Экзаменационные ответы по дисциплине “Организация эвм и систем” для направления 552800 “Информатика и вт”
Представление информации в ЭВМ и вычислительных системах: понятие системы счисления, система кодирования символов ASCII, представление целых и вещественных чисел, представление отрицательных чисел.
Система счисления – совокупность приемов и правил записи чисел с помощью определенного набора символов.
ASCII – американаский стандартный код для информационного обмена (международный стандарт).
Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 до 127. Остальные 128 кодов используются в разных вариантах.
Для представления чисел в ЭВМ обычно используют битовые наборы последовательности нулей и единиц фиксированной длины.
Целые числа без знака.
Как определить, какое целое число представляет тот или иной битовый набор?
Возможны разные способы. Например, можно считать, что представляемое число равно количеству единиц в битовым наборе ("единичная" система счисления). Такой способ позволяет представить всего k различных целых чисел от 0 до k–1, где k — длина набора.
Целые числа со знаком
Для представления знаковых целых чисел используются три способа:
1) прямой код;
2) обратный код;
3) дополнительный код.
Все три способа используют самый левый (старший) разряд битового набора
длины k для кодирования знака числа: знак “плюс” кодируется нулем, а “минус” единицей.
Вещественные числа представляются в компьютере в так называемой экспоненциальной, или плавающей, форме. Вещественное число r имеет вид
r = ±2e* m
Представление числа состоит из трех элементов:
знак числа - плюс или минус. Под знак числа отводится один бит в двоичном представлении, он располагается в старшем, т.е. знаковом разряде. Единица соответствует знаку минус, т.е. отрицательному числу, ноль - знаку плюс. У нуля знаковый разряд также нулевой;
показатель степени e, его называют порядком или экспонентой. Экспонента указывает степень двойки, на которую домножается число. Экспонента может быть как положительной, так и отрицательной (для чисел, меньших единицы). Под экспоненту отводится фиксированное число двоичных разрядов, обычно восемь или одиннадцать, расположенных в старшей части двоичного представления числа, сразу вслед за знаковым разрядом;
мантисса m представляет собой фиксированное количество разрядов двоичной записи вещественного числа в диапазоне от 1 до 2.
Для представления отрицательных целых чисел используется дополнительный код. Дополнительным кодом двоичного числа X в N-разрядной ячейке является число, дополняющее его до значения 2.
Получить дополнительный код можно следующим путем:
записать внутреннее представление положительного числа X;
записать обратный код этого числа заменой во всех разрядах 0 на 1 и 1 на 0;
к полученному числу прибавить 1.
Основные принципы организации эвм: понятие эвм, понятие вычислительных систем, основные характеристики эвм, машина эвм фон Неймана (постулаты фон Неймана, понятия программы, данных, операндов).
ЭВМ – Автоматический преобразователь информации, работающий под управлением программы, хранимой во внешней памяти.
Вычислительные системы – совокупность взаимосвязанных ЭВМ или процессоров, а так же периферийных устройств и ПО, предназначенных для обработки информации.
Основные характеристики ЭВМ
- Быстродействие и производительность ЭВМ – характеристика, которая отвечает на вопрос «как быстро действует аппаратура ЭВМ».
Относится к отдельным устройствам, например, быстродействие АЛУ характеризует скорость, с которой это устройство может выполнить операции.
VАЛУ={V+,V-, V*, V/… }
Быстродействие определяется количеством операций в единицу времени.
Производительность – вместо быстродействия на ЭВМ используют производительность ЭВМ. В совершенных ЭВМ производительность оценивают по тактовой частоте микропроцессора (МП).
Тактовая частота МП – одна из основных характеристик МП, означает скорость пересылки сигналов микропроцессором. Тактовая частота более объективно определяет быстродействие машины, т.к каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.
Разрядность – максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передач информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях будет больше и производительность ПК.
Память ЭВМ
Быстродействие (кол-во операций в единицу времени)
Емкость. В настоящее время персональные ЭВМ имеют емкость ОП, равную 256 Мб и больше.Этот показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и их приложения могут одновременно обрабатываться в машине. Емкость внешней памяти зависит от типа носителя (НЖМД, НГМД)
- Надежность.
Способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства. Переход на СБИС резко сократил число используемых ИС, а, значит, и число их соединений друг с другом.
Хорошо продумана компоновка компьютера и обеспечение требуемых режимов работы (охлаждение, защита от пыли)
Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.
Машина фон Неймана
Принципы фон Неймана
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.
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.
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.
Принцип последовательного программного управления
Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Принцип жесткости архитектуры
Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.
Программа – это последовательность инструкций (команд), описывающая алгоритм решения с помощью компьютера соответствующей задачи, для реализации которой эта программа была разработана.
Данные - представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и обработки в некотором информационном процессе.
Операнд - в языках программирования ― аргумент операции; данные, которые обрабатываются командой; грамматическая конструкция, обозначающая выражение, задающее значение аргумента операции; иногда операндом называют место, позицию в тексте, где должен стоять аргумент операции.