ЭВМ (водопровод, RISC, спекулятивное исполнение, предсказание переходов, многопроцессорные и многомашинные архитектуры), о нетрадиционных архитектурах (систолические структуры, мобильные телефоны, встроенные системы реального времени). В теме «HLL компьютеры» подробно рассказывается о HLL компьютере "Самсон", разработанном под руководством автора этого курса. От слушателей курса не требуется начать программировать на машине "Самсон", гораздо более интересно обсудить, почему выбрана именно такая архитектура, такая система команд, какие предложены оптимизации, чем предлагаемые архитектуры лучше существующих. В заключение рассказывается о двух конкретных наиболее популярных архитектурах ЭВМ (самая старая из ныне живущих архитектур мейфрейм IBM/360 и наиболее массовая современная архитектура ARM). По завершении этого курса учащиеся будут: Уметь: - Разбираться в различных архитектурах ЭВМ, сравнивать их по длине кода, эффективность исполнения, оценивать сложность аппаратной реализации; - На основании знания внутренней структуры компьютера, устройства его кэш-памяти, знания реализации шин, уметь оптимизировать свои программы; - Спроектировать новую ЭВМ, хотя бы на бумаге. Знать: - Структурные схемы современных ЭВМ; - Способы аппаратной реализации основных элементов ЭВМ; - Принципы работы устройств ввода/вывода. Владеть: - Навыками ускорения программного обеспечения за счет знания внутренней организации кэш-памяти и шин; - Навыками ускорения ввода/вывода; - Способами рационального создания микропрограмм ЭВМ.
Представление данных
Loading...
From the course by Saint Petersburg State University
Архитектура ЭВМ (Computer Architecture)
11 оценки
Meet the Instructors
Терехов Андрей Николаевичпрофессор
Кафедра системного программирования
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
Теперь поговорим о представлении данных в ЭВМ.
Самой мелкой единицей данных является один бит.
Это просто один триггер.
Еще раз с удовольствием повторю, что триггер изобрел наш земляк профессор
института связи, который теперь носит его имя, Бонч-Бруевич.
Следующей единицей данных является байт.
8 бит.
Надо вам сказать, что до 1964 года,
когда был объявлен выпуск IBM 360, разные машины
имели разное представление о байте, единичке данных, в которых хранится...
которые используют для представления одной литеры.
6, 7, 8 битов, но с появлением IBM
360 международным стандартом стал байт из 8 битов.
Также есть слово.
Раньше слово представлялось 16 битами, теперь большей частью 32 битами.
И наконец, двойное слово из 64 бит, а в некоторых машинах даже 128 бит.
Если целые числа представляются относительно просто,
просто последовательность ноликов и единичек, (максимум,
что можно сказать, что отрицательные числа представляются в так называемом
дополнительном коде) то вот вещественные числа уже имеют особенность.
Представление вещественного числа состоит из двух частей: мантисса и порядок.
Мантисса, так сказать, дробная часть — 0,323.
А потом умножается на 2 в степени «порядок».
И тут тоже есть своя история,
свои проблемы, поскольку раньше в разных машинах представление чисел было
совершенно разное, и поэтому если вы отлаживали программу на одной машине,
а пытаетесь посчитать эту же программу на другой машине,
то могли возникнуть проблемы с точностью, с разрядной сеткой, и так далее.
И вот в 1985 году был принят стандарт IEEE Международной
организацией электронных и электрических инженеров, который придумал, что мне
опять-таки приятно отметить, профессор математики из Беркли Вильям Каган.
Он продумал некую систему, которая всем понравилась.
Она сначала стала стандартом де-факто, то есть все пользовались,
но стандарта не было, а потом и формально была оформлена в качестве стандарта.
Вот поглядите на этот слайд.
Выглядит немножко страшно, но ничего особо трудного тут нет.
Значит, 31-й разряд в одинарной точности — это всегда знак.
Знак числа.
Единичка — минус, ноль — плюс.
Потом порядок, занимает 8 бит, но только вот Каган придумал,
что удобнее порядок хранить не относительно ноля,
или ноля отрицательного, а сдвинуть на 127, то есть если в 30-м
разряде единичка, а все остальные ноли, то это значит — порядок ноль.
И мантисса, 23 бита.
Ну вот Каган решил, что удобнее хранить числа не в дробном виде,
не так, как раньше было, 0 целых, точка и дальше там какая-то дробная часть,
а единичка, точка и какая-то дробная часть.
То есть числа нормализованы, но и хранят мантиссы в пределах от 1 до 2.
А не от 0 до 1, как это было раньше.
Ну, вот так он счел более удобным, и поскольку все числа нормализованы,
то есть старший бит — всегда единичка, поэтому старшую единичку можно в памяти не
хранить, и поэтому мантисса не 23 бита, а целых 24 бита.
Может быть, и не так много, но все-таки точность увеличивается.
То есть одна единичка подразумевается.
И, наконец, двойная точность.
Все примерно то же самое, только размеры другие.
Порядок 11 бит, а мантисса 52 бита.
И, как обычно, старший разряд — это единица, поэтому она подразумевается,
и поэтому не 52, а 53 бита реально числа в мантиссе.
Но хранятся только 52 бита.
И вот, вы знаете, вот этот стандарт укоренился, сколько лет уже прошло с
1985-го года, но никто даже не думает его изменить, модифицировать, то есть
этот стандарт был придуман математиком и очень удачно, что мне нравится.
Есть понятие «особенные вещественные числа».
Прежде всего — not a number.
Если по какой-то ошибке возникнет число, в котором порядок — все единицы,
а мантисса не нулевая, то это считается ошибочная ситуация, и это вообще не число.
Бывают ситуации, когда NaN возникает.
Бесконечность.
Порядок — все единицы, а мантисса — чистый ноль.
Это считается бесконечность.
И, кстати, бесконечность может попасть в операнд, в математическую операцию,
и бесконечность + 2 будет снова бесконечность, она не сломается.
Просто будет снова бесконечность.
Нуль — порядок нуль, и мантисса нуль.
Ну, это, по-моему, довольно естественное представление.
И, наконец, так называемые, денормализованные числа,
у которых мантисса не равна нулю, а порядок — единичка.
И подразумевается старший разряд не единичка,
как во всех остальных нормализованных числах, а ноль.
Денормализованные числа применяются при вычислении особо маленьких чисел.
И во всех машинах денормализованные числа работают очень медленно,
поэтому ими надо пользоваться с осторожностью.
Но иногда это полезно для представления особо маленьких вещественных чисел.
[НЕТ_ЗВУКА]
Ознакомьтесь с нашим каталогом
Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.
Coursera делает лучшее в мире образование доступным каждому, предлагая онлайн-курсы от ведущих университетов и организаций.
© Coursera Inc., 2018 Все права защищены.
