1. Системы счисления. Операции над числами. СС-совокупность правил и приемов записей чисел с помощью набора цифровых знаков (алфавита). Позиционные СС, где значение каждой цифры определяется ее положением, непозиционные СС, где значение цифры не зависит от ее положения.

2. А рифметические операции над двоичными числами. 0+0=0, 0+1=1, 1+1=10, 111-прямой код, 000-обратный, 001-дополнительный.

3. Элементы булевой алгебры. Конъюнкция, логическое умножение, операция и, Л. Дизъюнкция, операция или, V. Отрицание, не, .

4. Многополюсник. Типовые элементы компьютера. Многополюсник – устройство с n входами и n выходами, преобразующее важную информацию. Преобразование информации в компьютере производится устройствами двух классов: 1)комбинационная схема – устройство, в котором, набор выходных сигналов в любой момент времени определяется набором входных (дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры) 2) цифровой автомат – устройство в котором набор выходных сигналов зависит не только от набора входных сигналов, но и от внутреннего состояния элемента(триггеры, счётчики, регистры). Элементы компьютера выполняют функции простейших преобразователей информации. Различные комбинации типовых элементов образуют различные узлы компьютера, которые оперируют многоразрядными двоичными кодами. Типовые узлы: регистры, счетчики, дешифраторы, сумматоры.

5. К омбинационные схемы. Виды представления двоичной информации. Комбинационная схема – устройство, в котором, набор выходных сигналов в любой момент времени определяется набором входных.

Д ва способа представления информации: потенциальный и импульсный.

6. Триггеры. RS-триггер. Триггер –устройство с двумя устойчивыми состояниями – лог ноль и лог единица .

7. Триггеры. D-триггер, JK-триггер. D-триггер создан для предотвращения ситуации двух единиц, как и JK, при подаче на входы которого двух единиц внутреннее состояние меняется на противоположное.

8. К омбинационные схемы. Дешифраторы. Дешифратор – комбинационная схема, у которой логическая 1 соответствует определенному коду на входах. Кроме дешифраторов существуют шифраторы, которые выполняют функции обратные дешифратору. Имеет n входов и 2ⁿ выходов

9. К омбинационные схемы. Мультиплексоры. Мультиплексор – схема, которая обеспечивает подключение одного из входов к выходу.

10. Комбинационные схемы. Сумматоры. Различают сумматоры (SM) и полусуполусумматоры (HS). SM от HS отличается наличием входа, учитывающего знак переноса из младшего разряда в текущий.

11. Комбинационные схемы. Счетчики. Электронный счетчик – это устройство, позволяющее вести подсчет импульсов, поступающих на его вход. Счетчики бывают синхронные (все триггеры синхронизируются одним импульсом), асинхронные (синхронизируются последовательно, один за другим)

12. Регистры. Регистры сдвига (последовательные регистры). Регистр – быстродействующее устройство в составе процессора. Последовательные регистры характеризуются записью числа последовательным кодом. Используют одну линию, работают медленно, за несколько тактов.

13. Регистры. Параллельные регистры. Регистр – быстродействующее устройство в составе процессора. Параллельные регистры выполняют функции приема, хранения и выдачи информации (регистры памяти). Работают за один такт, используют много линий.

14. Принципы Фон Неймана. Структурная схема эвм.

1)Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

2)Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3)Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

4)Принцип последовательного программного управления. Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

5)Принцип архитектуры. Иерархичность запоминающих устройств: чем больше памяти, тем она медленнее.

15. Структура центрального процессора.

ЦП – исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера, отвечающий за выполнения операций.

16. Тракт данных. Командами вызываются 2 операнда из регистров, затем они помещаются во входные регистры АЛУ, над ними выполняется какая-либо арифметическая или логическая операция и результат переносится обратно в регистры. Этот процесс называется циклом тракта данных.

17. RISC и CISC процессоры. Математический сопроцессор. RISC компьютер с ограниченным набором команд. Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения. Система команд отличается относительной простотой. Коды инструкций имеют четкую структуру. CISK процессор с полным набором инструкций. Состав и назначение регистров существенно неоднородное, присутствует самая сложная система команд совместимости со старыми версиями. В процессорах применяется комбинированная архитектура.CISK процессор имеет RISK ядро. Для работы с числами в формате с плавающей запятой предусмотрен математический сопроцессор, представляющий из себя набор 80-битных регистров, а так же специализированное арифметическое устройство, которое кроме 4 стандартных арифметических команд способно вычислять значение квадратного корня, тригонометрических функций, логарифмов и степеней чисел. Математический сопроцессор и его основные функции. Сопроцессор – это специализированная интегральная схема, предназначенная для выполнения специфического набора функций, таких как: выполнение операций с вещественными числами - математический сопроцессор, подготовка графических изображений и трехмерных сцен - графический сопроцессор, цифровая обработка сигналов - сигнальный сопроцессор и др.

Использование сопроцессоров с различной функциональностью позволяет решать проблемы широкого круга:

• обработка экономической информации;

• моделирование;

• графические преобразования;

• промышленное управление;

• системы числового управления;

• роботы;

• навигация;

• сбор данных и др.

Математический сопроцессор предназначен для быстрого выполнения арифметических операций с плавающей точкой, предоставления часто используемых вещественных констант (, log₂10, log₂e, ln2, и др.), вычисления тригонометрических и прочих трансцендентных функций (tg, arctg, log, и др.).

18. Основные характеристики процессора. 1)Тактовая частота – количество тактов за определенный период времени (Гц). Такт – промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. 2)Разрядность процессора определяет размер машинного слова, обрабатываемого ЭВМ. Машинное слово – число бит, к которым процессор имеет одновременный доступ. 3)Адресное пространство – диапазон адресов, к которым может обратиться процессор, используя адресный код (n линий -2ⁿ)

19. Организация и структура памяти. Память – часть компьютера, где хранятся программы и данные. Основная единица памяти – бит. Внутри ЭВМ применяется двоичный и десятичный код. Для хранение одного десятичного разряда используются 4 бита, которые дают 16 комбинаций. Запоминающее устройство разделяет память на 2 уровня: основная (главная, оперативная, физическая) и вторичная (внешняя). Основная память – это массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес. Ячейка – это минимальная единица, к которой компьютер может обращаться. Кроме этого используется понятие слово (две однобайтовых ячейки). Если память содержит n ячеек, то они будут содержать адреса от 0 до n-1.

20. Прерывания. Практически во всех современных компьютерах имеются средства, позволяющие определенным компонентам прерывать нормальную работу процессора. Существует два общих класса прерываний: внутренние и внешние. Первые инициируются состоянием ЦП или командой, а вторые – сигналом, подаваемым от других компонентов системы. Типичные внутренние прерывания: деление на нуль, переполнение и т.п., а типичные внешние – это запрос на обслуживание со стороны какого-либо устройства ввода/вывода.

• программные прерывания – генерируются в некоторых исключительных ситуациях, которые возникают при выполнении команд (например, арифметическое переполнение, деление на ноль и т.д.);

• прерывания таймера – генерируются таймером, который организационно входит в состав процессора, и используются операционной системой для выполнения некоторых регулярных операций;

• прерывания ввода-вывода – генерируются модулями ввода-вывода, чтобы сигнализировать центральному процессору о том, что текущая операция ввода-вывода была завершена или произошла какая-то ошибка во время ее выполнения;

• аварийные прерывания – генерируются специальными средствами контроля работоспособности аппаратуры при обнаружении сбоев.

21. Системы ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода. Система ВВ – набор устройств, осуществляющих взаимодействие процессора с УВВ. Каждое УВВ состоит из двух частей: одна из них состоит из электроники и называется контроллер, а другая представляет собой непосредственно УВВ. Контроллер управляет своим УВВ и регулирует доступ к шине.

22. Периферийные устройства ввода-вывода. Мониторы. Используются для вывода графической информации. Цветные, монохромные. Текстовый режим, графический(векторные, растовые). CRT (электронно-лучевая трубка): хорошая цветопередача, большие габариты, излучение, высокое энергопотребление. LCD: габариты, норм энергопотребление, цветопередача ухудшена, угол обзора 120 градусов, битый пиксель. PDP(плазма): цветопередача, не ограниченная углом обзора, дорогостоящая технология, 10 тыс. часов работы, очень большое энергопотребление. OLED – органический светодиод (маленькое электропотребл. Стоимость, угол норм)

23. Периферийные устройства ввода-вывода. Принтеры. Матричные (дешевые комплектующие, медленная скорость печати, очень шумные), струйные (самая дешевая цветная печать, дорогие комплектующие), лазерные (высокая скорость печати, недорогие комплектующие, высокое качество печати, дорогая стоимость цветной печати), термопринтеры, для печати чеков, для факсовых аппаратов (оперативная смена, низкое качество), плоттеры (печать на А4 и больше).

24. Периферийные устройства ввода-вывода. Клавиатура, мышь, сканер. Мышь: шариковая (нетребовательна к поверхности, сложно добиться точности позиционирования), оптическая, лазерная. Сканер – устройство, позволяющее вводить в компьютер изображения, представленные в виде текста, рисунка и т.д. Ручные (мобильные, неточные), планшетные (качественно, недорого), барабанные (лучшее качество, дороговизна), проекционные, для сканирования слайдов небольшого формата с высоким разрешением.

25. Микропроцессор. Основные понятия. Микропроцессор – программно управляемое устройство для обработки цифровой информации и управления процессами этой обработки. Микропроцессорный комплект – набор микросхем, необходимых для реализации одного функционально завершенного вычислительного устройства. Архитектура микропроцессора – совокупность аппаратных, микропрограммных и программных средств, определяющая технические и эксплуатационные характеристики. Микропроцессорная система – управляемая и контрольно измерительная система, обрабатывающим элементом в которой является микропроцессор.

26. История развития микропроцессоров. i4004 – 2300 транзисторов;

i8083 (78г) – базовая частота 5МГц, до 80МГц, 29000 транзисторов;

i80286 (82г) – 134000 транзисторов, частота от 10 МГц, поддержка защищенного режима, объем памяти до 1Гб;

i 80287 – появление математического сопроцессора;

i80486 (89г) – полностью 32 разрядный, 1,25 млн. транзисторов, cash-память;

i80586 (Int Pent, 93г) – 3,1млн транзисторов, до 133 МГц;

i80726 (Int P4, 2001г) – 48 млн. транзисторов, 0,12 мкм технология изготовления, 1,4-3ГГц, ориентация на Internet, мультимедиа

27. Обобщённая структурная схема микропроцессора. Краткое описание работы микропроцессора. К началу выполнения программы микропроцессор должен находится в нулевом состоянии. Для этого обнуляются все его регистры. Затем из устройства хранения программ в регистр программ поступает код операции (первый байт программы) он дешифруется и готовится схема приема адреса. Следующий байт принимается формирователем адресов операндов. По шине данных в устройство памяти подается команда вызова операнда. Затем выполняется операция, предписанная кодом операции, при этом счетчик команд увеличивает свое состояние на единицу с выполнением последующей операции.

28. Обобщённая структурная схема микропроцессора. Типы операций микропроцессоров. 1)Перемещение информации (пересылка слов либо обмен словами). Пересылка слов – присвоение приемнику информации состояния его источника. Источник – само устройство или сама команда. 2)Логические операции: одноместные или двухместные. 3)Арифметические операции: сложение, вычитание, инкремент (+1), декремент (-1). 4)Сдвиг – параллельное смещение всех бит слова на одну или несколько позиций вправо или влево. Логический – на освободившееся записывается 0, арифметический – записывается 1, циклический – записываются биты, вышедшие за рамки структурной единицы.

29. Архитектура ПЭВМ, рабочих станций и серверов. ПК – компьютер, рассчитанный на использование одним человеком, обеспечивающий пользователя всеми необходимыми ему средствами. Это настольная микро ЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности (ГОСТ 15971-90). Рабочая станция – абонентская система, специализированная на выполнении совместно с сетью определенных задач пользователя. Абонентская система – система, которая является источником и потребителем информации. Сервер – объект информационной сети, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Характеристики современных супер-серверов: наличие 2 и более RISC и CISK процессоров, многоуровневая шинная архитектура, поддержка режима симметричной многопроцессорной обработки. Виды серверов: почтовый, www, сервер БД, файловый. Мэйнфрейм – мощный компьютер для выполнения сложных интенсивных вычислительных работ.

30. Системная магистраль. Магистраль – совокупность всех линий интерфейса. Линии интерфейса – электрические цепи, являющиеся основными физическими связями интерфейса. Шина – совокупность линий, сгруппированных по функциональному назначению, характеризуется разрядностью (кол-во линий связи в шине) и тактовой частотой (ч-та передачи последовательных бит информации по линии связи). Локальные шины для обслуживания небольшого количества устройств определенного класса (AGP до 800 Мб/с). Шины общего назначения, для подключения большого кол-ва разнообразных устройств (ISA, PCI). Периферийные шины для внешних запоминающих и периферийных медленно действующих устройств: ATA, ATAPI, Fast ATA, SCSI, USB (до 127 устройств, plug-and-play), SATA.

31. Архитектура ЭВМ высокой производительности. Классификация ЭВМ по назначению. Суперкомпьютеры. По назначению ЭВМ высокой производительности делятся на универсальные (высокая производительность, разнообразие форм обрабатываемых данных, большая емкость оперативной памяти, развитая система ввода-вывода информации), проблемно-ориентированные (решение узкого круга задач по управлению техническими объектами), специализированные ЭВМ для узкого круга задач и реализации определенной группы функций (адаптеры, контроллеры, устройства сопряжения). Суперкомпьютеры предназначены для высокоскоростного выполнения прикладных процессов. Имеют симметричную (нельзя модифицировать, более надежная) или ассиметричную мультипроцессорную обработку информации.

32. Архитектура ЭВМ высокой производительности. Кластерные суперкомпьютеры. Область применения суперкомпьютеров. Кластер – группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи, представляющая с точки зрения пользователя единую машину. Применяются для космических исследований, в аэродинамике и аэромеханике, в системах искусственного интеллекта, в метеорологии, экологии, в химической промышленности.

33. Современные технологии программирования. История развития программирования. (1,2 этап). 1 этап: стихийное программирование (от первых ЭВМ до середины 60-х, Fortran, Algol). 2 этап: структурный подход, модульное программирование предполагает выделение групп подпрограмм, использующих одни и те же глобальные данные в отдельно компилированные модули. Связи между модулями через специальный интерфейс. (Pascal, ADA, Modula)

34. Современные технологии программирования. История развития программирования. (3,4 этап). 3этап: объектный подход к программированию (сер. 80-х – конец 90-х). C++, Java, Simila. 4 этап: компонентный подход и case-технологии. Предполагает построение программного обеспечения из отдельных компонентов, физически отдельно существующих частей программного обеспечения, которые взаимодействуют между собой через стандартизованные двоичные интерфейсы.

35. Жизненный цикл и этапы разработки программного обеспечения. Жизненный цикл – период времени от появления идеи создания некоторого программного продукта до момента завершения его поддержки фирмой разработчиком. 1)подготовительная работа; 2)анализ требований к системе; 3)проектирование архитектуры системы 4)анализ требований к ПО; 5)проектирование архитектуры ПО; 6)детальное проектирование ПО; 7)кодирование и тестирование ПО; 8)интеграция ПО; 9)квалификационное тестирование ПО; 10)приемка.

36. Эволюция моделей жизненного цикла программного обеспечения. Каскадная модель, 1970-1985 (постановка задачи – анализ – проектирование – реализация – модификация), получение в конце каждой стадии законченного набора проектной документации, простота планирования процесса разработки, продукт мог устареть еще до выхода из-за закладывания решения при постановке задачи. Модель с промежуточным контролем (первая половина 80-х), разработка может быть не завершена, находясь в стадии доработки и уточнения. Спиральная модель, сокращение времени до появления новых версий программного продукта, заинтересованность большего числа пользователей для обеспечения быстрого продвижения новых версий на рынке.

37. Оценка качества программного обеспечения. Качество ПО – весь объем признаков и характеристик программной продукции, которые относятся к ее способности удовлетворять установленным или предполагаемым потребностям. Качество программного продукта обладает характеристиками: функциональные возможности, надежность, практичность, эффективность, сопровождаемость, мобильность.

38. Принципы проектирования архитектуры и структуры программного обеспечения. Выбор архитектуры программного обеспечения. Выбор подхода к разработке. На начальных этапах проектирования принципиальные решения, определяющие весь дальнейший ход разработки ПО: выбор архитектуры, типа пользовательского интерфейса, подхода к разработке, языка и среды программирования. Архитектура ПО – совокупность базовых концепций его построения: однопользовательская (программы, пакеты программ, программные комплексы, программные системы), многопользовательская.

39. Принципы проектирования архитектуры и структуры программного обеспечения. Выбор типа пользовательского интерфейса. Выбор языка программирования. Типы интерфейса – примитивные, меню, со свободной навигацией (множество сценариев без иерархии), прямого манипулирования. Язык может быть определен организацией, ведущей разработку, программистом, заказчиком. Языки можно разделить на универсальные или высокого уровня, специализированные и низкого уровня.