- •Вопросы госэкзамена по направлению
- •09.03.03 «Прикладная информатика», 2020-2021 уч.Год Дисциплина «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»
- •Понятие вычислительной системы; архитектура и организация; этапы развития
- •Краткая характеристика первого и второго поколений вычислительных систем
- •Технические новации вычислительных систем третьего поколения
- •Специфика вычислительных систем четвертого и пятого поколений
- •Концепция вычислительной машины с хранимой в памяти программой
- •Классификация вычислительных систем, таксономия Флинна
- •Основная память вычислительной машины; временные характеристики
- •Структура вычислительной машины фон Неймана
- •Устройство управления вычислительной машины фон Неймана
- •Арифметико-логическое устройство, укрупненное представление тракта данных
- •Управление трактом данных, стек, машинный цикл с прерыванием
- •Шестиуровневая модель современной вычислительной системы
- •Параллельные вычислительные системы, закон Амдала
- •Параллелизм
- •Параллелизм на уровне инструкций
- •Параллелизм данных
- •Параллелизм задач
- •Распределённые операционные системы
- •Закон Амдала
- •Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •Физический уровень модели osi/rm
- •Потенциальная скорость передачи данных; формулы Шеннона и Найквиста
- •Канальный уровень модели osi/rm; система стандартов ieee 802
- •Межсетевой уровень модели osi/rm
- •Транспортный уровень модели osi/rm
- •Назначение и примеры реализации уровней 5, 6, 7 модели osi/rm
- •Дисциплина «Сетевое управление и протоколы»
- •Стеки коммуникационных протоколов
- •Способы и протоколы маршрутизации в ip-сетях
- •Адресация в сетях ip, классы сетей
- •Структурирование ip-сетей с помощью подсетей; маски подсетей
- •Протокол iPv6
- •Дисциплина «Мультимедиа технологии»
- •Психофизиологический закон Вебера-Фехнера
- •Кривые равной громкости; динамический диапазон
- •Восприятие сложных звуков, критические полосы
- •Градиент передачи яркости, гамма-коррекция
- •Цветовые модели
- •Цветовые стандарты
- •Цветовое пространство yCbCr
- •Цветовая субдискретизация
- •Дисциплина «Методы обработки аудио и видео данных»
- •Дискретизация, теорема Котельникова
- •Квантование; шум квантования
- •Основы устранения избыточности и сжатия аудиоданных с потерями
- •Характеристики электронных изображений
- •Растрово-пиксельный принцип электронного изображения
- •Дисциплина «Статистическая обработка информации»
- •Разделы статистической обработки информации: теория оценок, теория проверки статистических гипотез
- •Смещенность оценки; примеры смещенных и несмещенных оценок
- •Состоятельность оценки; примеры состоятельных и несостоятельных оценок
- •Эффективность оценки; функции штрафа и риска
- •Смещенность симметричного распределения: выборочное среднее, выборочная медиана, усеченное среднее
- •Метод моментов: пример нахождения параметров равномерного распределения
- •Оценка закона распределения случайной величины: эмпирическая интегральная функция распределения
- •Оценка закона распределения случайной величины: метод гистограмм
- •Коэффициенты асимметрии и эксцесса; диаграммы Каллена-Фрея
- •Дисциплина «Построение и анализ графовых моделей»
- •Графы: определения, соотношение числа ребер и вершин
- •Изоморфизм графов, примеры
- •Пути, цепи, циклы; связность графов; алгоритм нахождения компонент связности
- •Эйлеров цикл: определение, условие существования, алгоритм нахождения
- •Гамильтонов цикл: определение, алгоритм нахождения на основе динамического программирования
- •Деревья: остовное дерево, алгоритм Крускала
- •Способы хранения структуры графа в эвм
- •Алгоритм поиска кратчайшего пути в графе
- •Задача о коммивояжере: оптимальный и эвристический алгоритмы решения
- •Раскраска графов, эвристический алгоритм раскраски
- •Дисциплина «Имитационное моделирование»
- •Входные потоки заявок смо: классификация и основные характеристики
- •Модель сервера смо
- •Модель буфера смо; дисциплины обслуживания
- •Классификация Кендалла
- •Теорема Литтла
- •Время пребывания заявки в системе типа m/m/1; среднее количество заявок в системе
- •Три леммы о пуассоновском потоке (слияние, расщепление, выход m/m/1)
- •Расчет однонаправленных сетей массового обслуживания (сети Джексона)
Шестиуровневая модель современной вычислительной системы
Многоуровневая модель вычислительной системы
Вычислительная система обычно проектируется как иерархическая структура уровней, которые располагаются или надстраиваются друг над другом.
Каждый уровень включает в себя различны объекты и операции, которые определяют архитектуру уровня. Данная архитектура связана как с аппаратными, так и с программными аспектами программирования.
Обычно рассматривается полная модель вычислительной системы, которая насчитывает 6 уровней.
У 5 – уровень прикладных программ или языка программирования, доступного пользователю (C Sharp, Pascal и пр.)
---трансляция (компиляция) пользовательской программы---
У4 – уровень ассемблера
---трансляция (ассемблер)---
У3 – уровень операционной системы
---частичная интерпретация операционной системой---
У2 – уровень набора команд
---интерпретация (перевод набора команд в управляющие сигналы)---
У1 – уровень микроархитектуры
---аппаратное обеспечение---
У0 – уровень цифровой логики. Цифровые логические схемы
Цифровые логические схемы состоят из элементов, являющихся физическими примитивами.
У0 – аппаратное обеспечение вычислительной системы. Это логические схемы, регистры, элементы памяти и т. п. Цифровая схемотехника.
У1 – уровень микроархитектуры представлен трактом данных и схемами управления этим трактом.
70-е годы – связь команды с управляющими сигналами
Микропрограммирование. Stepping.
(
Уровень 0 – аппаратное обеспечение машины. Его электронные схемы выполняют программы, написанные на языке уровня 1. На этом, цифровом логическом уровне, объекты называются вентилями. Вентиль вычисляет простые функции входных данных (И, ИЛИ, НЕ). Каждый вентиль формируется из нескольких транзисторов. Несколько вентилей формируют один бит памяти, который содержит 0 или 1. Биты памяти, объединенные в
группы (например, по 16, 32, 64), формируют регистры. Каждый регистр может содержать одно двоичное число до определённого предела.
Уровень 1 – микроархитектурный уровень. На этом уровне совокупности 8 или 32 регистров формируют локальную память и схему, называемую АЛУ (арифметико-логическое устройство). АЛУ выполняет простые арифметические операции. Регистры вместе с АЛУ формируют тракт данных, по которому поступают данные. Основная операция тракта данных заключается в выборе одного или двух регистров, далее АЛУ производит над ними требуемую операцию (например: сложение или сдвиг), результат помещается в один из этих регистров. Тракт данных контролируется либо аппаратными средствами, либо особой программой, называемой микропрограммой. Эта программа является интерпретатором для команд на уровне 2.
Микропрограмма вызывает команды из памяти и выполняет их одну за другой, используя при этом тракт данных. Например, для выполнения команды ADD требуется вызвать команду из памяти, поместить на регистры её операнды, в АЛУ вычислить сумму и результат записать в память либо оставить на регистре.
На компьютере с аппаратным контролем тракта данных происходит такая же процедура, но при этом нет программы, которая контролирует интерпретацию команд уровня 2.
Интерпретация: каждая команда, написанная на языке более высокого уровня, рассматривается как набор команд языка более низкого уровня, который выполняется сразу по чтению команды из очереди.
Трансляция: каждая команда языка более высокого уровня заменяется на эквивалентный набор команд языка более низкого уровня, при этом создаётся новая программа, которую будет выполнять компьютер.
Уровень 2 – уровень архитектуры системы команд. Каждый производитель публикует руководство для продаваемых компьютеров. В руководстве содержится информация о наборе машинных команд, которые выполняются микропрограммой - интерпретатором или аппаратным обеспечением, если производитель поставляет два интерпретатора для одной машины, то он должен издать два руководства по машинному языку, отдельно для каждого интерпретатора.
Уровень 3 – уровень операционной системы. Большинство команд в его языке совпадают с командами уровня 2 (они выполняются микропрограммой или аппаратным обеспечением уровня 2), но появляются некоторые дополнительные особенности, расширяющие возможности программиста по управлению работой отдельными элементами компьютера. Новые средства, появившиеся на уровне 3, выполняются интерпретатором уровня 2.
Операционная система: комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организация взаимодействия пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.
Нижние три уровня предназначены для работы системных программистов, специализирующихся на разработке и построении новых виртуальных машин. Уровни с 4 и выше предназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи.
Уровни 2 и 3 обычно интерпретируются, их машинные языки цифровые. Уровни 4 и выше поддерживаются трансляторами, языки содержат слова и сокращения понятные человеку.
Уровень 4 – символическая форма одного из языков более низкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Программы этого уровня сначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальной или фактически существующей машиной. Программа, выполняющая трансляцию, называется ассемблером.
Уровень 5 – языки высокого уровня. Данный уровень обычно состоит из языков, разработанных для прикладных программистов. Трансляторы, которые обрабатывают эти программы, называются компиляторами. Для некоторых языков (например, язык Java) используется метод интерпретации.
Вывод: компьютер проектируется как иерархическая структура уровней, каждый из которых надстраивается над предыдущим.
Набор типов данных, операций и особенностей каждого уровня называется архитектурой компьютера. Архитектура определяет ряд аспектов написания программ, видимых на уровне программиста (например, объём используемой памяти, набор команд, модели памяти и т.д.).
)