103.Расставьте по убыванию значимости параметры эвм по критерию производительности. Охарактеризуйте эти параметры.

Основные характеристики ЭВМ: быстродействие, адресность, разрядность, объем памяти, система команд.

Основная характеристика у ЭВМ производительность. Стремятся любыми средствами повысить ее. Производительность – это функция быстродействия и организации ЭВМ. Быстродействие – это элементная база (время чтения/записи в память, время выполнения команд CPU меняется не так быстро как хотелось бы). Основной подход к повышению производительности на сегодня увеличение числа процессоров одновременно занятых над задачей. Для сравнения по производительности систем используют различные тестовые программы (смеси). Всякая смесь включает команды разной сложности от простых до наиболее сложных. Для тестирования фиксируют время в течении которого пройдет программа на системе. Производительность оценивается либо же кол-вом команд целочисленной арифметики (MIPS), либо MFLOPS, GFLOPS.

Память оценивают по числу хранимых слов и разрядности ША.

Быстродействие – это характеристика, которая отвечает на вопрос, как быстро действует (работает) аппаратура ЭВМ. Относится к отдельным устройствам, а не к ВС в целом. Быстродействие определяется количеством операций в единицу времени и зависит от времени выполнения операции: V=1/t – чем меньше время выполнения операции t, тем выше быстродействие. Другой важнейшей характеристикой ЭВМ является емкость запоминающих устройств. Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которая может одновременно находиться в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти. Наименьшей структурной единицей информации является бит -одна двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения - байтах (байт равен восьми битам).

Адресность электронных вычислительных машин (ЭВМ), количество адресов в команде. Адресность определяется: характером и связностью выполняемых операций; длиной разрядной сетки машины; ёмкостью и структурой оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). По количеству адресов команды делятся на многоадресные, одноадресные и безадресные. В многоадресных командах Адресность может быть равномерной и неравномерной. Равномерная Адресность характеризуется одинаковой структурой и длиной всех адресов команды. При неравномерной Адресности в одной части команды содержатся полные (по всему объёму ОЗУ) и короткие (связанные с частью ОЗУ) адреса. В ряде случаев короткие адреса относятся к специальным сверхбыстродействующим ОЗУ ограниченного объёма. Различают постоянную Адресность, при которой количество адресов в команде устанавливается при разработке ЭВМ, и переменную Адресность предусматривающую оперативное изменение Адресности в процессе вычислений в зависимости от характера выполняемых процедур. Переменная Адресность существенно повышает производительность ЭВМ, однако её реализация сопряжена с конструктивными и схемными усложнениями. Наиболее легко переменная Адресность осуществляется при последовательном или параллельно-последовательном способе обработки информации. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Разрядность шины данных микропроцессора определяет разрядность ЭВМ в целом. Разрядность шины адреса процессора задает его адресное пространство, то есть максимальное количество ячеек ОЗУ, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором. Разрядность шины - число проводов, по которым передаются двоичные сигналы. Разрядность шины данных обычно такая же, как у микропроцессора.

Важной составной частью архитектуры ЭВМ является система команд. Несмотря на большое число разновидностей ЭВМ, на самом низком (“машинном”) уровне они имеют много общего. Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации:

1. Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое;

2. Арифметические операции. К основным арифметическим действиям обычно относятся сложение и вычитание. Что касается умножения и деления, то они во многих ЭВМ выполняются по специальным программам;

3. Логические операции, позволяющие компьютеру анализировать обрабатываемую информацию. Простейшими примерами могут служить сравнение, а также известные логические операции И, ИЛИ, НЕ. Кроме того к ним часто добавляются анализ отдельных битов кода, их сброс и установка;

4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо;

5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами;

6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда прежде всего следует отнести условный и безусловный переход, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом).

Причем эти характеристики нельзя распределить по приоритетам, все они важны и каждая говорит о тех или иных параметрах устройства. Наиболее важными считаются следующие:

1. Быстродействие – измеряется в единицах времени. Показывает интервал времени в течении которого выполняется одна короткая операция. Например, пересылка между регистрами, или сложение регистров.

Быстродействие определяется элементной базой и частотой тактового генератора. Как правило, это время берется несколько большим, чем задержка срабатывания операций в АЛУ процессора.

На эту характеристику не оказывает влияние ни адресация ни способы записи информации в память.

2. Производительность – характеризует число, количество операций выполняемых системой за единицу времени. Это число будет зависеть от характера выполняемых команд. Короткие команды дадут большие значения, длинные наоборот. Поэтому для более объективного решения производительность оценивают на наборах команд (смесей). Часто используют смеси Гибсона. Два вычислителя по скорости можно сравнивать на производительность лишь на одной смеси.

3. Разрядность представления данных. Принято считать данные в байтах 1,2,4,8. Полная разрядность данных в вычислителях называется словом. Аппаратная часть (АЛУ) выполняет операцию над полным словом одновременно, но алгоритмы вычислителей позволяют получать результаты над словами двойной и т.д. длины. Плата за это – пропорциональное увеличение времени. Основным считают разрядность слова. Произвольный специализированный вычислитель может иметь разрядность отличную от стандартных – например 26 разрядов.

4. Адресная составляющая (разрядность адресуемой памяти). Разрядность адреса число адресных разрядов, показывающих максимальный объем памяти, к которой возможно адресоваться напрямую. При этом время доступа минимально. В микроконтроллерах это 16 разрядов (64К), в малых вычислителях 20 разрядов (1Мб), 24,32 разряда. Объем памяти вычислителя в общем случае не ограничен сверху. Разделяют лишь ОЗУ – непосредственный доступ, и ВЗУ – данные, из которой считываются последовательно.

5. Система команд. Сегодня преобладающими являются две системы 1) DEC – ориентация на промышленное оборудование, оборудование управления. 2) IBM. Специализированные вычислители могут иметь свою систему команд, более удобную для частных применений.

104. Преобразуйте десятичное число _____ в:

1. - двоичные целые коды без знака

- двоичные целые коды со знаком

- шестнадцатиричные коды

- двоично-десятичные коды

2. - в двоичный код, формат П3

3. В какой форме хранятся в памяти ЭВМ символы. Приведите два примера.

Пример 1. Перевести число 11(10) в двоичную систему счисления.

Ответ: 11(10)=1011(2).

Пример 3. Перевести число 500(10) в шестнадцатеричную систему счисления.

Ответ: 500(10)=1F4(16).

Двоично-десятичный код, binary-coded decimal, BCD, 8421-BCD — форма записи целых чисел, когда каждый десятичный разряд числа записывается в виде его четырёхбитного двоичного кода. Например, десятичное число 311₁₀ будет записано в двоично-десятичном коде как 0011 0001 0001_BCD.

Двоичные целые коды со знаком

Для числа -1101:

Прямой код 1,0001101

Обратный код 1,1110010

Дополнительный код 1,1110011

Преобразуем отрицательное число −5, записанное в прямом коде, в дополнительный. Прямой код числа −5, взятого по модулю: 101

Инвертируем все разряды числа, получая таким образом обратный код: 010

Добавим к результату 1: 011

Допишем слева знаковый единичный разряд 1011

Двоичный код с ПЗ

Пусть дано число: 113, преобразовать в формат с ПЗ

Выбираем из ряда ближайший больший 128, что равно 2⁷, т.е. порядок=7(или 0111)

Приведем число 113 к виду: 2^P*m, где р-порядок, а m-мантисса. Найдем мантиссу m=113/128=0,88. Тогда 113=2⁷*0,88. Преобразуем мантиссу в двоичный код: 0,88/0,5=1 остаток 0,38,затем0,38/0,25=1 остаток 0,13,затем 0,13/0,125=1 остаток 0,005/0,0625=0,затем 0,005/0,03125=0,и еще раз 0,005/0,015625=0.Итак мы получим значение 0,88 в двоичном коде 0,111000.Запишем общий вид: 0111,111000

Представление текстовой информации.

В случае текстовой информации, каждому символу сопоставляется двоичное число, образуя таблицу кодировок символов. Существует различные стандарты кодировок: ASCII, UCS-2, UCS-4. Например, в таблице ASCII одним байтом кодируются 256 символов (включая управляющие символы). Согласно этой кодировке «-» соответствует 2D, 3-33,нулю-30