Контрольная работа по "Информатике". 54

Вопрос №4 Основные характеристики ЭВМ

Основные характеристики ЭВМ

К основным характеристикам ЭВМ относятся:

• Быстродействие это число команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.
• Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительность.
• Производительность это объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени.

Применяются также относительные  характеристики производительности. Фирма  Intel для оценки процессоров предложила тест, получивший название индекс iCOMP (IntelComparativeMicroprocessorPerformance). При его определении учитываются четыре главных аспекта производительности: работа с целыми числами, с плавающей запятой, графикой и видео. Данные имеют 16- и 32-разрядной представление. Каждый из восьми параметров при вычислении участвует со своим весовым коэффициентом, определяемым по усредненному соотношению между этими операциями в реальных задачах. По индексу iCOMP ПМ Pentium 100 имеет значение 810, а Pentium 133-1000.

• Емкость запоминающих устройств. Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно находится в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти.
• Наименьшей структурной единицей информации является бит- одна двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения - байтах (байт равен восьми битам). Следующими единицами измерения служат 1 Кбайт = 210 = 1024 байта, 1 Мбайт = 210 Кбайта = 220 байта, 1 Гбайт =210 Мбайта= 220 Кбайта = 230 байта.
• Емкость оперативной памяти (ОЗУ) и емкость внешней памяти (ВЗУ) характеризуются отдельно. Этот показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и их приложения могут одновременно обрабатываться в машине.
• Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) 2382/14-78).

Высокая надежность ЭВМ закладывается  в процессе ее производства. Применение сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) резко сокращают число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.

• Точность это возможность различать почти равные значения (стандарт ISO - 2382/2-76).

Точность получения результатов  обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми  структурными единицами представления  информации (байтом, словом, двойным словом).

• Достоверность это свойство информации быть правильно воспринятой.

Достоверность характеризуется  вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности  обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Возможны методы контроля достоверности путем  решения эталонных задач и  повторных расчетов. В особо ответственных  случаях проводятся контрольные  решения на других ЭВМ и сравнение  результатов.

Вопрос №6 Виды информации

Информация - это некоторая  последовательность (налицо упорядоченность) сведений, знаний, которые актуализируемы (получаемы, передаваемы, преобразуемы, сжимаемы или регистрируемы) с помощью  некоторых знаков (символьного, образного, жестового, звукового, сенсомоторного типа). Это приращение, развитие, актуализация знаний, возникающее в процессе целеполагающей интеллектуальной деятельности человека. Никакая информация, никакое знание не появляется сразу - этому предшествует этап накопления, осмысления, систематизации опытных данных, взглядов. Знание - продукт такого процесса. Мышление - необходимый атрибут такого процесса.

Информация может существовать в пассивной (не актуализированной) и активной (актуализированной) форме.

Информация по отношению  к окружающей среде (или к использующей ее среде) бывает трех типов: входная, выходная и внутренняя.

Входная информация (по отношению  к окружающей среде) - информация, которую  система воспринимает от окружающей среды.

Выходная информация (по отношению к окружающей среде) - информация, которую система выдает в окружающую среду.

Внутренняя, внутрисистемная  информация (по отношению к системе) - информация, которая хранится, перерабатывается, используется только внутри системы т.е. актуализируемая лишь только подсистемами системы. Это несколько идеализированное (особенно с точки зрения физики открытых систем) понятие.

Информация по отношению  к конечному результату проблемы бывает:

• исходная (на начало актуализации этой информации);
• промежуточная (от начала до завершения актуализации информации);
• результирующая (после завершения её актуализации).

Информация по изменчивости при её актуализации бывает:

• постоянная (не изменяемая никогда при её актуализации);
• переменная (изменяемая при актуализации);
• смешанная - условно - постоянная (или условно-переменная).

Возможна также классификация  информации и по другим признакам:

• по стадии использования (первичная, вторичная);
• по полноте (избыточная, достаточная, недостаточная);
• по отношению к цели системы (синтаксическая, семантическая, прагматическая);
• по отношению к элементам системы (статическая, динамическая);
• по отношению к структуре системы (структурная, относительная);
• по отношению к управлению системой (управляющая, советующая, преобразующая, смешанная);
• по отношению к территории, территориально (федеральная, региональная, местная, относящая к юридическому лицу, относящаяся к физическому лицу, смешанная);
• по доступу (открытая или общедоступная, закрытая или конфиденциальная, смешанная);
• по предметной области, по характеру использования (статистическая, коммерческая, нормативная, справочная, научная, учебная, методическая и т.д., смешанная) и другие.

Вопрос №18 Архитектура микропроцессора и ее элементы

Архитектура типичной небольшой  вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. 2.1 Такая микроЭВМ содержит все 5 основных блоков цифровой машины: устройство ввода информации, управляющее устройство (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) (входящие в состав микропроцессора), запоминающие устройства (ЗУ) и устройство вывода информации.

Рис. 2.1. Архитектура типового микропроцессора.

Микропроцессор координирует работу всех устройств цифровой системы  с помощью шины управления (ШУ). Помимо ШУ имеется 16-разрядная адресная шина (ША), которая служит для выбора определенной ячейки памяти, порта ввода или порта вывода. По 8-разрядной информационной шине или шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от микропроцессора. Важно отметить, что МП может посылать информацию в память микроЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя.

Типы  архитектур

Существует несколько  подходов к классификации микропроцессоров по типу архитектуры. Так, выделяют МП с CISC (CompleteInstructionSetComputer) архитектурой, характеризуемой полным набором команд, и RISC (ReduceInstructionSetComputer) архитектурой, которая определяет систему с сокращенным набором команд одинакового формата, выполняемых за один такт МП.

Определяя в качестве основной характеристики МП разрядность, выделяют следующие типы МП архитектуры:

- с фиксированной разрядностью  и списком команд (однокристальные);

- с наращиваемой разрядностью (секционные) и микропрограммным управлением.

Анализируя адресные пространства программ и данных, определяют МП с  архитектурой фон Неймана (память программ и память данных находятся в едином пространстве и нет никаких признаков, указывающих на тип информации в  ячейке памяти) и МП с архитектурой Гарвардской лаборатории (память программ и память данных разделены, имеют  свои адресные пространства и способы  доступа к ним).

Мы рассмотрим более подробно основные типы архитектурных решений, выделяя связь со способами адресации памяти.

Регистровая архитектура  определяется наличием достаточно большого регистрового файла внутри МП. Команды  получают возможность обратиться к  операндам, расположенным в одной  из двух запоминающих сред: оперативной  памяти или регистрах. Размер регистра обычно фиксирован и совпадает с  размером слова, физически реализованного в оперативной памяти. К любому регистру можно обратиться непосредственно, поскольку регистры представлены в  виде массива запоминающих элементов - регистрового файла. Типичным является выполнение арифметических операций только в регистре, при этом команда содержит два операнда (оба операнда в регистре или один операнд в регистре, а второй в оперативной памяти).

1. Стековая архитектура дает возможность создать поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации.В общем случае команды неявно адресуются к элементу стека, расположенному на его вершине, или к двум верхним элементам стека.
2. Архитектура МП, ориентированная на оперативную память (типа "память-память"), обеспечивает высокую скорость работы и большую информационную емкость рабочих регистров и стека при их организации в оперативной памяти. Архитектура этого типа не предполагает явного определения аккумулятора, регистров общего назначения или стека; все операнды команд адресуются к области основной памяти. С точки зрения важности для пользователя-программиста под архитектурой в общем случае понимают совокупность следующих компонентов и характеристик:

- разрядности адресов  и данных;

- состава, имен и назначения  программно-доступных регистров;

- форматов и системы  команд;

- режимов адресации памяти;

- способов машинного представления  данных разного типа;  
- структуры адресного пространства;

- способа адресации внешних  устройств и средств выполнения  операций ввода/вывода;

- классов прерываний, особенностей  инициирования и обработки прерываний.

Вопрос № 21 Рабочий цикл микропроцессора

Функционирование процессоров  в основном состоит из повторяющихся  рабочих циклов, каждый из которых  соответствует выполнению одной  команды программы. Завершив рабочий  цикл для текущей команды, процессор  переходит к выполнению рабочего цикла для следующей команды  программы.

В общем виде команды, выполняемые  процессором, имеют следующий формат:

• КОП Аk
• КОП - код операции, затребованной в команде, Аk - адресный код.

В зависимости от того, сколько  полей содержит адресный код различают команды: безадресные, одноадресные, двухадресные и т.д.

Схема рабочего цикла процессора представлена на рисунке.

На схеме показаны варианты рабочего цикла для четырех групп  команд:

• основных (арифметические, логические и пересылочные операции)
• передачи управления
• ввода-вывода
• системных (устанавливающих состояние процессора, маску прерывания, слово состояния программы и др.)

Рабочий цикл начинается с  распознавания состояния процессора - "счет" или "ожидание". Далее  производится проверка наличия немаскированных  прерываний.

В состоянии "ожидание" никакие программы не выполняются - процессор ждет поступления прерывания, после чего управление передается прерывающей  программе, переводящей процессор  в состояние "счет".

В состоянии "счет" при  наличии немаскированных прерываний происходит выход из нормального  рабочего цикла и переход к  процедуре обработки запросов прерывания.

При отсутствии прерываний в состоянии "счет" последовательно  выполняются этапы рабочего цикла: выборка очередной команды и  определение по коду операции ее группы, подготовка операндов (формирование исполнительных адресов и выборка операндов  из памяти), обработка операндов  в АЛУ и запоминание результата.

На этапе выборки очередной  команды образуется согласно естественному  порядку адрес следующей за ней  команды (продвинутый адрес), при  этом счетчик команд инкрементируется.

В процессе выполнения заданной командой операции формируется признак  результата операции, используемый командами  условного перехода при организации  ветвлений в программах.

Указанная выше последовательность составляет основной вариант рабочего цикла, реализуемый при выполнении основных команд.

При выполнении команд передачи управления проверяется заданное условие. Если условие не выполняется, то следующую  команду указывает продвинутый  адрес, установленный ранее в  СчК. Если условие выполняется, то в СчК передается адрес, заданный командой передачи управления.

Команды ввода-вывода инициируют в канале операцию обмена информацией  между ядром ЭВМ (основной памятью) и периферийным устройством.

Системные команды осуществляют переключения состояния процессора (программы) путем загрузки нового слова  в регистр состояния процессора

Вопрос №46 Двоичная система счисления

В двоичной системе счисления  используются всего две цифры 0 и 1. Другими словами, двойка является основанием двоичной системы счисления. (Аналогично у десятичной системы  основание 10.)

Чтобы научиться понимать числа в двоичной системе счисления, сначала рассмотрим, как формируются  числа в привычной для нас  десятичной системе счисления.

В десятичной системе счисления  мы располагаем десятью знаками-цифрами (от 0 до 9). Когда счет достигает 9, то вводится новый разряд (десятки), а  единицы обнуляются и счет начинается снова. После 19 разряд десятков увеличивается  на 1, а единицы снова обнуляются. И так далее. Когда десятки  доходят до 9, то потом появляется третий разряд – сотни.

Двоичная система счисления  аналогична десятичной за исключением того, что в формировании числа участвуют всего лишь две знака-цифры: 0 и 1. Как только разряд достигает своего предела (т.е. единицы), появляется новый разряд, а старый обнуляется.

Попробуем считать в двоичной системе:

0 – это ноль

1 – это один (и это  предел разряда)

10 – это два

11 – это три (и это  снова предел)

100 – это четыре

101 – пять

110 – шесть

111 – семь и т.д.

Перевод чисел из двоичной системы счисления в десятичную

Не трудно заметить, что  в двоичной системе счисления  длины чисел с увеличением  значения растут быстрыми темпами. Как  определить, что значит вот это: 10001001? Непривычный к такой форме  записи чисел человеческий мозг обычно не может понять сколько это. Неплохо бы уметь переводить двоичные числа в десятичные.

В десятичной системе счисления  любое число можно представить  в форме суммы единиц, десяток, сотен и т.д. Например:

1476 = 1000 + 400 + 70 + 6

Можно пойти еще дальше и разложить так:

1476 = 1 * 103 + 4 * 102 + 7 * 101 + 6 * 100

Посмотрите на эту запись внимательно. Здесь цифры 1, 4, 7 и 6 - это  набор цифр из которых состоит  число 1476. Все эти цифры поочередно умножаются на десять возведенную в  ту или иную степень. Десять – это  основание десятичной системы счисления. Степень, в которую возводится десятка  – это разряд цифры за минусом  единицы.

Аналогично можно разложить  и любое двоичное число. Только основание  здесь будет 2:

10001001 = 1*27 + 0*26 + 0*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20

Если посчитать сумму  составляющих, то в итоге мы получим  десятичное число, соответствующее 10001001:

1*27 + 0*26 + 0*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 = 128 + 0 + 0 + 0 + 8 + 0 + 0 + 1 = 137

Т.е. число 10001001 по основанию 2 равно числу 137 по основанию 10. Записать это можно так:

100010012 = 13710

Почему двоичная система  счисления так распространена?

Дело в том, что двоичная система счисления – это язык вычислительной техники. Каждая цифра  должна быть как-то представлена на физическом носителе. Если это десятичная система, то придется создать такое устройство, которое может быть в десяти состояниях. Это сложно. Проще изготовить физический элемент, который может быть лишь в двух состояниях (например, есть ток  или нет тока). Это одна из основных причин, почему двоичной системе счисления  уделяется столько внимания.

Перевод десятичного числа  в двоичное

Может потребоваться перевести  десятичное число в двоичное. Один из способов – это деление на два и формирование двоичного числа из остатков. Например, нужно получить из числа 77 его двоичную запись:

77 / 2 = 38 (1 остаток)

38 / 2 = 19 (0 остаток)

19 / 2 = 9 (1 остаток)

9 / 2 = 4 (1 остаток)

4 / 2 = 2 (0 остаток)

2 / 2 = 1 (0 остаток)

1 / 2 = 0 (1 остаток)

Собираем остатки вместе, начиная с конца: 1001101. Это и  есть число 77 в двоичном представлении. Проверим:

1001101 = 1*26 + 0*25 + 0*24 + 1*23 + 1*22 + 0*21 + 1*20 = 64 + 0 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 77

6. Библиографический  список

Основная:

1. Зубов Ю.И. История создания цифровых электронных вычислительных машин // История науки и техники.- 2002.- N 1.
2. Гриценко В.И. Информационная технология: вопросы развития и применения / Гриценко В.И., Паньшин Б.Н.; АН УССР. Ин-т кибернетики им. В.М.Глушкова. - Киев: Наук. думка, 1988. - 268 с.
3. Тукачинский М.С. Как считают машины. - М.-Л: Гостехтеориздат, 1952.
4. Уайт Т.К. Электронные вычислительные машины // Америка. - 1972. - N 193.