Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
2 монеты
doc

Шпаргалка «Экзаменационная» по Архитектуре вычислительных систем (Агеев В. Н.)

1 Поколения ЭВМ. Классификация ЭВМ по элементной базе.

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют несколько поколений ЭВМ.1е поколение 50е годы Элементная база (для УУ, АЛУ): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.Основной тип ЭВМ: Большие.Основные устройства ввода : Пульт, перфокарточный, перфоленточный ввод.Основные устройства вывода: Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод.Внешняя память: Магнитные ленты, барабаны, перфоленты, перфокарты 2е поколение 60е Элементная база (для УУ, АЛУ): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах.(транзисторах).Основной тип ЭВМ: Большие. Основные устройства ввода: Добавился алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура.Основные устройства вывода: Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод.Внешняя память: Добавился магнитный диск .3е поколение 70е Элементная база (для УУ, АЛУ): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе).Основной тип ЭВМ: Малые (мини).Основные устройства ввода: Алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура.Основные устройства вывода: Графопостроитель, принтер.Внешняя память: Перфоленты, магнитный диск. 4е поколение 80еЭлементная база (для УУ, АЛУ): ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах– микропроцессорах (десятки тысяч – миллионы транзисторов в одном кристалле).Основной тип ЭВМ: Микро.Основные устройства ввода: Цветной графический дисплей, сканер, клавиатура.Основные устройства вывода: Графопостроитель, принтер.Внешняя память: Магнитные и оптические диски.5–е поколение, 90-е годы: Элементная база (для УУ, АЛУ): ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;6–е поколение и последующие поколения:

Элементная база (для УУ, АЛУ): оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа(десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

2. Представление различной информации в ЭВМ: числовой, текстовой, графической и т.д.

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации, кодирование - переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц.Используется 2 формы записи: число с фиксированной точкой и число с плавающей точкой.Числа с фиксированной точкой использовались на раннем этапе развития ЭВМ. Структура чисел с фиксированной точкой: нулевой разряд знаковый, оставшиеся – разряды числа. Фиксированная точка означает, что на этапе конструирования ЭВМ было определено, сколько и какие разряды машинного слова (или любые другие размерности ячейки памяти) были отведены для изображения целой и дробной части. Достоинства: простая реализация арифметических операций, а также высокая точность изображения числа. Недостаток – небольшой диапазон представления чисел.Числа с плавающей точкой. Для их представления используется полулогарифмическая форма. Представление числа: N = +/- m*q^(+/-p). N – число в исходном виде; m – мантисса; q – основание системы счисления; p – порядок числа. Положение точки в числе определяется значением порядка. Числа с плавающей точкой позволяют увеличить диапазон обрабатываемых чисел, но при этом точность изображения чисел определяется только разрядами m и уменьшается по сравнению с числами с фиксированной точкой.|Чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью компьютерных программ можно преобразовывать полученную информацию, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников.|Аналогично на компьютере можно обрабатывать текст. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов. Кодирование графической информации. В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, выводимом на экран. Почти все создаваемые, обрабатываемые или просматриваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части – растровую и векторную графику. Растровые изображения представляют собой однослойную сетку точек, называемых пикселами (pixel, от англ. picture element). Код пиксела содержит информации о его цвете. Для черно-белого изображения (без полутонов) пиксел может принимать только два значения: белый и черный (светится – не светится), а для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 – белый, 0 – черный. На RGB-мониторах все разнообразие цветов получается сочетанием базовых цветов – красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue), из которых можно получить 8 основных комбинаций.Vекторное изображение многослойно. Каждый элемент векторного изображения – линия, прямоугольник, окружность или фрагмент текста – располагается в своем собственном слое, пикселы которого устанавливаются независимо от других слоев. Каждый элемент векторного изображения является объектом, который описывается с помощью специального языка (математических уравнения линий, дуг, окружностей и т.д.).

3. Системы счисления. Перевод из одной системы счисления в другую. Арифметические действия в различных системах счисления.Системой счисления называют систему приемов и правил, позволяющих устанавливать взаимно-однозначное соответствие между любым числом и его представлением в виде совокупности конечного числа цифр. В зависимости от способа изображения чисел с помощью цифр сc делятся на позиционные и непозиционные.В непозиционных сc любое число определяется как некоторая функция от численных значений совокупности цифр, представляющих это число. Цифры в непозиционных сc соответствуют некоторым фиксированным числам, а результирующее число получается сложением, если меньшая цифра справа или вычитанием, если – слева, его цифр. Пример - римская сc.В вычислительной технике непозиционные сc не применяются.Сc называют позиционной, если одна и та же цифра может принимать различные численные значения в зависимости от положения этой цифры в совокупности цифр, представляющих заданное число. Пример - арабская десятичная сc.В позиционной сc любое число записывается в виде последовательности цифр, в которой целая часть отделена от дробной с помощью запятой или точки. Каждая цифра ak в записываемой последовательности может принимать одно из N возможных значений. Кол-во различных цифр (N), используемых для изображения чисел в позиционной сc, называется основанием сc.В вычислительной технике применяются двоичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная системы. В двоичной сc используются только две цифры: 0 и 1. В восьмеричной сc-8, а в шестнадцатеричной - 16 Перевод числа из одной системы в другую выполняется по универсальному алгоритму, согласно которому целая и дробная части числа переводятся по отдельности.Перевод целой части числа заключается в последовательном делении его целой части и образующихся целых частных на основание новой сc, записанное в исходной сc. Последний остаток является старшей цифрой переведенного числа.Перевод дробной части числа заключается в последующем умножении его дробной части и дробных частей получающихся произведений на основание новой сc, записанное в исходной сc. Целые части чисел, получающихся при умножении, не участвуют в последующих умножениях.Перевод из 8 и 16 сc в двоичную и обратно выполняется достаточно просто, так как основания этих систем представляют собой целую степень числа 2. Для перевода восьмеричного числа в двоичное достаточно каждый восьмеричный разряд представить тремя (триадой), а для перевода шестнадцатеричного числа - четырьмя (тетрадой) двоичными разрядами:При обратном преобразовании, начиная от десятичной запятой переводят каждую триаду (для 8 с.с.) или тетраду (для 16 с.с.) в соответствующую цифру новой сc.Во всех системах счисления арифметические операции над числами выполняются по одним и тем же правилам. Рассмотрим правила сложение и умножения двоичных чисел.Многоразрядные числа складываются, вычитаются, умножаются и делятся, используя принципы переноса и заема.

4. Алгебра логики и область ее применения. Основные логические операции. Законы алгебры логики.

Для описания функционирования комбинационных схем используется мат. аппарат булевых функций – алгебра логики. Переменные x1,x2,…,xn называются двоичными, если они могут принимать только два значения 0 и 1. Функцию от двоичных переменных f(x1,x2,…,xn) называют булевой, если она так же как и ее аргументы, принимает только два значения 0 и 1.Связь между входными и выходными сигналами в комбинационных схемах аналитически описываются булевыми функциями.

5. Логический синтез вычислительных схем. Минимизация логических функций. Диаграмма Вейча (карты Карно).Элементарные логические операции над двоичными переменными реализуются электронными схемами, которые называются логическими элементами. Число входов логического элемента соответствует числу аргументов воспроизводимой им булевой функции.Один и тот же закон преобразования информации можно реализовать, используя различные типы и комбинации логических элементов и различные связи между ними. Для набора логических элементов можно ввести понятие функциональной полноты.Набор логических элементов обладает функциональной полнотой, если при помощи конечного числа этих элементов можно построить схему с любым законом функционирования. Пример: система ИЛИ-НЕ, И-НЕ Минимизация булевых функций. Основная задача состоит в получении такой формы, которой соответствует логическая функция с минимальным числом элементов.Основные способы минимизации: эвристический, используя теоремы алгебры логики; с помощью карт Карно (диаграмм Вейча); с помощью ЭВМ. Недостатком первого является низкая скорость решения, зависящая во многом от квалификации и опыта специалиста, проводящего минимизацию. С помощью карт Карно целесообразно минимизировать функции 2 - 7 переменных. Сложные структуры с большим число переменных можно минимизировать с помощью ЭВМ. Для этого разработан ряд алгоритмов.Карты Карно. Если число переменных невелико (  7 ), то можно искать минимальные дизъюнктивные формы непосредственно по таблицам значений этих функций. Карта Карно для функций четырех переменных y=f(x1,x2,x3,x4) представляет собой таблицу 4x4.Верхняя строка и левый столбец являются координатными и определяют номер любого квадрата. Номера квадратов записаны в правом верхнем углу. В квадраты записываются единичные значения минимизируемой булевой функции f(x1,x2,x3,x4). Правила минимизации с использованием карт Карно

1). В карте Карно группы единиц (для получения ДНФ) и группы нулей (для получения КНФ) необходимо обвести контурами. Внутри контура должны находится только одноименные значения функции. 2). Количество клеток внути контура должно быть целой степенью двойки. 3). Крайние строки карты (верхние и нижние, левые и правые), а также угловые клетки, считаются соседними. 4). Каждый контур должен включать максимально возможное количество клеток. 5). Все единицы (нули) в карте (даже одиночные) должны быть охвачены контурами. Любая единица (нуль) может входить в контуры произвольное количество раз. 6). Множество контуров, покрывающих все 1 (0) функции образуют тупиковую ДНФ (КНФ). Целью минимизации является нахождение минимальной из множества тупиковых форм. 7). В элементарной конъюнкции (дизъюнкции), которая соответствует одному контуру, остаются только те переменные, значение которых не изменяется внутри обведенного контура. Переменные булевой функции входят в элементарную конъюнкцию (для значений функции 1) без инверсии, если их значение на соответствующих координатах равно 1 и с инверсией - если 0. Для значений булевой функции, равных 0, записываются элементарные дизьюнкции, куда переменные входят без инверсии, если их значение на соответствующих координатах равно 0 и с инверсией - если 1.

6. Формы записи чисел в ЭВМ. Модифицированные коды.

При проектировании ЭВМ, создании инструментального и прикладного ПО разработчикам приходилось решать вопрос о представлении в ЭВМ числовых данных.0-знак числа, 1-7 – число.При использовании целых чисел проблем не возникает, и диапазон представления огр-тся кол-вом выделенных для записи разрядов. Для представления вещ. чисел в ЭВМ две формы записи: 1)число с фикс т., 2)с плав. Числа с фикс т. 0 – всегда знаковый разряд, оставшиеся – разряды числа (1-7 целая часть, 8-15 дробная). Фикс. т. означает, что на этапе конструирования ЭВМ было определено, сколько и какие разряды машинного слова были отведены под изобр. целой и дробной части. Достоинства: форма представления и арифм. операции просты, высокая точность изобр. числа. Недостатки: небольшой диапазон представления чисел. Числа с плав. запятой. Для представления используется полулогарифм. форма представления числа: N=±mq^(±p), N-само число в исходном виде, m-мантисса, q-основание сc, p-порядок числа. Положение т. в числе определяется значением порядка: 1027 10 =102.7*10^1=10,27*10^2=… В зав-сти от порядка запятая перемещается. При этом структура ячейки будет изменяться.0 – знак мантиссы m, 1 – знак порядка р, 2-5 – сам порядок р, 6-15 – мантисса m. Числа с плав. Т. позволяют увеличить диапазон обрабатываемых чисел, но при этом точность изобр. чисел определяется только разрядами мантиссы и уменьшается по сравнению с числами с фиксир. запятой.|Любая инф-ция в ЭВМ представляется в виде двоичных кодов. Применяются прямой (для представления чисел в запоминающем устройстве ЭВМ, при умножении и делении), обратный, дополнительный коды чисел (используются для замены операции вычитание сложением). Требования к кодам:1) разряды числа в коде жестко связаны с определенной разрядной сеткой; 2) для записи кода знака в разрядной сетке отводится фиксированный строго определенный разряд.Прямой код двоичного числа совпадает по изображению с записью самого числа. Значение знакового разряда для положительных чисел - 0, для отрицательных – 1.

Обратный код для положительного числа совпадает с прямым кодом, для отрицательного –все цифры заменяются на противоположные, кроме значения знакового разряда.Дополнительный код положительного числа совпадает с прямым кодом, для отрицательного образуется путем получения обратного кода и дополнением к младшему разряду единицы.

Модифицированные коды. Сущность – к знаковому разряду добавляется еще один. Тогда положительное число – 00, отрицательное – 11. Хмдк = х, если х≥0; 100+х, если х

Показать полностью…
Похожие документы в приложении