ÚVOD DO SVĚTA POČÍTAČŮ kunovsky@dcse.fee.vutbr.cz www.fee.vutbr.cz/~kunovsky.

Prezentace na téma: "ÚVOD DO SVĚTA POČÍTAČŮ kunovsky@dcse.fee.vutbr.cz www.fee.vutbr.cz/~kunovsky."— Transkript prezentace:

1 ÚVOD DO SVĚTA POČÍTAČŮ kunovsky@dcse.fee.vutbr.cz

2 Zpracování dat zpracování nenumerických dat zpracování numerických dat

3 Zpracování nenumerických dat
Zpracování textu Textová data Textový editor Čtyři základní fáze pořizování dokumentu: základní práce s dokumentem editace dokumentu formátování dokumentu tisk dokumentu

4 Zpracování numerických dat
Přesnost zobrazení reálných čísel Přesnost výpočtu Složitost výpočtu

5 Metodika sériového a paralelního výpočtu
Na příkladu řešení soustavy rovnic se prezentuje seriový postup výpočtu (Cramerovým pravidlem) a paralelní postup výpočtu (vytvoří se paralelní model - všechny jednotky pracují současně). Paralelní systémy jsou charakteristické zpětnou vazbou.

6 Mějme následující soustavu rovnic:
ax + by = c dx + ey = f

7 Sériový výpočet A1 := c * e; A2 := b * f; A3 := A1 – A2; A4 := a * e;
A5 := b * d; A6 := A4 – A5; A7 := A3 / A6; .

8 SISD computer IS IS DS CU PU MM CU: control unit PU: processor unit
MM: memory module IS: instruction stream DS: data stream

9 Struktura počítače a funkce jeho základních částí
Definují se pojmy procesor, řadič (zajišťuje automatické řízení celého systému podle programu zapsaného v paměti), aritmeticko-logická jednotka (provádí aritmetické a logické operace), paměť (uchovává informace, v případě potřeby jejich výběr, případně ukládání nových informací. Údaj ukládaný do paměti je zakódován do binární podoby.) a periferie (V/V zařízení, vnější paměti, ovládací zařízení, prostředky pro přenos dat).

10 ax + by = c dx + ey = f Paralelní výpočet

11 b y *

12 b c y * –

13 b c a y x * – :

14 b c a y x * – : x * d

15 b c a y x * – : x * – d f

16 b c a y x * – : x y * – : d f e

17 b c a y x * – : x y * – : d f e

18 b0z p2y -a1py + -a0y

19 p2y py 

20 py y 

21 b0z p2y p2y py py y -a1py +   -a0y

22 b0z p2y py y -a1py +   -a0y -a1 -a0

23 SIMD computer DS1 PU1 MM1 DS2 PU2 MM2 IS CU SM DSn PUn MMm IS

24 MIMD computer IS1 IS1 IS1 DS1 IS2 CU1 PU1 MM1 IS2 IS2 DS2 CU2 PU2 MM2
SM ISn ISn ISn DSn CUn PUn MMm IS

25 Matematické stroje Provádí se rozdělení
na analogové počítače (matematický děj se modeluje analogickým dějem fyzikálním) a na číslicové počítače (čísla se zobrazují pozičně, jako konečné posloupnosti cifer).

26 Historický vývoj výpočetní techniky
před 5000 lety tabulkový systém abakus Francouz Bleise Pascal - sčítací stroj Němec Wilhelm Leibnitz - sčítací a násobící stroj Angličan Charles Babbage - Analytical Engine první mechanický samočinný počítač. Paměť a řízení podle daného programu kalkulátory pro vykonávání základních aritmetických úkonů

27 1937 - Američan Howard Hathaway Aiken se znovu vyslovil
Američan Howard Hathaway Aiken se znovu vyslovil o automatizovánívýpočtů podle dopředu sestaveného programu. Angličan Alan Mathisom Turing matematicky zdůvodnil možnost zkonstruovat univerzální samočinný počítač. Němec Zuse - počítač Z3. IBM (International Business Machines Corporation) – reléový počítač MARK-1 (elektromechanické relé). ENIAC - elektronkový. John von Neumann, program i data ve vnitřní paměti počítače.

28 Generace počítačů Dělení se provádí podle konstrukční, technické úrovně. Každá vyšší generace znamená pokrok v součástkové základně zvýšení operační rychlosti snížení příkonu zlepšení programového vybavení zlepšení formy styku počítače s člověkem Jsou specifikovány reléové, elektronkové, tranzistorové počítače, počítače s integrovanými obvody a počítače s velmi vysokým stupněm integrace.

29 Proudové (zřetězené) a neproudové zpracování

30 S S S S4 IF ID OF EX

31 S S S S4 IF ID OF EX

32 S S S S4 IF ID OF EX

33 S S S S4 IF ID OF EX

34 S S S S4 IF ID OF EX

35 S S S S4 IF ID OF EX

36 S S S S4 IF ID OF EX

37 S S S S4 IF ID OF EX

38 S S S S4 IF ID OF EX

39 S S S S4 IF ID OF EX

40 S S S S4 IF ID OF EX

41 S S S S4 IF ID OF EX

42 S S S S4 IF ID OF EX

43 S S S S4 IF ID OF EX

44 S S S S4 IF ID OF EX

45 S S S S4 IF ID OF EX

46 S S S S4 IF ID OF EX

47 S S S S4 IF ID OF EX

48 S S S S4 IF ID OF EX

49 S S S S4 IF ID OF EX

50 S S S S4 IF ID OF EX

51 EX . . . OF ID IF

52 EX . . . OF ID IF

53 EX . . . OF ID IF

54 EX . . . OF ID IF

55 EX . . . OF ID IF

56 EX . . . OF ID IF

57 EX . . . OF ID IF

58 EX . . . OF ID IF

59 EX . . . OF ID IF

60 EX . . . OF ID IF

61 EX . . . OF ID IF

62 EX . . . OF ID IF

63 EX . . . OF ID IF

64 EX . . . OF ID IF

65 EX . . . OF ID IF

66 EX . . . OF ID IF

67 EX . . . OF ID IF

68 EX . . . OF ID IF

69 EX . . . OF ID IF

70 EX . . . OF ID IF

71 EX . . . OF ID IF

72 EX . . . OF ID IF

73 EX . . . OF ID IF

74 EX . . . OF ID IF

75 EX . . . OF ID IF

76 EX . . . OF ID IF

77 EX . . . OF ID IF

78 EX . . . OF ID IF EX . . . OF ID IF

79 Proudové zpracování Doba zpracování = n + k – 1 n … sekcí k … úloh EX
. . . OF ID IF Doba zpracování = n + k – 1 n … sekcí k … úloh

80 Neproudové zpracování
EX . . . OF ID IF Doba zpracování = n * k n … sekcí k … úloh

81 Součinitel zvýšení propustnosti
k >> n

82

83 Číselné soustavy Obecně lze libovolné celé kladné číslo zapsat polynomem an  zn + an-1  zn-1 + … + a0  z0 , kde z je libovolné přirozené číslo větší než 1, tzv. základ soustavy, a koeficienty ai jsou přirozená čísla, tzv. číslice soustavy, splňující nerovnost 0  ai  z. Při zápisu čísla se obvykle používá zkrácený zápis (anan-1 … a0)z, resp. anan-1 … a0, pokud nemůže dojít k pochybnosti, v jaké soustavě je číslo vyjádřeno.

84 Desítková (dekadická) soustava
jejím základem je číslo deset (z = 10) používá deset číslic (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) v běžném životě nejpoužívanější čísla vyjadřujeme v jednotkách (100), desítkách (101), stovkách (102), tisících (103) atd.

85 Desítková (dekadická) soustava
Např. číslo 6307 můžeme vyjádřit jako: 6 tisíc sta desítek + 7 jednotek 6     1 6     100 = 6307, tedy a3  z3 + a2  z2 + a1  z1 + a0  z0, kde z = 10 (základ), a0 = 7, a1 = 0, a2 = 3, a3 = 6, a4, a5, a6, … = 0 (číslice)

86 Dvojková (binární) soustava
jejím základem je číslo dvě (z = 2) používá dvě číslice (0, 1) v oblasti výpočetní techniky nejpoužívanější

87 desítkové číslo 11 můžeme vyjádřit jako dvojkové číslo 1011:
1     20 1     1 = 11 … dekadicky pokud by mohlo dojít k nejasnostem, v jaké soustavě je dané číslo zapsáno, používá se forma zápisu (1011)2 = (11)10, což čteme jako „dvojkové (binární) číslo jedna nula jedna jedna je rovno desítkovému (dekadickému) číslu jedenáct“.

88 Převody mezi číselnými soustavami
Příklad: Převeďte číslo 10 z desítkové soustavy do dvojkové. Požadované desítkové číslo postupně dělíme dvěma, zapíšeme zbytek a každý výsledek opět dělíme dvěma, až dostaneme nulový podíl. První číslicí ve dvojkové soustavě bude zbytek získaný posledním dělením. výsledek po dělení 2 zbytek 10 : 2 = 5 5 : 2 = 2 1 2 : 2 = 1 1 : 2 = 0 (10)10 = (1010)2

89 Převody mezi číselnými soustavami
Příklad: Převeďte dvojkové číslo do desítkové soustavy. Dvojkové číslo můžeme zapsat jako 1       20 1       1 = 46 (101110)2 = (46)10

90 (586)10 = (1001001010)2 Převod celého čísla (před desetinnou čárkou)
výsledek po dělení 2 zbytek 586 : 2 = 293 293 : 2 = 146 1 146 : 2 = 73 73 : 2 = 36 36 : 2 = 18 18 : 2 = 9 9 : 2 = 4 4 : 2 = 2 2 : 2 = 1 1 : 2 = 0 (586)10 = ( )2

91 Převod desetinného čísla (za desetinnou čárkou)
248 x 2 496 992 1 984 968 936 872 744 488 976 952 (0.248)10 = ( )2

92 ( )10 = ( )2 = =

93 Realizace převodu záporných čísel
Př. (58.625)10 = ( )2PŘ = INV = DOP ( )2TRN (–58.625)10 = ( )2PŘ ( )2INV ( )2DOP ( )2TRN Informaci o znaménku nese nejvyšší bit – bit znaménka

94 Př. máme 8-bitové zobrazení (n = 4, m = 4) a) 3.625 0 011.1010
Nejčastěji se užívá kód doplňkový – lze sečítat libovolná kladná nebo záporná čísla, případný přenos ze znaménkového bitu se zanedbává. Př. máme 8-bitové zobrazení (n = 4, m = 4) a) nedošlo k žádnému přenosu, výsledek je správný

95 b) – – nedošlo k žádnému přenosu, výsledek je správný c) – došlo k oběma přenosům, výsledek je správný

96 d) – – – došlo k oběma přenosům, výsledek je správný e) došlo pouze k jednomu přenosu, výsledek je chybný

97 x 10011 00000

98 Logický součin & & 1 1 1 & & 1 1

99 Aritmetický součet S CO CI A B

100 1 Nulování akumulátoru ACC 1 0 0 1 1 SUM ACC 1 0 0 1 1
SUM ACC & & & & & SBO Nulování akumulátoru ACC

101 2 SUM ACC & & & & & SBO Zápis do akumulátoru ACC

102 3 Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo 0 1 0 0 1 SUM ACC 0 0 0 0 0
SUM ACC & & & & & SBO Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo

103 4 SUM ACC & & & & & SBO Zápis do ACC

104 5 Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo 1 0 1 1 1 SUM ACC 1 0 0 1 1
SUM ACC & & & & & SBO Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo

105 6 SUM ACC & & & & & SBO Zápis do ACC

106 7 Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo 1 1 1 1 0 SUM ACC 1 0 0 1 1
SUM ACC & & & & & SBO Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo

107 8 SUM ACC & & & & & SBO Zápis do ACC

108 9 Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo 0 1 1 1 1 SUM ACC 0 0 0 0 0
SUM ACC & & & & & SBO Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo

109 10 SUM ACC & & & & & SBO Zápis do ACC

110 11 Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo SUM ACC
& & & & & SBO Posuv ACC vpravo Posuv násobitele vpravo

111 12 Zápis do ACC SUM ACC 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 & & & & & SBO
& & & & & SBO Zápis do ACC x 10011 00000

112 Dělení

113 Dělení

114 Příklad

115 Zobrazení v pohyblivé řádové čárce
číslo = (mantisa) * 2exponent

116 Příklad Slovo má 1+32 bitů. Zobrazte reálné číslo:
–145,625 v přímém kódu znaménko čísla ve znaménkovém bitu mantisa v horních 24 bitech exponent v nejnižších 8 bitech, nejvyšší z nich obsahuje znaménko exponentu

117 1) převedeme do dvojkové soustavy
(145,625)10 = ( ,101)2 2) posuneme řádovou čárku před nejvyšší bit a vynásobíme příslušnou mocninou základu 2 x = 0, * 28 3) připojíme znaménko -145,625 = 1,