17. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов в программно-аппаратных комплексах, их назначение, основные свойства.

Аналого-цифровое преобразование заключается в преобразовании информации, содержащейся в аналоговом сигнале, в цифровой код. Цифро-аналоговое преобразование призвано выполнять обратную задачу, т.е. преобразовывать число, представленное в виде цифрового кода, в эквивалентный аналоговый сигнал.

АЦП, как правило, устанавливаются в цепях обратных связей цифровых систем управления для преобразования аналоговых сигналов обратных связей в коды, воспринимаемые цифровой частью системы. Т.о. АЦП выполняют несколько функций, таких как: временная дискретизация, квантование по уровню, кодирование.

18. Базовые принципы организации вычислительных систем программно-аппаратных комплексов. Классическая и шинная структура связей, достоинства и недостатки.

Классическая структура связей:

Все сигналы и коды между устройствами передаются по отдельным линиям связи.

Каждое устройство, входящее в систему, передает свои сигналы и коды независимо от других устройств.

В системе много линий связи и разных протоколов обмена информацией.

Шинная структура связей:

Все сигналы между устройствами передаются по одним и тем же линиям связи, но в разное время (мультиплексированная передача).

Передача может осуществляться в обоих направлениях (двунаправленная передача).

Малое количество линий связи, правила обмена (протоколы) упрощаются.

Преимущества:

Легко осуществляется пересылка всех информационных потоков в нужном направлении. Все устройства, подключенные к шине, должны принимать и передавать информацию по одним и тем же правилам (протоколам обмена информацией по шине).

Недостатки:

Вся информация передается по линиям связи последовательно во времени, по очереди, что снимает быстродействие системы по сравнению с классической структурой связи.

Все устройства подключаются к каждой линии связи параллельно. Любая неисправность любого устройства может вывести из строя всю систему.

19. Организация процессов выборки и исполнения команд в вычислительных системах программно-аппаратных комплексов. Гарвардская архитектура, особенности и преимущества архитектуры.

ША- шина адреса; ШД – шина данных; ШУ – шина управления.

Реализовано в 1944 году в ЭВМ Гарвардского университета.

Основная особенность:

Использование раздельных адресных пространств для хранения программ и данных.

Основное преимущество:

Позволяет читать инструкции, а также получать доступ к памяти данных одновременно с высокой скоростью.

20. Микропроцессоры программно-аппаратных комплексов и их классификация по функциональному признаку. Вычислительный конвейер, блок предсказания переходов, их преимущества и недостатки.

Конвейерная (pipeline) обработка команд используется для повышения производительности ЭВМ. Принцип такой обработки заключается в совмещении во времени выполнения различных этапов последовательных команд программы.

В общем случае в выполнении каждой команды можно выделить несколько этапом. Причем сделать это можно несколько различными способами, например, выделив четыре этапа:

• выборка команды из памяти (fetch, prefetch – предварительная выборка)

• декодирование команды и выборка операндов из памяти (decode)

• выполнение заданной в команде операции (execute)

• запись результата в память (write)

Выполнение команд при этом можно представить так, как показано на рис.

В ыполнение действий на каждой ступени конвейера должно, по возможности, занимать одинаковое время. В пределе – это один такт. Поэтому чем на большее количество этапов разделено исполнение команды, тем короче и проще могут быть эти этапы и тем большее количество команд одновременно находится в обработке. А это влечет за собой и повышение производительности и возможность поднять рабочую частоту ядра процессора.

Задержки в запуске такта выборки команды из-за зависимости адреса следующей команды (направления перехода) от результата исполнения предыдущей, можно уменьшить посредством начала выборки команды наиболее вероятной ветви перехода до завершения выполнения предыдущей. Однако, задержка будет исключена только если переход пойдет именно по выбранному направлению. В противном случае, все выполненные, начиная с выборки команды, следующей за переходом, действия, придется игнорировать и начать выполнение нужной ветви. Выбор направления перехода осуществляет, так называемый, механизм предсказания переходов.