
- •Двнз «Чернівецький індустріальний коледж» архітектура комп’ютерів
- •Чернівці,
- •1.Історія розвитку обчислювальної техніки
- •2. Поняття про архітектуру еом. Принцип функціонування еом
- •38. Процесор векторного комп'ютера.
- •47. Функції арифметико-логічного пристрою. Способи обробки даних в арифметико-логічному пристрої
- •63. Частково-асоціативне відображення
- •82. Універсальна послідовна шина usb
- •1.Історія розвитку обчислювальної техніки
- •Покоління процесорів x86
- •Поняття архітектури і структурної організації комп’ютера
- •2. Поняття про архітектуру еом. Принцип функціонування еом Структура й принципи функціонування еом
- •3. Склад і призначення основних блоків
- •4. Архітектурні принципи Джона фон Неймана. Ненейманівські архітектури комп'ютерів
- •5. Апаратні і програмні засоби. Класифікація еом
- •Стандартні додатки Windows
- •Службові програми
- •Методи класифікації комп'ютерів.
- •Класифікація за призначенням
- •Великі еом (Main Frame)
- •МікроЕом
- •Персональні комп'ютери
- •Класифікація по рівню спеціалізації
- •Класифікація за розміром
- •Класифікація за сумісністю
- •6. Основні характеристики еом. Пк, особливості, класифікація, основні характеристики Основні характеристики пк
- •7. Персональні комп'ютери
- •8. Робочі станції. Багатотермінальні системи. Сервери
- •9. Кластерні комп'ютерні системи.
- •10. Суперкомп'ютери. Мікроконтролери. Спеціалізовані комп'ютери
- •11. Позиційні системи числення. Двійкові, вісімкові та шістнадцяткові числа
- •Двійкові, вісімкові та шістнадцяткові числа
- •12. Переведення чисел із системи числення з основою k у десяткову систему
- •13. Переведення чисел із десяткової системи у систему числення з основою k.
- •14. Прямий код. Обернений код. Доповняльний код. Способи представлення чисел
- •15. Числа з фіксованою комою. Числа із рухомою комою
- •16. Арифметичні операції. Ділення двійкових чисел
- •17. Арифметичні операції над двійковими числами у форматі з рухомою комою
- •18. Стандарт іеее-754. Розширений двійково-кодований десятковий код обміну ebcdic
- •19. Кодування алфавітно-цифрової інформації. Двійково-кодовані десяткові числа.
- •20. Американський стандартний код інформаційного обміну ascii. Стандарт кодування символів Unicode.
- •21. Кодування та виконання команд в комп'ютері
- •22. Виконання команд на рівні регістрів процессора.
- •23. Конвеєрне виконання команд
- •24. Класифікація архітектури комп'ютера за типом адресованої пам'яті.
- •25. Безпосередня адресація. Пряма адресація. Непряма адресація.
- •26. Відносна адресація. Базова адресація. Індексна адресація.
- •27. Сторінкова адресація. Неявна адресація. Стекова адресація. Використання стекової адресації.
- •28. Одношинна структура процесора.
- •29. Основні операції процесора. Вибірка слова з пам'яті. Запам'ятовування слова в пам'яті. Обмін даними між регістрами.
- •30. Багатошинна структура процесора.
- •31. Приклади виконання операцій в процесорі. Виконання операції додавання двох чисел.
- •32. Вимоги до процесора комп'ютера з простою системою команд. Базові принципи побудови процесора комп'ютера з простою системою команд.
- •33. Взаємодія процесора з пам'яттю в комп'ютері з простою системою команд.
- •34. Виконання команд в процесорі комп'ютера з простою системою команд. Фаза вибирання команди. Фаза декодування команди.
- •35. Конвеєрний процессор.
- •36. Мікродії ярусів конвеєрного процесора.
- •37. Суперскалярні процесори.
- •38. Процесор векторного комп'ютера.
- •39. Класифікація архітектури комп'ютера за рівнем суміщення опрацювання команд та даних.
- •40. Логічні операції.
- •1. Формальна логіка
- •2. Математична логіка
- •3. Програмування
- •41. Операція заперечення. Логічна 1. Логічне або. Виключне або.
- •42. Операції зсуву.
- •43. Операції відношення.
- •44. Арифметичні операції.
- •45. Операції обчислення елементарних функцій.
- •46. Операції перетворення даних.
- •47. Функції арифметико-логічного пристрою. Способи обробки даних в арифметико-логічному пристрої.
- •48. Елементарні операції арифметико-логічного пристрою.
- •49. Складні операції арифметико-логічного пристрою.
- •50. Структура арифметико-логічного пристрою.
- •51. Функції та методи побудови пристрою керування.
- •52. Пристрій керування з жорсткою логікою.
- •53. Пристрій керування на основі таблиць станів.
- •54. Пристрій мікропрограмного керування.
- •55. Порівняння пристроїв керування з жорсткою логікою та пристроїв мікропрограмного керування.
- •56 Ієрархічна організація пам'яті комп'ютера
- •57. Принцип ієрархічної організації пам'яті. Характеристики ефективності ієрархічної організації пам'яті
- •58. Кеш пам'ять в складі комп'ютера. Порядок взаємодії процесора і основної пам'яті через кеш пам'ять
- •59. Забезпечення ідентичності вмісту блоків кеш пам'яті і основної пам'яті
- •60. Функція відображення. Типи функцій відображення
- •61. Повністю асоціативне відображення
- •62. Пряме відображення
- •63. Частково-асоціативне відображення
- •64. Порядок заміщення блоків в кеш пам'яті з асоціативним відображенням
- •65. Підвищення ефективності кеш пам'яті
- •66. Статичний та динамічний розподіл пам'яті. Розподіл основної пам'яті за допомогою базових адрес
- •67. Віртуальна пам'ять. Сторінкова організація пам'яті
- •68. Основні правила сторінкової організації пам'яті. Реалізація сторінкової організації пам'яті
- •69. Апаратна реалізація сторінкової таблиці
- •70. Сегментна організація віртуальної пам'яті
- •71. Захист пам'яті від несанкціонованих звернень
- •72. Захист пам'яті за значеннями ключів
- •73. Кільцева схема захисту пам'яті
- •74. Архітектура системної плати
- •75. Синхронізація
- •76. Система шин
- •77. Особливості роботи шини
- •78. Характеристики шин пк
- •79. Шина pcmcia, vbl
- •80. Шина pci
- •82. Універсальна послідовна шина usb
- •83.Типи передач і формати інформації що передається
- •84. Шина scsi
- •85. Адресація пристроїв і передача даних
- •86. Система команд
- •87. Конфігурування пристроїв scsi
- •88. Ігровий адаптер Game-порт
- •89. Відеоадаптери
- •90. Послідовний інтерфейс. Сом-порт
- •91. Програмна модель сом-порта
- •92. Програмування послідовного зв’язку
- •93. Ініціалізація послідовного порта. Передача і прийом даних
- •95. Паралельний інтерфейс lpt-порт. Стандартний режим spp
- •96. Режим epp
- •97. Режим ecp
- •98. Узгодження режимів
- •99. Приклад програмування
- •100. Клавіатура
- •101. Під'єднання зовнішніх пристроїв до комп'ютера
- •102. Розпізнавання пристроїв введення-виведення
- •103. Методи керування введенням-виведенням
- •104. Програмно-кероване введення-виведення.
- •105. Система переривання програм та організація введення-виведення за перериваннями
- •106. Прямий доступ до пам'яті. Введення-виведення під керуванням периферійних процесорів
- •107. Мультиплексний та селекторний канали введення-виведення
- •108. Використання принципів паралельної обробки інформації в архітектурі комп'ютера
- •109. Вибір кількості процесорів в багатопроцесорній системі
- •110. Багатопотокова обробка інформації. Окр
- •111. Класифікація Шора. Класифікація Фліна
- •112. Типи архітектур систем окмд. Типи архітектур систем мкмд
- •113.Організація комп'ютерних систем із спільною пам'яттю
- •114. Організація комп'ютерних систем із розподіленою пам'яттю
- •115. Комунікаційні мережі багатопроцесорних систем
44. Арифметичні операції.
Команди обробки даних також ініціюють виконання арифметичних операцій. Це операції додавання, віднімання, множення та ділення над числами, представленими в форматах з фіксованою та рухомою комою. При цьому арифметичні операції також можуть виконуватись як над скалярними даними, так і над векторами.
До арифметичних належать також наступні операції над одиночними операндами:
взяття абсолютної величини від операнда;
інверсія знака операнда;
прирощення операнда на одиницю;
зменшення операнда на одиницю.
Методи реалізації арифметичних операцій в комп’ютерах вибирають з врахуванням потрібної швидкодії, формату представлення чисел, системи числення та інших техні- ко-економічних і системних факторів. Критерієм вибору методу зазвичай є досягнення мінімальних затрат обладнання, максимальної швидкодії або оптимального співвідношення затрат обладнання і швидкодії. Існує велика кількість алгоритмів виконання арифметичних операцій в комп’ютері. В даному розділі розглянемо лише основні алгоритми, а питання їх модифікації та реалізації будуть розглянуті в наступних розділах.
Додавання двійкових чисел без знаків
Додавання в двійковій системі числення відбувається подібно до звичайного додавання в десятковій системі. Додаються два розряди, які розміщені у числі на одній позиції. При виникненні переносу він передається в старший розряд і там додається. В загальному додавання можна описати наступними формулами:
де: S - і-тий розряд суми, х., у. - і-ті розряди першого та другого доданків відповідно, с - розряд переносу.
Ці формули отримані з наступної таблиці істинності (табл. 6.5).
Якщо результат, який мав би бути отриманий після додавання, є більшим, ніж може вміститися в даній розрядній сітці, то старший розряд втрачається і така ситуація називається втратою результату через переповнення.
Приклади виконання операції додавання двійкових чисел без знаків приведено на рис. 6.7.
45. Операції обчислення елементарних функцій.
Значна частина задач обробки даних розв’язується з використанням операцій обчислення тригонометричних і гіперболічних функцій, функцій типу ехр X, ІП X, X2 й інших, операцій повороту вектора і перетворення координат з однієї системи в іншу, наприклад, з декартової в полярну. При цьому в деяких областях, наприклад, в радіонавігації, сейсморозвідці, гідроакустиці, вказані операції займають основну частина обчислень. Вирішення таких задач вимагає значних витрат часу Тому спочатку в спеціалізованих, а останнім часом і в універсальних комп’ютерах, до складу системи команд вводять операції обчислення елементарних функцій
В процесі розробки комп’ютерів та математичних методів обчислень було створено велику кількість методів обчислення елементарних функцій. Найчастіше в універсальних комп’ютерах використовується обчислення елементарних функцій за допомогою різного виду апроксимуючих виразів та аналітичних ітераційних методів
Розклад функції в ряд та використання ітеративних обчислень
Для обчислення елементарних функцій часто використовується їх розклад в нескінченний ряд, який містить лише елементарні арифметичні та логічні операції, або використовуються ітеративні співвідношення. Кількість членів ряду чи ітерацій вибирається залежно від необхідної точності, яка до того ж обмежується розрядною сіткою.
Для прикладу можна навести обчислення квадратного кореня за допомогою ітеративної формули Ньютона
Аі+1 = (N/A. + А.)/2,
де: А. - i-те наближення. А0 можна вибрати довільним, N - число, з якого треба добути корінь.
Щоб перевірити правильність попробуємо добути корінь з 36:
j4q — 1 (приймаємо випадкове число)
Д = (3^ + і]/2 = 18.5 Д = (3|{8 5f 18.5^2 = 10.2229 4 = (36^0 . .г ! 0.2220уг = 6.8722 Ащ = (3% 8?22 + 6.8722)/2 = 6.0553 Л, =(3^0553 + 6.055з]/2 = 6.0002
^=(3%.0002 + б-0002)/2 = б-0000
Обчислення елементарних функцій методом "цифра за цифрою"
Протягом останніх десятиліть багато робіт було присвячено ефективному ітерацій- ному алгоритму обчислення елементарних функцій, який найчастіше називають методом "цифра за цифрою". Обчислення елементарних функцій методом ' цифра за цифрою" зводиться до виконання двох етапів. На першому етапі аргумент представляється або у вигляді суми п доданків ln(l+f. а :), або f arctg а", або £ arth а’, або в вигляді добутку п співмножників (1- f а '). Тут і - номер ітерації. На цьому етапі визначаються значення £,
t які можуть бути рівні 0,1 або +1, -1. У першому випадку говорять про ітераційний про- ; цес із знакопостійними приростами, в другому - із знакозмінними. На другому етапі, \ на підставі знайдених на першому етапі значень, визначається величина елементарної функції шляхом додавання або множення констант. Одночасне виконання двох описа- : них етапів методу “цифра за цифрою” називають методом Волдера, а послідовне - ме- ; тодом Меджіта. Відміна методів Волдера і Меджіта, що полягає у величинах ітераційних І кроків, значеннях констант і послідовності виконання етапів, істотним чином впливає на точність, швидкодію і структуру операційного пристрою. Детальний аналіз показав, що метод Меджіта має вищу точність, ніж метод Волдера, проте швидкодія його реалізації нижча.
З урахуванням отриманих Вальтером результатів по уніфікації методу і шляхом об’єднання одержаних для різних функцій алгоритмів, єдиний обчислювальний алгоритм “цифра за цифрою” в двійковій позиційній системі числення можна представити в наступному вигляді:
X. , = X - р f Y 2 і ’
1+1 1 r І 1
Y , = Y.+ £Х.2’М 1+1 ill
Zw = Z-fC.
f. = - R SignY. + (l-R)SignZ,
С = ](I+p)/2[arctg2'M + (I •+ |p I Jar th2 *1 +](l-p) I2[ 2
і = 0, 1,2, 3, 3, 4,..., n-1.
Тут ]h[ - ціла частина від h; |p| - модуль p; f - двійкові оператори, що приймають значення +1 або -1 залежно від знаку Y. або Z., і - номер ітерації, причому, ітерації З, 12,... к,..., 3(к-1),... повторюються двічі. Параметр р визначає тип обчислюваних функцій: р = 0 - лінійні, р = 1 - тригонометричні, р= -1 - гіперболічні; R - параметр, що визначає від чого залежить значення £.: якщо R = 0, то f.= sign Z., якщо R = І, то f. = signY;; С. - константи. В табл. 6.10 представлені функціональні можливості розглянутого алгоритму при різних значеннях параметрів р, R і різних початкових умовах X , Y , Z . Тут К і К_ - коефіцієнти деформації відповідно тригонометричного і гіперболічного векторів, рівні: Кт = (П (1+2'2(,+1)))1/2; Кг = (П (1-2‘2(і+1)))і/2, де знаком П позначено добуток чисел, взятих в дужки, при і = 0, 1, 2 .., п-1.
Таблиця 6.10
Алгоритми обчислення окремих елементарних функцій методом "цифра за цифрою" мають меншу обчислювальну складність порівняно з уніфікованим алгоритмом, тому часто їх використання є доцільнішим,
Табличний метод обчислення елементарних функцій
Ідея цього методу доволі проста: формується таблиця з наперед обчисленими значеннями функції для всіх значень аргументу. Тоді, коли виникав необхідність обчислення якоїсь функції, відбувається звертання до таблиці і зчитування з неї результату. Таблиця може мати, наприклад, наступний вигляд (табл. 6.11):
Таблиця 6.11
-
Аргумент
Значення
0000 0001
1001 0111
0000 0010
0011 0100
1111 1111
0011 1011
Часто застосовують комбінований підхід, коли деякі функції обчислюються таблично, а інші - за допомогою розкладу в ряд чи ітераційних формул уже з використанням функцій, що обчислюються таблично.
Таблично-алгоритмічний метод обчислення елементарних функцій
Застосування табличного методу вимагає великої за розміром таблиці при обробці аргументів з великою розрядністю, що ускладнює зберігання значень функції та їх пошук в таблиці. Тому бажано стиснути інформацію, а потім відновити її з мінімальними втратами точності. Вирішення цієї задачі можливе шляхом застосування таблично-ал- горитмічного методу обчислення елементарних функцій. Для таблично-алгоритмічного методу характерна наявність арифметичних операцій, необхідних для обчислення поправки, яка додається до знайденого по таблиці значення, що залежить від старшої частини аргументу. Чим вищі вимоги до точності, тим більше арифметичних операцій необхідно виконати. При обчисленні поправки використовуються як загальний, так і частковий підходи. Загальний підхід застосовується для широкого класу функцій, а принципи використання часткового підходу ґрунтуються на застосуванні відомих тотожностей для кожної конкретної елементарної функції. При загальному підході використовується співвідношення:
{(%.) = І{Х$ + Хп-з) = ВД + Ф( Хп-8, Хе),
де Хз - число, утворене в старшими розрядами аргументу X, Хп-8 - число, утворене (п-в) молодшими розрядами аргументу X, Ф(Хп-з, Хе) - поправка.
Як видно, при загальному підході поправка залежить як від молодшої, так і від старшої частини аргументу При частковому підході поправка в основному залежить тільки від молодшої частини аргументу. Обидва підходи передбачають використання таблич- но-апроксимаційного і таблично-ітераційного методів обчислень.
Це, зокрема, метод, що ґрунтується на представленні функції у виді суперпозиції двох підфункцій, де поправка задається'у вигляді усередненого значення шуканої функції на кінцях підінтервалів, на які розбивається область визначення функції. Однак застосування цього методу доцільне лише в комп’ютерах, де вимоги до точності невисокі. Можливості варіювання обчислювальною складністю та об’ємом таблиць надають методи ку- сочно-лінійної і кусочно-поліноміальної апроксимації, а також методи, що ґрунтуються на розбивці аргументу X на складові Х0 і утворені відповідно його старшими та молодшими розрядами, і розкладанні функції в ряд Тейлора та використанні схеми Горнера.