- •Основы Информационно Вычислительных Комплексов
- •Оглавление
- •Арифметические основы
- •Система счисления.
- •Позиционные системы счисления.
- •Выбор системы счисления.
- •Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
- •Перевод чисел из одной системы счисления в другую, когда одно основание является целой степенью другого.
- •Классификация параллельных вс
- •"Фон-Неймановские" и "не-Фон-Неймановские" архитектуры
- •Системы с общей и распределенной памятью
- •Способы межмодульного соединения (комплексирования)
- •"Исторические" модели Векторная вс пс-2000
- •Матричные вс
- •Вс Крей-1 ("Электроника ссбис")
- •Мвк "Эльбрус-2"
- •Проект мвк "Эльбрус-3"
- •Организация памяти вычислительной системы Организация подсистемы памяти в пк
- •Технологии оперативной памяти
- •Вопросы для самоконтроля
- •Организация обработки прерываний в эвм
- •Цепочечная однотактная система определения приоритета запроса прерывания
- •Обработка прерываний в персональной эвм
- •Ввод-вывод информации
- •Состав, классификация и характеристики периферийных устройств Классификация периферийных устройств
- •Устройства ввода Клавиатура
- •Прочие устройства ввода - манипуляторы
- •Устройства вывода Монитор
- •Принтеры
- •Внешние запоминающие устройства Накопители с магнитным носителем
- •Накопители с оптическим носителем
- •Вопросы для самоконтроля
- •Микропроцессорная техника Понятие микропроцессора
- •1.1. Что такое микропроцессор?
- •1.2. Шинная структура связей
- •1.3. Режимы работы микропроцессорной системы
- •1.4. Архитектура микропроцессорных систем
- •1.5. Типы микропроцессорных систем
- •Мультимикропроцессорные вычислительные системы
- •Направление "мини-супер" призвано поддержать персональный компьютер
- •Распределенный и разделяемый вычислительный ресурс второго уровня. Решающие поля
- •Способы распараллеливания
- •2. Рассмотрим задачу счета способом "пирамиды".
- •Тенденции развития микропроцессоров
- •Нанотехнологии
- •Фотоника
- •Вопросы для самоконтроля
- •Пэвм,рабочие станции и серверы:
- •Vliw архитектура
- •Архитектура ia-64
- •Описание ia-64
- •Архитектура е2к
- •2.4.2. Функции памяти
- •2.4.3. Функции устройств ввода/вывода
- •Адресация операндов
- •3.1. Адресация операндов
- •3.1.1. Методы адресации
- •3.1.2. Сегментирование памяти
- •3.1.3. Адресация байтов и слов
- •3.2. Регистры процессора
- •Подключение дополнительных и интерфейсных схем Интерфейсы scsi
- •Интерфейс rs-232c
- •Интерфейс ieee 1284
- •Инфракрасный интерфейс
- •Интерфейс usb
- •Интерфейс ieee 1394 - FireWire
- •Вопросы для самоконтроля
- •Универсальные и специализированные эвм высокой производительности
- •Способы организации высокопроизводительных процессоров. Ассоциативные процессоры. Конвейерные процессоры. Матричные процессоры
- •Ассоциативные процессоры
- •Конвейерные процессоры
- •Матричные процессоры
- •Архитектура специализированных вычислительных комплексов Концепция Вычислительного Комплекса
- •Архитектура комплексов, ориентированных на программное обеспечение Основные характеристики мультипрограммного режима работы эвм
- •Расширенная архитектура приложений
- •Архитектура компьютера
- •С точки зрения программиста
- •Уровни абстракции
- •Создание программ
- •Классификация архитектур
- •Процессоро-ориентированная архитектура
- •Машинная архитектура высокого уровня
- •И это тоже есть!
- •Объекты
- •Имена объектов
- •Объекты os/400 и системные объекты mi
- •Поиск объектов
- •Библиотеки
- •Разделяемые папки
- •Интегрированная файловая система
- •Доступ к объектам
- •Адресация на базе возможностей
- •Разрешение системных указателей
- •Другие типы указателей
- •Характеристики системных объектов
- •Программные объекты
- •Внутри системного объекта
- •Сегментированная память
- •Структура системного объекта
- •Многосегментные объекты
- •Содержимое заголовков
- •Заголовок сегмента
- •Заголовок epa
- •Примеры объектов
- •Машины баз данных Интегрированная база данных
- •База данных без имени
- •Хранилища данных
- •Преобразование оперативных данных в информационные
- •Серверы баз данных
- •Параллельная обработка
- •Многомерные базы данных (mdd)
- •Анализ данных и инструментарий конечных пользователей
- •Управление хранилищем данных
- •Эволюция реляционной базы данных
- •Двуликая база данных
- •Как функционирует база данных
- •Функции субд
- •Описание данных и создание файлов
- •Создание физических файлов и таблиц
- •Создание логических файлов и проекций
- •Словарь данных и каталоги
- •Независимость данных и программ
- •Защита данных
- •Целостность и восстановление данных
- •Системная защита пути доступа smapp
- •Управление транзакциями
- •Триггеры
- •Ссылочная целостность
- •Дисковые системы высокой доступности
- •Другие функции базы данных
- •Хранимые процедуры
- •Поддержка национальных языков
- •Предсказывающий регулятор запросов
- •Повышение производительности базы данных
- •Распределенные базы данных
- •Шлюзы к другим базам данных
- •Трансформация данных с помощью DataPropagator
- •Соединение при помощи OptiConnect
- •Внутренняя реализация функций базы данных
- •Объекты базы данных
- •Области данных
- •Индексы области данных
- •Курсоры
- •Доступ пользователя к данным
- •Журналы slic
- •Управление транзакциями в slic
- •Машинные индексы
- •Двоичный поиск
- •Деревья с двоичным основанием
- •Внутренняя организация дерева с двоичным основанием
- •Защита от несанкционированного доступа
- •Интегрированная защита
- •Уровни защиты
- •Отсутствие защиты (уровень 10)
- •Парольная защита (уровень 20)
- •Защита ресурсов (уровень 30)
- •Защита ос (уровень 40)
- •Защита c2 (уровень 50)
- •Профили пользователей
- •Класс пользователя
- •Объекты, принадлежащие и доступные
- •Права доступа к объектам
- •Привилегированные команды и специальные права
- •Заимствование прав программой
- •Группирование прав
- •Алгоритм поиска прав
- •Дополнительная защита в сетевом мире
- •Подключение пк к as/400
- •Вирусы, черви, троянские кони и другие мерзкие твари
- •Безопасный сервер www
Выбор системы счисления.
Возникает естественный вопрос, является ли общепринятая система счисления с основанием 10 оптимальной? Если да, то с каких позиций? Вопрос заслуживает внимания, т.к. одна из первых ВМ (ENIAC) использовала именно десятеричную систему.
Прямой и однозначный ответ на этот вопрос невозможен. Можно дать много различных ответов и все они будут справедливы лишь для каких-то определенных условий.
Введя общее представление числа в позиционной системе, мы усомнились в достоинствах десятеричной не потому, что она вдруг проявила свои отрицательные качества, а потому что ее преимущества явны лишь при ручных методах счета. Нас же интересуют, прежде всего, такие системы счисления, которые будут удобны и экономичны при автоматических вычислениях с помощью ЭВМ. Мы должны также помнить, что необходимо для этого иметь саму ЭВМ.
Покажем, что десятеричная система не устарела. Например, для производства экономичных расчетов обычно приходится иметь дело с очень большими объемами числовой информации. Тогда с введением новой системы пришлось бы воспользоваться следующей цепочкой действий:
Т.е. нужно было бы из десятеричной системы перевести информацию в "p"-систему, произвести над ней необходимые операции в системе "p", затем снова сделать, но обратный перевод из "p"-системы в десятеричную, т.к. отказ от десятеричной системы потребовал бы и устранения первого этапа.
Если преобразование из десятеричной системы в "p"-систему требует не слишком много времени, в то же время, если выполнение функции F будет в системе "p" сделано много быстрее, то тогда эта цепочка действий будет оправданной.
Но для экономической информации характерно то, что очень несложные операции нужно производить всякий раз над большим объемом исходных данных. Так что в данном случае вряд ли целесообразно переходить к новой системе. Это и является объяснением того факта, что в настоящее время значительное число ЭВМ строится именно в десятеричной системе счисления.
Однако ЭВМ предназначены не только для выполнения экономических расчетов. В большинстве случаев неэкономических применений ЭВМ имеют дело с задачами, в которых общий объем исходных данных невелик, но общее число необходимых операций огромно. Именно для такого рода применений рассмотренная последовательность действий может оказаться выгодной.
Очевидно, что можно, не сужая области применения ЭВМ, задаться величиной некоторого самого большого числа. Пусть это будет число M. Воспользуемся позиционной системой счисления с основанием "p", и тогда потребуется "n" разрядов, чтобы представить все M чисел:
M = pn - 1 ( от 0 до pn - 1 )
M ≈ pn
logpM = n*logpp, где logpp = 1, тогда n = logpM.
Оборудование, которое нужно для хранения любого числа от 0 до M пропорционально произведению основания системы счисления на количество разрядов.
Таким образом, при заданном числе M количество цифроразрядов при основании "p":
p*n = p* logpM, (6.1)
где:
цифроразряд - эквивалент оборудования,
p*n - число устойчивых состояний элемента памяти,
n - число разрядов в числе.
Рассмотрим пример:
Пусть есть 24 цифроразряда.
Основание p. |
Возможное число цифроразрядов. |
Наибольшее число M. |
2 |
2*12 |
1*1*...*12 = 409510 \________/ 12 |
3 |
3*8 |
2*2*...*23 = 656010 \________/ 8 |
4 |
4*6 |
3*3*...*34 = 409510 \________/ 6 |
6 |
6*4 |
5*5*5*56 = 129510 \______/ 4 |
8 |
8*3 |
7*7*78 = 51110 \____/ 3 |
Количество цифроразрядов говорит как о величине оборудования, так является характеристикой быстродействия. Как увидим позже, в позиционной системе счисления времена выполнения операций могут быть выражены через количество разрядов в числе.
Считаем "p" - величиной непрерывной. Находим производную от (6.1) по величине "p". Берем вторую производную по "p". Увидим, что первая производная обращается в нуль, а вторая - больше нуля при p = e. Т.е. получаем минимум при p = e.
Таким образом, оптимальной по оборудованию и быстродействию является система с основанием е.
Но е = 2,718...
Поэтому оптимальной является система с основанием р = 3.
Построим функцию, характеризующую отношение оборудования в системе с основанием "p" относительно системы с основанием "2".
p |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
f(p) |
1,000 |
0,946 |
1,000 |
1,078 |
1,148 |
1,247 |
1,333 |
1,420 |
1,595 |
Т.е. 10-я система является более чем в 1,5 раза неэкономичной по отношению ко 2-ой системе, а 3-я система оказывается лишь на 5% экономичнее 2 й.
Действительное обоснование экономичности той или иной системы выглядит несколько сложнее.
Когда говорим об экономичности, то, прежде всего, имеем ввиду объем оборудования, сосредоточенный в АУ и ЗУ. Объем оборудования УУ не находится в столь простой зависимости от "p" да и в АУ учитывается лишь оборудование, связанное с элементами хранения информации, но не логическое оборудование.
Более детальный анализ показывает, что наиболее эффективными являются системы с основанием, кратным 2, т.е. 2, 4, 8, 16. Специфика построения схем ЭВМ показывает, что наиболее эффективной является 16-ая система. Именно она и применяется в современных машинах.
Мы же будем считать эффективной систему с основанием 2 по причине ее наибольшего распространения.
Вот основные соображения в пользу этой системы:
Высокая информационная эффективность.
Простота и надежность работы 2-ого элемента хранения информации (т.е. имеющего 2 устойчивых состояния)
Совпадение максимального числа состояний элемента с максимальным числом значений двоичной переменной, дающее возможность не строить специальные устройства для выполнения логических операций.
Простота построения схем для выполнения простых операций.
Более высокая скорость выполнения основных арифметических операций.
Последнее требует специального пояснения. В данном случае рассматриваются не отрезки времени, необходимые для выполнения тех или иных операций, а скорость, определяемая косвенно по относительному числу операций, которые требуется провести для выполнения, например, деления или умножения в двоичной или прочих системах.
Если "p" - основание системы счисления, то максимальная цифра в одном разряде - (p-1).
Если N - максимальное число, то для его изображения требуется logpN разрядов.
Для того чтобы выполнить операцию умножения, например, потребуется (p-1)*logpN операций сложения. Если сравнить это число операций в системе с основанием "p" и отнести его к числу операций в системе с основанием "2", то может получиться следующая функция:
(p-1)*logpN p-1
___________ _____
f(p)= =
1*log2N log2p
n |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
... |
10 |
f(n) |
1,000 |
1,262 |
1,500 |
1,725 |
1,913 |
... |
2,709 |
Это лишь основные соображения в пользу выбора в качестве основы двоичную систему счисления. Существуют и другие (контроль, диагностика неисправностей), но мы их из рассмотрения опустим.