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 нечисловых 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]
Нечисловые данные — это представление литер и графических изображений.
Начнем с представления литер.
В 1963 году появился стандарт, сначала он был американский, а потом стал
международным — ASCII, American Standard Code for Information Interchange.
Он был 7-битовым, то есть допускал всего 128 комбинаций литер.
Но потом под давлением европейцев и в каком-то смысле и тех,
кто использует кириллицу, он расширился до восьми битов,
и во второй половине байта, то есть в кодах от 128 до 255
стали применять кодировку латиницы или немецких букв с умляутами (вот
эти две точки над буквами), и какие-то есть особые французские буквы и т.д.
И появился советский стандарт, назывался КОИ 8.
Это полностью ASCII, но с добавлением кириллицы.
Когда появилась IBM 360 в 1964 году — ну, IBM не может пользоваться
международными стандартами, у них все свое — они ввели свою кодировку,
такое не совсем приличное звучание: EBCDIC —
Extended Binary Coded Decimal Interchange Code.
Вообще-то это изврат, но поскольку IBM в это время раз в 20 была мощнее,
чем любая другая IT компания, они могли себе такой изврат позволить.
Ввели свою кодировку, совершенно не похожую на ASCII, и на IBM-овских машинах
стали пользоваться своей кодировкой, которая практически ничем не отличалась.
Ну, другие коды, но принципиально никакого отличия от ASCII не имела.
Ну, наши поскольку начали копировать IBM 360 под
именем ЕС ЭВМ, сделали советский стандарт ДКОИ 8.
Это просто тот же самый EBCDIC, но с добавлением русских литер.
Этих 256 кодов не хватало японцам, индусам,
таиландцам — очень многим народам, прежде всего китайцам.
Поэтому в 91 году был введен стандарт Unicode.
Это двухбайтовая кодировка, 16 разрядов,
2¹⁶ — это уже 64 тысячи, довольно много.
Но оказалось, что это не совсем эффективно — всегда
пользоваться двухбайтовой кодировкой, хотя в
большинстве случаев можно воспользоваться ASCII и однобайтовой кодировкой.
Поэтому буквально там через год, да,
через год появился вариант Unicode, который называется UTF 8.
И вот он используется до сих пор, и я его хорошо знаю,
и значит, вот когда я делаю трансляторы для русскоговорящей публики,
для школьников, я использую кодировку UTF 8.
Как это выглядит?
Там...
Посмотрите, на этом слайде все расписано.
Значит, если первый байт имеет старший бит 0, то это просто кодировка ASCII,
точно такая же, ничем не отличающаяся.
Если в старшем байте — 110 и потом еще пять других битов,
то это значит, что код займет два байта.
А если 1110, а потом четыре произвольных — три байта и т.д.
Всего до шести байтов.
То есть в первом байте указывается, сколько байтов составляет одна литера.
А все следующие байты, кроме первого,
имеют кодировку 10 и потом шесть произвольных литер.
Поэтому вот русские буковки — во втором байте.
Поэтому я точно знаю, что если мне нужно какую-нибудь русскую букву —
Щ или Ъ или Ы — ну любую русскую букву, то мне надо написать два байта,
в старшем байте указать 110 и потом какой-то код,
а потом во втором байте — 10 и еще шесть.
Видите, как?
В результате получается, что русские буквы могут быть закодированы 11 битами.
5 в старшем байте и 6 во втором.
Этого за глаза и за уши хватает и большим, и маленьким русским буквам кириллицы.
Ну не только кириллицы, там много разных.
Вот такой шестибайтовый код, его хватает уже и китайцам, и японцам, и всем.
Поэтому UTF 8 прижился.
Я обращаю ваше внимание еще раз, что на самом деле, и когда мы...
Русскоязычные программисты пишут: все равно мы стандартные функции пишем
по-английски, кодировка тоже чаще всего совпадает с английской.
Так вот тут все очень экономно.
Латинские буквы представляются одним байтом, и вполне может быть перемешано:
однобайтовые кодики, двухбайтовые кодики, трехбайтовые кодики и т.д.
UTF 8 точно прижился.
Ну, теперь перейдем к рассмотрению графических данных.
Начнем с того, что графические данные бывают двух типов: растровые и векторные.
Растровые — вот поглядите на этот слайд — это просто множество точек,
там, скажем, 1000х1000, значит, миллион точек.
И каждая точка, она называется пиксель, кодируется, если в
черно-белом изображении, то одним байтом, а если в цветном, то тремя байтами.
Что это такое?
Допустим, если черно-белое изображение.
Тогда все нули — это значит просто не подсвечивается,
ничего нет, в этом месте — черный экран.
То есть пустое место.
А если все единички, то это яркая черная точка.
А все коды между 0 и всеми единичками — это разные уровни
серого цвета: светло-серого, темнее, темнее, темнее, пока не станет черным.
Цветные пиксели кодируются тремя байтами.
Стандарты...
Есть несколько стандартов, но я расскажу вам про один,
самый распространенный — RGB.
Это red, green, blue.
То есть из школьного курса физики вы знаете,
что любой цвет можно представить в виде комбинации красного, синего и зеленого.
Как художники говорят, белый цвет — это не цвет.
На самом деле это действительно комбинация всех цветов, всех остальных цветов.
И чтобы показать вам конкретно какие-то примеры, поглядите на слайд.
Здесь показаны примеры, как кодируется, например,
в HTML — это такой язык для рисования экранных форм.
FF0000 — это интенсивный красный цвет.
00FF00 — интенсивный зеленый цвет, 0000FF — интенсивный синий цвет.
Все нули — черный, все F — белый.
То есть вот видите, как раз белый — комбинация всех трех,
интенсивных красного, зеленого и синего.
Так вот...
А все промежуточные цвета — это просто обозначает яркость.
То есть FF — это наибольшая яркость цвета.
Когда я говорю FF0000 — интенсивный красный, это значит,
что красный наибольшей яркости.
Если будет первые две шестнадцатеричные цифры не FF, а поменьше,
там, AA, например, то будет тоже красный, но не такой яркий.
Наконец, что такое векторное изображение?
Это вообще очень специфическая вещь, не так часто применяется.
Это набор примитивов из элементарных кривых,
отрезков кривых, отрезков — там прямые,
изогнутые, всякие кривые, которые можно описать математическими формулами.
Знаете, где это применяется?
Вот есть специальные такие программы, CAD [НЕРАЗБОРЧИВО] среды для
построения технических чертежей: как станки рисовать, там,
значит, схемы какие-то, электронные схемы.
И там действительно очень много окружностей, прямых, отрезков,
и вот их можно очень экономно представить в виде, там, код: отрезок длины такой-то,
прямой отрезок длины такой-то.
И потом экран должен сам это отрисовать, этот отрезок.
То есть не все точки.
Если у вас, раньше я говорил: 1000х1000,
хороший экран такой — это же миллион пикселей.
Так вот вам надо иметь миллион, если цветной, миллион трехбайтовых значений.
А когда рисуется векторное изображение, вам надо просто короткий код: такой-то
отрезок, так-то лежащий, под таким-то углом, начинается там-то, длины такой-то.
И оказывается, что это существенно более компактное представление,
которое для специфических приложений типа рисования схем очень удобен.
А так, в обычной жизни, конечно же, люди применяют растровые изображения,
чаще всего в формате RBG для цветных.
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.
