шпора
.doc
Прерывание- сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который выполняет работу по обработке события и возвращает управление в прерванный код. В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на: Аппаратные— события от периферийных устройств (например, нажатия клавиш клавиатуры, движение мыши, сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя)— внешние прерывания, или события в микропроцессоре— (например, деление на ноль)— внутренние прерывания; Программные— инициируются выполняемой программой явным исполнением специальных инструкций, то есть синхронно, а не асинхронно. Программные прерывания могут служить для вызова сервисов операционной системы. Регистры- Энергозависимая электронная память для временного хранения команд и данных в процессорах. Например, процессор i486 имеет восемь 32-битовых регистров общего назначения для хранения данных, адресов и пр. Модели доступа к памяти 1) Метод строк/колонок (Row/column) . При данном методе адресации ОП, последняя представляет собой матрицу разделенную на строки и колонки. При обращении к ОП одна часть адреса определяет строку, а другая - колонку матрицы. Ячейка матрицы, оказавшаяся на пересечении выбранных строки и колонки считывается в память или обновляется ее содержимое. 2) Метод статических колонок (Static-column). При данном методе адресации ОП информация, относящаяся к какой-либо программе, размещается в определенной колонке. Последующее обращение к данной программе происходит в ту же самую колонку. За счет статичности части адреса (ее не надо передавать по адресной шине) доступ к данным осуществляется быстрее. 3) Метод чередования адресов (Interleaved). Данный метод предполагает считывание (или запись) информации не по одному, а сразу по нескольким адресам: i, i+1, i+2 и т.д. Количество одновременно опрашиваемых адресов, по которым происходит считывание информации, определяет кратность чередования адресов, что соответствует количеству блоков ОП. На практике обычно используется 2-х или 4-х кратное чередование адресов, т.е. ОП делится на 2 или 4 блока. Запись информации в блоки осуществляется независимо друг от друга. Информация по адресу i хранится в первом блоке, по адресу i+1 - во втором блоке и т.д. Считываемая с блоков информация далее переписывается в кэш-память для последующей переработки. 4) Метод страничной организации (Page-mode). При данном методе организации память адресуется не по байтам, а по границам страниц. Размер страницы обычно равен 1 или 2 Кбайта. Данный метод предполагает наличие в системе кэш-памяти емкостью не менее 128 Кб куда предварительно считываются требуемые страницы ОП для последующей переработки МП или другим устройством. Обновленная информация периодически из кэш-памяти сбрасывается в ОП. Основные характеристики ВЗУ, ПЗУ,ОЗУ Запоминающие устройства (ЗУ) характеризуются рядом параметров, определяющих возможные области применения различных типов таких устройств. К основным параметрам, по которым производится наиболее общая оценка ЗУ, относятся их информационная емкость (E), время обращения (T) и стоимость (C). Под информационной емкостью ЗУ понимают количество информации, измеряемое в байтах, килобайтах, мегабайтах или гигабайтах, которое может храниться в запоминающем устройстве. Оперативные ЗУ обычно реализуются как ЗУ с произвольным доступом. Это означает, что доступ к данным, физически организованным в виде двумерного массива (матрицы элементов памяти), производится с помощью схем дешифрации, выбирающих нужные строку и столбец массива по их номерам (адресам). Поэтому время Tобр обращения к ним определяется, в случае отсутствия дополнительных этапов (таких, например, как передача адреса за два такта), временем срабатывания схем дешифрации адреса и собственно временами записи или считывания данных. Процесс обращения (чтения или записи) к жесткому диску. Он включает в себя 3 этапа: перемещение блока головок чтения/записи на нужную дорожку (а), ожидание подхода требуемого сектора под головки чтения/записи (б) и собственно передача данных, считываемых с диска или записываемых на него (в). Каждый из этих этапов занимает определенное время, входящее в общее время обращения к диску. Все этапы так или иначе связаны с механическими перемещениями, поэтому их времена сравнительно велики и составляют величины порядка единиц миллисекунд. Стоимость запоминающих устройств также представляет собой важную характеристику. Именно она является одной из причин иерархической организации памяти ЭВМ. Определения дорогие и дешевые понимаются не в абсолютном, а в относительном измерении, исходя из стоимости хранения единицы информации (удельной стоимости) в ЗУ. На тот же период времени стоимость хранения 1 Мбайта информации в оперативных ЗУ и на жестких дисках составляла порядка 10-15 центов и 0,1-0,2 цента соответственно, т.е. различалась примерно в 100 раз. Конечно, помимо емкости, времени обращения и стоимости, существуют и другие характеристики памяти такие, как надежность, энергопотребление, габариты, время хранения информации, способность сохранять ее при отключении питания и другие.
|
14. Базовая система ввода/вывода. В вычислительной системе, состоящей из множества подсистем, необходим механизм для их взаимодействия. Эти подсистемы должны быстро и эффективно обмениваться данными. Одним из простейших механизмов, позволяющих организовать взаимодействие различных подсистем, является единственная центральная шина, к которой подсоединяются все подсистемы. Доступ к такой шине разделяется между всеми подсистемами. Подобная организация имеет два основных преимущества: низкая стоимость и универсальность. Поскольку такая шина является единственным местом подсоединения для разных устройств, новые устройства могут быть легко добавлены, и одни и те же периферийные устройства можно даже применять в разных вычислительных системах, использующих однотипную шину. Главным недостатком организации с единственной шиной является то, что шина создает узкое горло, ограничивая, возможно, максимальную пропускную способность ввода/вывода. Одна из причин больших трудностей, возникающих при разработке шин, заключается в том, что максимальная скорость шины главным образом лимитируется физическими факторами: длиной шины и количеством подсоединяемых устройств (и, следовательно, нагрузкой на шину). Эти физические ограничения не позволяют произвольно ускорять шины. Требования быстродействия (малой задержки) системы ввода/вывода и высокой пропускной способности являются противоречивыми. Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью, и шины ввода/вывода. Шины ввода/вывода могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств и обычно следуют одному из шинных стандартов. С целью снижения стоимости некоторые компьютеры имеют единственную шину для памяти и устройств ввода/вывода. Такая шина часто называется системной. Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Видеотерминальные устройства предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователем. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а видеомониторы — это внешние устройства ПК. Видеомонитор, дисплей или просто монитор — устройство визуализации информации на экране. Видеоконтроллер предназначен для преобразования данных в сигнал, отображаемый монитором, и для управления работой монитора. Клавиатура — важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы латинского и национального алфавитов, десятичные цифры, математические, графические и специальные служебные символы, знаки препинания, наименования некоторых команд, функций и т. д. В зависимости от типа ПК, назначение клавиш, их обозначение и размещение может варьироваться. Все клавиши можно разбить на следующие группы:
Мышь (mouse) представляет собой электронно-механическое устройство, с помощью которого осуществляется дистанционное управление курсором на экране монитора. При перемещении манипулятора типа мышь по столу или другой поверхности на экране монитора соответствующим образом передвигается и курсор. Принцип работы мыши основан на преобразовании вращательного движения шарика по двум осям через оптический или электрический конвертор в серию цифровых сигналов (импульсов), пропорциональных скорости передвижения. Печатающие устройства {принтеры) — это устройства вывода данных из компьютера, преобразующие ASCII-коды и битовые последовательности в соответствующие им символы и фиксирующие их на бумаге. Принтеры являются наиболее развитой группой ВУ ПК, насчитывающей до 1000 различных модификаций. Принтеры различаются между собой по:
Основными характеристиками принтеров являются:
Сканер — это устройство ввода в компьютер информации непосредственно с бумажного документа. Это могут быть тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другая информация. Сканер, подобно копировальному аппарату, создает копию изображения бумажного документа, но не на бумаге, а в электронном виде — формируется электронная копия изображения.Сканеры являются важнейшим звеном электронных систем обработки документов и необходимым элементом любого «электронного стола». Записывая результаты своей деятельности в файлы и вводя информацию с бумажных документов в ПК с помощью сканера, объединенного с системой автоматического распознавания образов, можно сделать реальный шаг к созданию систем безбумажного делопроизводства. Основные характеристики сканеров.
|
15.Принцип открытой архитектуры. Системная шина. Основные узлы ЭВМ Принцип открытой архитектуры. Если бы IBM PC был сделан также, как другие существовавшие во время его появления ПК, он бы устарел через 2-3 года. К счастью в нем была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей. Этот ПК был не единым неразъемным устройством, была возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. Этот принцип называется принципом открытой архитектуры. Системная шина - основная интерфейсная система, обеспечивающая связь всех устройств ПК между собой. Системная шина обеспечивает 3 направления передачи информации: м/у микропроцессором и основной памятью; м/у микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств; м/у основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств. Все блоки через соответствующие разъемы подключены к шине непосредственно или через контроллеры. Микропроцессор - центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и выполнения арифметических и логических операций. Сопроцессор - в тех случаях, когда на ПК приходится выполнять много математических вычислений, к основному процессору добавляют математический сопроцессор. Он помогает микропроцессору выполнять операции над вещественными числами. Память – предназначена для хранения и обмена информацией с прочими блоками машины. Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера. Внешняя память используется для долговременного хранения информации, которая может быть в дальнейшем использована для решения задач. Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических символов, частота которых задает тактовую частоту компьютера. Промежуток времени между соседними импульсами определяет такт работы машины. Внешние устройства компьютера обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.
|
16. Язык ассемблера Язык ассемблера — язык программирования низкого уровня. Язык получил свое название от слова ассемблер (англ. assembler — сборщик). Команды языка ассемблера один в один соответствуют командам процессора и фактически, представляют собой удобную символьную форму записи команд и аргументов. Также, язык ассемблера обеспечивает связывание частей программы и данных через метки, выполняемое при ассемблировании (для каждой метки высчитывается адрес, после чего каждое вхождение метки заменяется на этот адрес). Поскольку системы команд микропроцессоров различаются, каждый процессор имеет свой набор команд на языке ассемблера и свои ассемблеры. Большинство современных компиляторов позволяют комбинировать в одной программе, код написанный на разных языках программирования. Это позволяет быстро писать сложные программы используя высокоуровневый язык, не теряя быстродействия в критических ко времени задачах, используя для них части написанные на языке ассемблера. Объектные файлы представляют собой блоки машинного кода и данных, с неопределенными адресами ссылок на данные и процедуры в других объектных модулях, а также список своих процедур и данных. Линкер собирает код и данные каждого объектного модуля в итоговую программу, вычисляет и заполняет адреса перекрестных ссылок между модулями. Также в процессе линковки происходит связывание программы со статическими и динамическими библиотеками (являющихся архивами объектных файлов). Прелесть модульной компиляции состоит в том, что каждый объектный модуль будущей программы может быть полноценно написан на своем языке программирования и скомпилирован своим компилятором (ассемблером). Достоинства языка ассемблера
Недостатки
|
|
17. Тенденции развития архитектуры ЭВМ. Современные компьютеры. Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам — вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик. Общие принцип построения современных ЭВМ. В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом. 1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов . 2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления они называются не-фон-неймановскими.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера. Виды: Классическая архитектура, Многопроцессорная архитектура, Многомашинная вычислительная система, Архитектура с параллельными процессорами. Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Структура ПК графически представляется в виде структурных схем. Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Центральный процессор в общем случае содержит в себе: • арифметико-логическое устройство; • шины данных и шины адресов; • регистры; • счетчики команд; • кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); • математический сопроцессор чисел с плавающей точкой. Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера. В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.
|
18. Кодирование символьной информации. Первая теорема шеннона. Алфавитное неравномерное кодирование. Для представления дискретных сообщений используется некоторый алфавит. В ряде практических приложений необходим перевод из одного алфавита в другой без потери информации. Источник представляет информацию в виде дискретного сообщения, используя для этого алфавит, называемый первичным. Далее сообщение попадает в устройство, преобразующее и представляющее его в другой алфавит, называемый вторичным. Код – (1) правило, описывающее соответствие знаков или их сочетаний первичного алфавита знакам или их сочетаниям вторичного алфавита. (2) Набор знаков вторичного алфавита, используемый для представления знаков или их сочетаний первичного алфавита. Кодирование – перевод информации, представленной сообщением в первичном алфавите, в последовательность кодов. Декодирование – операция, обратная кодированию, т.е. восстановление информации в первичном алфавите по полученной последовательности кодов. Кодер – устройство, обеспечивающее выполнение операции кодирования. Декодер – устройство, производящее декодирование. Операции кодирования и декодирования называются обратимыми, если их последовательное применение обеспечивает возврат к исходной информации без каких-либо ее потерь. Кодирование предшествует передаче и хранению информации. Хранение связано с фиксацией некоторого состояния носителя информации, а передача – с изменением состояния с течением времени. Эти состояния, или сигналы, называют элементарными сигналами. Их совокупность составляет вторичный алфавит. Операция обратимого кодирования может увеличить количество информации в сообщении. Отношение числа знаков в закодированном сообщении (m), к числу знаков исходного сообщения в первичном алфавите (n), характеризует среднее число знаков вторичного алфавита – оно называется длиной кода или длиной кодовой цепочки K(A,B).
Первая теорема Шеннона: При отсутствии помех всегда возможен такой вариант кодирования сообщения, при котором среднее число знаков кода, приходящихся на один знак первичного алфавита, будет сколь угодно близко к отношению средних информаций на знак первичного и вторичного алфавитов. Алфавитное неравномерное двоичное кодирование. В таких способах кодировки знаки первичного алфавита кодируются комбинациями символов двоичного алфавита, причем длина кодов и длительность передачи отдельного кода могут различаться. При использовании неравномерного кодирования есть 2 подхода к обеспечению различимости кодов. Алфавитное неравномерное двоичное кодирование. В таких способах кодировки знаки первичного алфавита кодируются комбинациями символов двоичного алфавита, причем длина кодов и длительность передачи отдельного кода могут различаться. При использовании неравномерного кодирования есть 2 подхода к обеспечению различимости кодов: 1)использование специальной комбинации элементарных сигналов, которая интерпретируется декодером как разделитель знаков; 2)использование префиксных кодов.
|
19.Неравномерный код с разделителем. Префиксный код Шеннона-Фано. Префиксный код Хаффмана Условимся, что разделителем отдельных кодов букв будет 00 (признак конца знака), а разделителем слов – 000 (признак конца слова - пробел). Правила построения кода:
Наиболее простыми и употребимыми кодами без разделителей являются префиксные коды, которые удовлетворяют условию Фано: Неравномерный код может быть однозначно декодирован, если никакой из кодов не совпадает с началом (префиксом) какого-либо иного более длинного кода. Если условие Фано выполняется, при декодировании сообщения путем сопоставления с таблицей кодов всегда можно точно указать, где заканчивается один код и начинается другой. Декодирование производится циклическим повторением следующих действий:
Использование префиксного кодирования позволяет делать сообщение более коротким. Существует две схемы построения префиксных кодов: Префиксный код Шеннона-Фано Для каждого знака алфавита рассчитывается вероятность появления его в сообщении. Знаки располагаются в порядке убывания вероятностей. Знаки делятся на 2 группы т.о., чтобы сумма вероятностей в каждой из них были бы приблизительно равными. Таким же образом продолжается деление в каждой группе на подгруппы, так чтобы суммы вероятностей на каждом шаге в соседних подгруппах были бы возможно более близкими. Количеству шагов деления соответствует количество разрядов кода. При этом каждому знаку верхней группы (подгруппы) присваивается 0, нижней – 1. Эти процедуры построения кода удовлетворяют условию Фано. Префиксный код Хаффмана Способ оптимального префиксного двоичного кодирования. Объединив два знака, с наименьшими вероятностями, заменяем их одним знаком, вероятность нового знака будет равна сумме вероятностей тех, что в него вошли. Остальные знаки исходного алфавита включаются в новый без изменений. Общее число знаком в новом алфавите будет на 1 меньше, чем в исходном. Аналогичным образом создаются новые алфавиты до тех пор, пока в последнем не останется 2 знака. Количество шагов будет равно N-2 где N – число знаков исходного алфавита. В промежуточных алфавитах знаки переупорядочиваются по убыванию вероятностей. Затем в обратном направлении проводится процедура кодирования. Двум знакам последнего алфавита присваиваются коды 0 и 1 (кому какой -роли не играет). Удовлетворяет условию Фано. Код Хаффмана важен в теоретическом отношении, т.к. самый экономичный: ни для какого метода алфавитного кодирования длина кода не может оказаться меньше, чем код Хаффмана. Метод Хаффмана и его модификация нашли применение в программах-архиваторах, прогр. резервного копирования файлов и дисков, в системах сжатия информации в модемах и факсах.
|
20. Равномерное двоичное кодирование. Байтовый код. В
этом случае двоичный код первичного
алфавита строится цепочками равной
длины, т.е. со всеми знаками связано
равное количество информации
1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт 1 Мбайт = 220 байт = 1024 Кбайт 1 Гбайт = 230 байт = 1024 Мбайт 1 Тбайт = 240 байт = 1024 Гбайт Использование 8-битных цепочек позволяет закодировать 28=256 символов, и дает возможность для представления дополнительных символов. Для совместимости технических устройств и обеспечения возможности обмена информацией между многими потребителями требуется согласование кодов, которое осуществляется в форме стандартизации кодовых таблиц. В ПК и телекоммуникационных системах (по данным 2003 г) применяется международный байтовый код ASCII – американский стандартный код. Он регламентирует коды первой половины кодовой таблицы (0-127): коды прописных и строчных английских букв, цифры, знаки препинания и матем.операций + некоторые управляющие коды (0-31). Вторая часть кодовой таблицы (128-255) используется для представления символов национальных алфавитов и псевдографики. Коды букв и цифр соответствуют порядку их следования в алфавите. В наст.вр. находит широкое применение Unicode котрый использует 16-битное кодирование, т.е.первичные алфавит может содержать 65536 знаков, что позволяет создать и использовать единую для всех алфавитов кодовую таблицу.
|
,
где I(A)
– количество информации исходного
сообщения, I(B)
– количество информации закодированного
сообщения. Обычно n>m,
I(A)>
I(B),
откуда K(A,B)>1,
т.е. один знак первичного алфавита
представляется несколькими знаками
вторичного. Поскольку построения
кодов при фиксированных алфавитах А
и В
существует множество, возникает
проблема выбора наилучшего варианта
– оптимального кода.
.
Приемное устройство отсчитывает
заранее оговоренное количество
элементарных сигналов и интерпретирует
цепочку, соотнося ее с таблицей кодов.
Пример: телеграфный код Бодо,
представление символьной информации
в компьютере. Компьютерный алфавит
должен включать примерно 148 символов,
длина такой кодовой цепочки
,
поскольку длина кода целое число –
8. Т.О. Любому символу ставится в
соответствие код из 8 двоичных разрядов
(8 бит). Эта последовательность
сохраняется и обрабатывается как
единое целое. Совокупность 8 бит
получила название байт,
а представление символов таким способом
– байтовым
кодированием.
Один байт
соответствует количеству информации
в одном знаке алфавита при их
равновероятном распределении.
Байт принят в качестве измерения ед.
количества информации в СИ.