17. Общая структура процессорных устройств обработки информации. Принципы фон Неймана.

Принципы фон Неймана:

1. Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы информации называемые словами, слово обрабатывается в ЭВМ как единое целое – как машинный элемент информации.

2. Разнотипные слова информации хранятся в одной и той же памяти и различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

3. Слова информации размещаются в ячейках памяти, и идентифицируются номерами ячеек, называемых адресами слов. Адрес ячейки в которой хранится величина или команда становится машинным идентификатором. Любое слово записанное однажды можно считать какое угодно число раз, из памяти выбираются не слова, а копии слов.

4. Алгоритм представляется в форме последовательных управляющих слов, называемых командами, которые определяют наименование операций и слова информации участвующие в операции. Алгоритм представленный в терминах машинных команд называется программой.

5. Выполнение вычислений предписанных алгоритмом сводится к последовательному выполнению команд в порядке однозначно определенном программой. Замена программы приводит к изменению функций реализуемых ЭВМ. Многообразие программ, которые могут быть выполнены ЭВМ, определяет класс функций, который способна реализовать данная ЭВМ.

Архитектура универсальной ЭВМ фон Неймана предусматривается пять базовых компонентов:

1. Центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ).

2. Центральное устройство управления (УУ), ответственное за функционирование всех основных устройств ЭВМ.

3. Запоминающее устройство (ЗУ).

4. Система ввода информации.

5. Система вывода информации

 

18. Контроль правильности работы запоминающих устройств (код четности, код Хемминга).

Управление правильностью (помехозащищенностью) передачи информации выполняется с помощью помехоустойчивого кодирования. Различают коды, обнаруживающие ошибки, и корректирующие коды, которые дополнительно к обнаружению еще и исправляют ошибки. Помехозащищенность достигается с помощью введения избыточности. Устранение ошибок с помощью корректирующих кодов реализуют в симплексных каналах связи. В дуплексных каналах достаточно применения кодов, обнаруживающих ошибки, так как сигнализация об ошибке вызывает повторную передачу от источника. Это основные методы, используемые в информационных сетях.

Простейшими способами обнаружения ошибок являются контрольное суммирование, проверка на нечетность. Однако они недостаточно надежны, особенно при появлении пачек ошибок. Поэтому в качестве надежных обнаруживающих кодов применяют циклические коды. Примером корректирующего кода является код Хемминга.

В коде Хемминга вводится понятие кодового расстояния d (расстояния между двумя кодами), равного числу разрядов с неодинаковыми значениями. Возможности исправления ошибок связаны с минимальным кодовым расстоянием dmin. Исправляются ошибки кратности r = ent(dmin-1)/2 и обнаруживаются ошибки кратности dmin-1 (здесь ent означает "целая часть"). Так, при контроле на нечетность dmin = 2 и обнаруживаются одиночные ошибки. В коде Хемминга dmin = 3. Дополнительно к информационным разрядам вводится L = log2K избыточных контролирующих разрядов, где K - число информационных разрядов, L округляется до ближайшего большего целого значения. L-разрядный контролирующий код есть инвертированный результат поразрядного сложения (т.е. сложения по модулю 2) номеров тех информационных разрядов, значения которых равны 1.

П р и м е р. Пусть имеем основной код 100110, т.е. К = 6. Следовательно, L = 3 и дополнительный код равен 010 # 011 # 110 = 111, где # - символ операции поразрядного сложения, и после инвертирования имеем 000. Теперь вместе с основным кодом будет передан и дополнительный. На приемном конце вновь рассчитывается дополнительный код и сравнивается с переданным. Фиксируется код сравнения (поразрядная операция отрицания равнозначности), и если он отличен от нуля, то его значение есть номер ошибочно принятого разряда основного кода. Так, если принят код 100010, то рассчитанный в приемнике дополнительный код равен инверсии от 010 # 110 = 100, т.е. 011, что означает ошибку в 3-м разряде.