Электронный учебник по УД ОП.08 Вычислительная техника (1 курс СПО)

• 1 слайд

  История развития
  вычислительной
  техники
  

• 2 слайд

  Древние люди для своих расчетов использовали пальцы рук, камешки, зарубки на дереве или кости, узелки на веревке.
  Счет появился гораздо раньше письменности, но развитию письменного счета мешала существующие в те далекие времена способы записи чисел. Как сложить или разделить числа XVI и XIII? К тому же очень мало людей в те времена умели писать, да и бумаги тогда не было, папирус был слишком дорогой, а глиняные таблички не удобны.
  

• 3 слайд

  Кости с зарубками
  («вестоницкая кость», Чехия, 30 тыс. лет до н.э)
  
  
  Узелковое письмо (Южная Америка, VII век н.э.)
  узлы с вплетенными камнями
  нити разного цвета (красная – число воинов, желтая – золото)
  десятичная система
  Первые средства счета
  

• 4 слайд

  Абак
  Абак (V век до нашей эры) представлял собой дощечку с желобками, в которых размещались камешки или косточки. Каждый желобок соответствовал определённому разряду числа.
  

• 5 слайд

  Соробан (Япония) – XV-XVI века.
  
  Суан-пан (Китай) - VI век.
  
  Счеты (Россия) – XVII век.
  
  Затем люди додумались нанизать камешки с дырочками на палочки и закрепить их в специальную рамку. Так были изобретены счёты.
  СЧЕТЫ
  

• 6 слайд

  1623 г. – машина Шиккарда
  Эта первая механическая машинка могла складывать и вычитать, а по сведениям других источников – еще умножать и делить.
  (1642) - Арифмометр Паскаля («Паскалина»)
  Счётная машина Паскаля могла только складывать и вычитать.
  

• 7 слайд

  1657 – логарифмическая линейка
  Англичанин Р. Биссакар, а в 1657 году – независимо от него – С.Патридж разработали прямоугольную логарифмическую линейку, Это простое, на первый взгляд, устройство достаточно хорошо продумано и позволяет производить сложные вычисления.
  1673 - Арифмометр Лейбница
  Счётную машину для 12-разрядных десятичных чисел создал немецкий учёный Вильгельм Готфрид фон Лейбниц. К зубчатым колёсам он прибавил ступенчатый валик, который кроме сложения и вычитания позволяет выполнять операции умножения и деления.
  

• 8 слайд

  1820 – механический калькулятор
  Первый механический калькулятор, который мог складывать, умножать, вычитать и делить, создал Чарльз Ксавьер Томас.
  1801 -1808 - Жаккардов ткацкий станок
  Французский изобретатель Жозефом Мари Жаккар создал машину для выработки крупноузорчатых тканей. Для управления нитями в ней применялись специальные карты с отверстиями перфокарты.
  

• 9 слайд

  1836-1848 – аналитическая машина Бэббиджа
  12 лет Чарльз Бэббидж разрабатывал механический прототип первых ЭВМ. Его вычислительная машина должна была выполнять вычисления по программе, задаваемой с помощью перфокарт. Результаты вычислений планировалось выдавать на печать или на перфокарты. К сожалению, технологии того времени не позволили Бэббиджу полностью воплотить идею создания аналитической машины.
  1887 г -табулятор Холлерита
  Устройство для обработки данных, нанесенных на перфокарты. Табуляторами обрабатывались данные национальных переписей населения в США (1890г.) и России (1897 г.).
  

• 10 слайд

  Они были аналоговыми и работали на основе новой техники начала века - электромеханических реле.
  Эти машины проводили непрерывные измерения каких-либо величин, например, напряжения электрического тока, и с помощью определенных математических формул выдавали результат обычно в виде разных графиков и диаграмм.
  Первые вычислительные машины
  Позже появились цифровые ЭВМ. Сейчас почти все компьютеры в мире являются цифровыми. Принцип их действия основан на счете чисел и использует для счета только два состояния электрического тока: включено и выключено, которые соответствуют цифрам 0 и 1, с которыми и работает непосредственно “мозг” компьютера.
  

• 11 слайд

  1919 - Энигма
  Энигма – разработанная в Германии шифровальная машина, которая использовалась немецкими войсками в период Второй Мировой войны.
  1944 - «Марк-I»
  Разработчик – Говард Айкен
  Первый автоматический компьютер в США:
  длина 17 м, вес 5 тонн
  75 000 электронных ламп
  3000 механических реле
  сложение – 3 секунды, деление – 12 секунд
  

• 12 слайд

  «ЭНИАК» (1946)
  Разработчики – Джон Моучли и Преспер Эккерт
  Первый компьютер общего назначения на электронных лампах:
  длина 26 м, вес 35 тонн
  сложение – 1/5000 сек, деление – 1/300 сек
  десятичная система счисления
  10-разрядные числа
  проблема – сложность ввода
  программ…
  

• 13 слайд

  ПЕРВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ В СССР
  

• 14 слайд

  Компьютеры С.А. Лебедева
  1950. МЭСМ – малая электронно-счетная машина
  6 000 электронных ламп
  3 000 операций в секунду
  двоичная система
  
  
  1952. БЭСМ – большая электронно-счетная машина (С.А.Лебедев, г.Москва)
  5 000 электронных ламп
  10 000 операций в секунду
  

• 15 слайд

  ЭВМ "КИЕВ" стала первой в Европе машиной с адресным языком программирования, а также первой системой цифровой обработки изображений и моделирования примитивных интеллектуальных процессов. К ней были подключены два оригинальных периферийных устройства, которые позволили моделировать на ЭВМ простейшие алгоритмы обучения распознаванию образов и обучению целенаправленному поведению: устройство для ввода изображений с бумажного носителя или фотопленки и устройство вывода изображений из ЭВМ.
  Ламповая вычислительная машина "КИЕВ"
  1956 год
  

• 16 слайд

  ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ
  

• 17 слайд

  Первое поколение ЭВМ
  (1945-1955)
  на электронных лампах
  быстродействие 10-20 тысяч операций в секунду
  каждая машина имеет свой язык
  нет операционных систем
  ввод и вывод: перфоленты,
  перфокарты, магнитные ленты
  огромные размеры
  стоимость несколько млн.$
  
  1949 год – Морис Уилкс создает первый компьютер EDVAC
  

• 18 слайд

  Второе поколение ЭВМ (1955-1966)
  на полупроводниковых элементах – транзисторах
  быстродействие 10-200 тыс. операций в секунду
  первые операционные системы
  первые языки программирования:
  Фортран (1957), Алгол (1959)
  средства хранения информации:
  магнитные барабаны,
  магнитные диски
  
  1953-1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702
  1965-1966. БЭСМ-6
  60 000 транзисторов
  200 000 диодов
  1 млн. операций
  в секунду
  память – магнитная
  лента, магнитный
  барабан
  
  
  
  

• 19 слайд

  Третье поколение ЭВМ
  (1965-1980)
  на интегральных микросхемах
  
  быстродействие до 1 млн. операций в секунду
  оперативная памяти – сотни тысяч байт
  операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора
  языки программирования Бэйсик (1965), Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи)
  совместимость программ
  

• 20 слайд

  Четвертое поколение ЭВМ
  (1970-…)
  компьютеры на больших и сверхбольших
  интегральных схемах (БИС, СБИС)
  персональные компьютеры
  появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса
  быстродействие более 1 млрд. операций в секунду
  оперативная памяти – до нескольких гигабайт
  многопроцессорные системы
  компьютерные сети
  возможности мультимедиа (графика, анимация, звук)
  

• 21 слайд

  1972. «ILLIAC-IV» (США)
  20 млн. операций в секунду
  многопроцессорная система
  1976. «Cray-1» (США)
  166 млн. операций в секунду
  память 8 Мб
  векторные вычисления
  1980. «Эльбрус-1» (СССР)
  15 млн. операций в секунду
  память 64 Мб
  1985. «Эльбрус-2» (СССР)
  8 процессоров
  125 млн. операций в секунду
  память 144 Мб
  водяное охлаждение
  
  
  
  
  1985. «Cray-2»
  2 млрд. операций в секунду
  1989. «Cray-3»
  5 млрд. операций в секунду
  1995. «GRAPE-4» (Япония)
  1692 процессора
  1,08 трлн. операций в секунду
  
  2002. «Earth Simulator» (NEC)
  5120 процессоров
  36 трлн. операций в секунду
  
  2005. «BlueGene/L» (IBM)
  131 072 процессора
  280 трлн. операций в секунду
  
  

• 1 слайд

  Программирование на языке ассемблер (Assembler)
  
  
  
  

• 2 слайд

  
  
  1) Структура команд ассемблера.
  Язык программирования наиболее полно учитывающий особенности "родного" микропроцессора и содержащий мнемонические обозначения машинных команд называется Ассемблером. Программа, написанная на Ассемблере называется исходной программой. Далее остановимся на версии, называемой Турбо Ассемблер.
  Разработка программы на Ассемблере состоит из следующих этапов:
  1) Составление алгоритма в виде блок-схемы или структурного описания,
  2) Ввод в ЭВМ текста исходной программы PROG.ASM с помощью редактора текстов. Имя PROG может быть произвольным, а расширение ASM - обязательно,
  3) Перевод (трансляция или ассемблирование) исходной программы в машинные коды с помощью транслятора TASM.EXE. На этом этапе получается промежуточный продукт PROG.OBJ (объектный код). Выявленные при этом синтаксические и орфографические ошибки исправляются повтором
  4) Преобразование с помощью программы TLINK.EXE объектного кода PROG.OBJ в выполнимый код PROG.EXE или PROG.COM.
  5) Выполнение программы и ее отладка начиная с п.1, если встретились логические ошибки.
  
  

• 3 слайд

  Текст программы на Ассемблере содержит следующие операции:
  а) команды или инструкции,
  б) директивы или псевдооператоры,
  в) операторы,
  г) предопределенные имена.
  Действия обусловленные операциями перечисленными в пп.б,в,г выполняются на этапе трансляции, т.е. являются командами Ассемблеру. Операции, называемые командами или инструкциями выполняются во время выполнения программы, т.е. являются командами микропроцессору.Инструкция записывается на отдельной строке и включает до четырех полей, необязательные из которых выделены [ ]:
  
  Метка или символический адрес- условный адрес операции.
  Мнемоника - сокращенное обозначение кода операции (КОП) команды, например мнемоника ADD обозначает сложение (addition).
  Операндами могут быть явно или неявно задаваемые двоичные наборы, над которыми производятся операции.Операнды приводятся в одной из четырех систем счисления и должны оканчиваться символом b(B), o(O), d(D), h(H) для 2, 8, 10 или 16-ной системы счисления.. К шестнадцатиричному числу добавляется слева ноль, если оно начинается с буквы.
  

• 4 слайд

  Система команд может быть классифицирована по трем основным признакам -
  длина команды или число занимаемых ею байтов,
  функциональное назначение и
  способ адресации.
  Для МП 1810ВМ86 (8086) команда занимает от одного до шести байтов. Первым байтом команды всегда является код операции, например код команды INT XXh равен CD(HEX).
  По функциональному признаку их можно разбить на пять больших групп:
  команды пересылки данных,
  2. арифметические команды,
  3. логические команды,
  4. команды переходов и
  5. команды управления.
  Существует пять основных способов адресации:
  регистровая,
  непосредственная,
  прямая,
  косвенная и
  стековая.
  Большинство остальных способов адресации являются комбинациями или видоизменениями перечисленнных.
  

• 5 слайд

  В первом случае операнд(ы) располагаются в регистрах микропроцессора (МП), например по команде MOV AX,CX пересылается содержимое CX в AX.
  При непосредственной адресации операнд располагается в памяти непосредственно за КОП, инструкция MOV AL,0f5h записывает число 245(f5) в регистр AL.
  В случае прямой адресации за КОП следует не сам операнд, а адрес ячейки памяти или внешнего устройства, например команда IN AL,40h вводит байт данных из внешнего устройства с адресом 40h.
  Косвенная адресация отличается от регистровой тем, что в регистре хранится адрес операнда, т.е. по команде MOV AL,[BX] в аккумулятор al будет записано число из ячейки памяти с адресом, хранящимся в регистре BX.
  Стековая адресация производится к операндам расположенным в области памяти, называемой стек.
  

• 6 слайд

  2). Структура программы на ассемблере.
  Программа, написанная на ассемблере, содержит следующие компоненты: ОПЕРАТОРЫ, ПРЕДОПРЕДЕЛЁННЫЕ ИМЕНА, ДИРЕКТИВЫ И КОМАНДЫ.
  1. ПРЕДОПРЕДЕЛЕННЫЕ ИМЕНА
  $ - программный счетчик. Отмечает текущий адрес в текущем сегменте.
  @data - адрес начала сегмента данных.
  mov ax,@data
  mov ds,ax;
  в сегментном регистре DS теперь адрес сегмента данных.
  ??date, ??time, ??filename - эти имена во время трансляции заменяются, соответственно на текущие дату, время и имя файла в формате ASCII.
  2 ОПЕРАТОРЫ
  1. () - скобки, определяют порядок вычислений
  2. [] - например [BX] означает содержимое ячейки памяти с адресом в регистре bx. Признак косвенной адресации.
  3. +, -, *, / - операторы сложения, вычитания, умножения и деления.
  mov ax, (2 * 3 + 8 / 2) - 2; в регистр ax будет помещено число 8.
  4. MOD - деление по модулю. Даёт остаток.
  

• 7 слайд

  5. SHL,SHR - сдвиг операнда влево, вправо.
  mov si, 01010101b SHR 3; в регистр SI будет загружено число 0Ah (00001010).
  6. NOT - побитовая инверсия.
  7. AND,OR,XOR – операции
  mov dl, (10d OR 5d) XOR 7d; (dl) будет равно 8.
  8. : - переназначение сегмента.
  mov dl,[es:bx]; поместить в dl байт данных из сегмента es и отстоящий от его начала на (bx) байтов (смещение).
  9. OFFSET - оператор получения смещения адреса относительно начала сегмента (то есть количества байтов от начала сегмента до идентификатора адреса).
  mov bx, OFFSET table
  ДИРЕКТИВЫ (ПСЕВДООПЕРАТОРЫ)
  1. : - определяет близкую метку (в пределах сегмента).
  2 . = - присваивает символическому имени значение выражения.
  3. .CODE - определяет начало кодового сегмента, то есть сегмента, где располагаются коды программы.
  4. .DATA - определяет начало сегмента данных.
  5. DB,DW - директивы резервирующие один или несколько байтов: DB, или одно или несколько слов: DW.
  
  

• 8 слайд

  6. END - обозначает конец программы.
  7. ENDM - окончание блока или макроопределения
  8. ENDP - обозначает конец подпрограммы.
  9. EQU - присваивает символическому имени или строке значение выражения.
  10. LABEL - определяет метку соответствующего типа.
  11. LOCAL - определяет метки внутри макроопределений как локальные и в каждом макрорасширении вместо них ассемблер вставляет уникальные метки: ??XXXX, где XXXX = (0000...FFFF)h. Почему ??XXXX ? Да потому что никому не должно прийти в голову начинать символическое имя с ??, и транслятор смело может генерировать метки не боясь совпадений.
  12. MACRO - задает макроопределение.
  Swap MACRO a,b; a,b - параметры макро (ячейки памяти)
  mov ax,b;данное макрооопределение позволяет делать
  mov bx,a;обмен данными между ячейками памяти, в
  mov a,ax;отличие от команды xchg ;
  mov b,bx;нельзя mov a,b;
  ENDM
  Вызов этого макроса производится командой: Swap m,n
  

• 9 слайд

  
  13. .MODEL - определяет размер памяти под данные и код программы.
  .MODEL tiny;под программу,данные и стек отводится один общий сегмент (64 Kb).
  14. PROC - определяет начало подрограммы.
  Print PROC NEAR
  ;здесь команды подпрограммы
  Print ENDP
  ....
  call Print;вызов подпрграммы.
  15. .STACK - определяет размер стека.
  .STACK 200h; выделяет 512 байтов для стека.
  16. .RADIX base - определяет систему счисления по умолчанию, где base - основание системы счисления: 2, 8, 10, 16.
  .RADIX 8
  oct = 77; oct равно 63d.
  17. ; - начало комментария.
  

• 10 слайд

  Рассмотрим классификацию команд.
  1. КОМАНДЫ ПЕРЕСЫЛКИ
  1. MOV DST,SRC; переслать (SRC) в (DST). Здесь и далее содержимое регистра, например регистра AL будет обозначаться - (AL) или (al), а пересылка в комментарии будет обозначаться знаком <-- .
  2. PUSH RP; поместить на вершину стека содержимое пары регистров RP (например push bx).
  3. POP RP; снять с вершины стека два байта и поместить в пару RP (например pop ax).
  4. XCHG DST, SRC; поменять местами содержимое (DST) и (SRC). Оба операнда не могут быть одновременно содержимым ячеек памяти.
  5. XLAT SRC; извлечь из таблицы с начальным адресом SRC байт данных имеющий номер от начала таблицы = (AL), и поместить его в AL. Адрес SRC должен находиться в регистре BX. Другой вариант: XLATB.
  6. IN ACCUM, PORT; поместить в аккумулятор AL или AX байт или слово из порта с адресом PORT. Если адрес порта <= FF то адрес порта может указываться непосредственно, если адрес порта > FF, то адрес порта указывается косвенно, через содержимое регистра DX (специальная функция регистра общего назначения).
  

• 11 слайд

  
  7. OUT PORT, ACCUM; переслать из аккумулятора AL или AX байт или слово в ВУ с символическим адресом PORT.
  8. LEA RP,M; загрузить в регистр RP эффективный адрес (смещение) ячейки памяти с символическим адресом M.
  
  2.АРИФМЕТИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ
  1. ADD DST, SRC; сложить содержимое SRC и DST и результат переслать в DST.
  add al, [mem_byte]; mem_byte однобайтовая ячейка памяти
  add [mem_word], dx; mem_word двухбайтовая ячейка памяти
  add ch,10001010b;
  2. INC DST; увеличить (DST) на 1 (инкремент (DST)).
  3. SUB DST, SRC; вычесть (SRC) из (DST) и результат поместить в DST.
  4. DEC DST; декремент (DST).
  5. CMP DST, SRC; сравнить содержимое DST и SRC. Эта команда выполняет вычитание (SRC) из (DST) но разность не помещает в DST и по результату операции воздействует на флаги.
  

• 12 слайд

  3. ЛОГИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ И КОМАНДЫ СДВИГА
  
  1. AND DST, SRC; поразрядное логическое "И".
  2. OR DST, SRC; поразрядное логическое "ИЛИ".
  4. NOT DST; инверсия всех битов приемника.
  5. TEST DST, SRC; выполняет операцию AND над операндами, но воздействует только на флаги и не изменяет самих операндов.
  6. SHR DST, CNT; логический сдвиг вправо, освобождающиеся слева биты заполняются нулем, крайний правый бит выталкивается во флаг CF. Операнд DST может быть ячейкой
  7. SHL DST, CNT; логический сдвиг влево.
  8. RLC DST, CNT; циклический сдвиг влево через перенос
  9. RRC DST, CNT;циклический сдвиг вправо через перенос
  10. ROR DST, CNT;циклический сдвиг влево
  11. ROL DST, CNT;циклический сдвиг вправо
  

• 13 слайд

  4. КОМАНДЫ ПЕРЕДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ
  
  1. CALL SUBR; вызов подпрограммы с адресом SUBR;
  2. RET; возврат из подпрограммы к оператору следующему непосредственно за CALL, то есть в приведенном выше примере к MOV ..
  3. JMP NAME; безусловный переход к команде с символическим адресом NAME.
  4. JA NAME или JNBE NAME; условный переход, если, например, в результате сравнения CMP DST, SRC приемник по абсолютной величине больше источника, то перейти к метке name.
  5. JB NAME или JNAE NAME; условный переход, если, например, в результате сравнения CMP DST, SRC приемник по абсолютной величине меньше источника, то перейти к метке name (команды п4 и п5 выполняются по результатам выполнения операций над беззнаковыми числами).
  6. JZ NAME или JE NAME; перейти, если результат операции влияющей на флаг нуля - нулевой (переход по "нулю").
  7. JNZ NAME или JNE NAME; переход по "не нулю". (команды п6 и п7 выполняются по результатам выполнения операций над числами cо знаком ).
  

• 14 слайд

  5. КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИКЛАМИ
  
  1. LOOP NAME; эта команда неявно уменьшает (CX) на 1 и осуществляет переход к ближней метке, если (CX) не равно 0.
  2. LOOPZ NAME или LOOPE NAME кроме того осуществляет проверку ZF флага. Поэтому цикл заканчивается по условию, когда (CX) = 0 или (ZF) = 0 или и то и другое вместе. Т.о. эта команда служит для обнаружения первого ненулевого результата.
  3. LOOPNZ, LOOPNE - выход из цикла по "нулю".
  6.КОМАНДЫ ОБРАБОТКИ СТРОК (ЦЕПОЧЕК БАЙТОВ)
  1. LODSB; команда lodsb загружает байт адресованный регистром SI из сегмента данных, и увеличивает SI на 1, если перед этим была введена команда CLD (очистить флаг направления DF) и уменьшает SI на 1, если была использована команда STD (установить флаг направления).
  2. MOVSB; эта команда перемещает один байт из ячейки памяти с адресом в регистре SI в ячейку памяти с адресом в регистре DI и увеличивает (SI) и (DI) на 1. Значение SI может находиться, как в сегменте данных DS, так и в дополнительном сегменте ES. Значение DI может находиться только в дополнительном сегменте ES.
  3. REP ;префикс повторения команды
  4. CMPSB; осуществляет сравнение байта строки источника c адресом (SI) и байта строки приемника с адресом (DI)
  
  
  

• 15 слайд

  7. КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОМ
  
  1. CLC; сбросить флаг переноса (CF) = 0.
  2. STC; установить флаг переноса (CF) = 1.
  3. CMC; инвертировать флаг пнреноса.
  4. CLD; очистить флаг направления (DF) = 0, в этом случае операции над строками (цепочками байтов) будут производиться от младшего адреса к старшему.
  5. STD; установить флаг направления (DF) = 1,обработка цепочек байтов производится от старшего адреса к младшему.
  6. STI; установить флаг прерываний (IF) = 1, разрешить прерывания от внешних устройств.
  7.CLI; очистить флаг прерываний.
  8. NOP; холостая операция.
  8. КОМАНДЫ ПРЕРЫВАНИЙ
  INT INUM; эта команда вызывает программное прерывание, то есть переход к ячейке памяти с адресом хранящимся в четырех байтах, начиная с адреса INUM * 4, где INUM = (0...255). Это 4-х байтовое число является указателем подпрограммы обработчика данного прерывания, и иначе называется вектором
  
  

• 16 слайд

  3). ШАБЛОНЫ ДЛЯ ПРОГРАМM
  
  
  Текст: C:\MASM.611\BIN\IGN2.ASM
  Ст. 0 131 байт 100%
  code segment
  main:
  mov ax, 12 ;(pribavity)
  mov bx,- 4
  idiv bx
  mov ax, 4c00h
  int 21h
  code ends
  end main
  end