Билет 1.Принципы архитектуры фон Неймана. Центральная и периферийная части компа. Архитектура процессора. Команды процессора. Процессор и память. Адресация. Адресное пространство.

История современных компьютерных систем берет начало в сороковых годах 20го века. Трое ученых Артур Бёркс, Герман Голдстайн и Джон фон Нейман-опубликовали статью « Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства». В статье обосновывалось исп-е двоичной системы для представления данных. Принципы фон Неймана: 1) использование двоичной системы счисления для данных и команд;2) программное управление( процессор исполняет программы из памяти);3)однородность памяти(команды и данные хранятся в одной памяти);4)адресуемость памяти(все ячейки одинаково доступны процессору);5)последовательное выполнение команд(одна за другой);5)условный переход(возможность изменения порядка команд). Нанешние компьютера обладают невероятнойвычислительной мощностью, возможностью хранения огромных объемов данных. Архитектура компа. Современный компы в основном унаследовали архитектуру, разработанную фон Нейманом.В составе любого компьютера присутствует центральная часть, включающая процессор(один или несколько) и оперативную память, а также периферийные устройства. Центральная часть обеспечивает выполнение программ( процессор выполняет опреации над хранящимися в оперативной памяти данными). Сами программы( команды процессора) также хранятся в оперативной памяти и могут рассматриваться как данные. Периферийные устройства обеспечивают операции ввода-вывода, долговременное хранение данных, а также взаимодействие с пользователем. Процессор и оперативная память. Процессор представляет собой электронное устройство, в составе которого имеются регистры общего назначения, предназначенные для кратковременного хранения данных, специальные регистры(программны счетчик и указатель стека), а также арифметико-логическое устройство, которое выполняет операции над содержащимся в регистрах данными.

Поскольку процессор обрабатывает данные, представленные в двоич­ной системе счисления, то его важнейшей характеристикой является разряд­ность (размер в битах) основных регистров процессора. Разрядность процес­сора влияет на скорость выполнения программ. Например, сложение двух 64­разрядных чисел на 64-разрядном процессоре выполняется одной командой, тогда как на 32-разрядном процессоре для этого требуется как минимум три команды.

Возможности процессора в части обработки данных определяются его системой команд, которые включают действия над данными, проверки усло­вий, команды переходов. В зависимости от типов обрабатываемых данных команды относят к целочисленной или плавающей арифметикам.

Быстродействие процессора также определяют отдельно по двум груп­пам команд. Для этого применяются характеристики MIPS (миллион команд в секунду) и MFLOPS (миллион команд с плавающей точкой в секунду). Оперативная память компьютера состоит из набора адресуемых ячеек, каждая размером в один байт. Адреса начинаются с нулевого и следуют не­прерывно. Память, которую можно адресовать при данной архитектуре ком­пьютера, называют адресным пространством. Возможности компьютера по адресации определяются разрядностью процессора. Если 16-разрядные про­цессоры могли адресовать 64 Кбайт памяти, 32-разрядные - 4 Гбайт, то по­явившиеся несколько лет назад 64-разрядные процессоры снимают на долгие годы вперед вопрос об ограничениях на возможную память компьютера бла­годаря возможности адресации 2⁶⁴ байт памяти.

Современные компьютеры могут иметь не один, а несколько процессо­ров. Это позволяет выполнять параллельно команды разных программ или различные фрагменты одной и той же программы, которые находятся в еди­ной оперативной памяти. Существуют различные архитектуры многопроцес­сорных компьютеров - скалярные, векторные, матричные, которые ориенти­руются на решение определенных классов вычислительных задач.

Билет 2. Программирование. Языки. Компиляция и построение задачи. Разрешение переменных в памяти. Файл образа задачи. Выполнение задачи. В соотв-и с принципами фон Неймана программирование заключается в размещении в памяти команд и данных для решения поставленной задачи. Если на заре комп-й техники програм-е велось непоср-но в машинных кодах(командах процессора), то затемдля ускорения этого процесса стали применять языки программирования и спец-е программы-трансляторы, которые переводят программы с языка программирования в машинный код. Сущ-т языки программ-я низкого и высокого уровня. Языки низкого уровня( или ассемблеры) позволяют разрабатывать программы на уровне команд процессора. Их применяют там, где требуется высокая эффективность программного кода. Програм-е на языке низкого уровня явл-ся сложной задачей и требует высокой квалиф-ии специалиста. Програм-е на языке высокого уровня не зависит от архитектуры компа и позволяет создавать программы, которые могут переноситься с одной комп-й системы на другую. Языки высокого уровня бывают процедурные, в которых задается последовательность действий, а также непроцедурные, в которых определяется каким должен быть результат работы программы. Трансляторы языков высокого уровня делятся на компилирующие и интерпретирующие. Первые создают программы в машинном коде, вторые испол-т программы на языке высокого уровня. Достоинство компиляторов – эффективность при выполнении программ, интерпретаторов-гибкость при создании программного обеспечения. Процесс создания программного обеспечения включ-т несколько этапов(рисунок). На этапе концепт-го дизайна опр-ся архитектура будущей программы.На этапе кодирования пишется программный код отдельных модулей. След. 2 этапа-компиляция и построение-приводят к созданию готовых к исполнению программ. Их работоспособность проверяется на этапе отладки.