Тема 4. Семейство процессоров Intel ia-32.

План лекции №15. Семейство процессоров Intel IA-32.

1. 16-разрядный режим. Сегментация памяти.

2. Организация процессоров 80386 и 80486.

3. Организация процессора Pentium и Pentium Pro.

4. Организация процессоров Pentium II, Pentium III, Pentium 4.

Тема 4. Большие компьютерные системы.

План лекции №16. Большие компьютерные системы.

1. Виды параллельной обработки и классификация систем параллельной обработки.

2. Матричная обработка.

3. Архитектура мультипроцессорных систем общего назначения.

4. Коммуникационные сети.

План лекции №17. Организация памяти в мультипроцессорных системах.

1. Программный параллелизм и общие переменные.

2. Доступ к общим переменным.

3. Согласованность КЭШа.

4. Блокировка и согласованность кэш-памяти.

План лекции №18. Мультикомпьютерные системы.

1. Общая память и передача сообщений.

2. Система с общей памятью.

3. Система с передачей сообщений.

4. Производительность мультипроцессорных систем, закон Амдала.

5. Показатели производительности.

в) Планы лабораторных (практических) занятий

Тема занятия 1. Системы счисления (Представление о системах счисления).

Цель:	Научить работать в различных системах счисления и переходить из одной системы счисления в другую.
Обеспечение:	конспекты лекций, типовые задачи
Продолжительность:	2 часа

Перевести число N в из системы счисления с основание n в число M в системе счисления с основанием m.

№ задания	N	n	m
1	11110101.01011	2	10
2	FFA1	16	2
3	1256.789	10	16
4	0.3856	10	2
5	5244	7	3
6	10111011	2	5
7	121121	3	16
8	38A	11	10
9	5612AD	15	10
10	11110000	3	2
11	1/7	10	16
12	AAFF	16	2
13	ABCDE.00FF	16	9
14	10101010	2	8
15	354345	6	7
16	123	10	2-10
17	1000	10	2
18	123	5	2
19	BB00	16	8
20	1110101010	2	8

Тема занятия 2. Базовые логические функции и минимизация логических схем (Логические схемы).

Цель:	Введение в двоичную логику. Научить минимизировать логические выражения и схемы.
Обеспечение:	конспекты лекций, справочники, учебники, упражнения, типовые задачи.
Продолжительность:	3 часа

Практические задания.

1. Выразите функцию COINCIDENCE в форме суммы произведений, если COINCIDENCE = .

2. Докажите следующие тождества с помощью алгебраических преобразований, а также с помощью таблиц истинности.

1. 

2. 

3. 

З. Выведите минимальные формы для суммы произведений функций f₁, f₂, f₃, и f₄ переменных x₁, х₂ и х₃, приведенных на рис. 1. Существует ли боле одной минимальной формы каждой из этих функций? Если да, выведите все эти формы.

Рис. 1. Логические функции для упражнения З

4. Найдите минимальную форму суммы произведений для функции f если:

5. С помощью карты Карно найти сумму произведений с минимальной формы для функции f.

6. Используя законы двоичной логики найти сумму произведений с минимальной формы для функции f примера 5.

7. С помощью карты Карно найти сумму произведений с минимальной формы для дополнения () функции примера 5.

8. С помощью закона де Моргана образовать дополнение () для функции примера 5 и найти минимальную форму.

9. Найдите выражение с минимальной стоимостью (минимальной формы) для функции ,, где f= 1, если одна или две входные переменные имеют логическое значение 1. В противном случае f = 0.

10. Используя правила 4-разрядного двоичного кодирования десятичной цифры. Нарисуйте схему с четырьмя входами, помеченными, как и выходом f при условии, что f = 1, если 4-разрядный код соответствует одной из существующих десятичных цифр; в противном случае f = 0. Приведите реализацию этой схемы, которая имеет минимальную стоимость.

11. Два 2-разрядных числа, А = и В = , должны сравниваться с помощью четырехразрядной функции . Функция f имеет значение 1, если

v (A) ≤ v (В)

где v (X) = x₁ x 2¹ + x₀ x 2⁰ для любого 2-разрядного двоичного числа. Предположим, что переменные А к В таковы, что | v (А) - v (В) | ≤ 2. Синтезируйте f, используя минимум вентилей.

12. Повторите упражнение 11 при условии, что f = 1, если v (A) > v (В)

и действует входное ограничение v (А) + v (В) ≤ 4

13. Докажите, что ассоциативный закон не применим к оператору И-НЕ.

14. Реализуйте следующую функцию с помощью не более чем шести вентилей И-НЕ, каждый из которых имеет по три входа.

Разрешается использовать дополнения входных переменных.

116. Используя только вентили И-НЕ, реализуйте следующую функцию с минимальной стоимостью (минимальной формы). Дополнения входных переменных применять не разрешается.

15. Покажите, как реализовать следующую функцию с помощью шести или менее 2-входовых вентилей И-НЕ.

Тема занятия 3. Алгоритмы и способы их описания (Архитектура современных и высокопроизводительных ЭВМ).

Цель:	Научить описывать алгоритмы с помощью блок-схем
Обеспечение:	конспекты лекций, справочники, учебники, упражнения, типовые задачи.
Продолжительность:	4 часа

Практические задания.

Описать алгоритмы в виде блок-схем для следующих задач.

Работа N 1.

РАЗВЕТВЛЕНИЯ

Варианты заданий.

1. Если сумма трех попарно различных чисел x, y, z меньше 10, то наименьшее из этих трех чисел заменить полусуммой двух других, в противном случае заменить меньшее из x и y полусуммой двух оставшихся значений.

2. Для заданного числа a найти корень уравнения f(x)=0, где

3. Дано число x. Напечатать в порядке возрастания Ln(x), 1+|x|, (1+x²)x.

4. Даны числа A₁, B₁, C₁, A₂, B₂, C₂. Напечатать координаты точки пересечения прямых, описываемых уравнениями

A₁*X + B₁*Y + C₁ = 0

A₂*X + B₂*Y + C₂ = 0

либо сообщить, что эти прямые совпадают, не пересекаются либо вообще не существуют.

5. Даны произвольные числа a, b, c. Если нельзя построить треугольник с такими длинами сторон, то сообщить об этом, в противном случае сообщить является ли треугольник равносторонним, равнобедренным или треугольником общего вида.

6. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, б.

7. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, в.

8. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, д.

9. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, е.

10. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, ж.

11. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, з.

12. Даны действительные числа . Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, и.

13. Даны действительные числа x,y. Определить принадлежит ли точка с координатами (x,y) заштрихованной части плоскости рис.1, к.

14. Пусть D-заштрихованная часть плоскости (рис 2. а) и пусть U определяется по x,y следующим образом (запись (x,y)D означает, что точка с координатами x,y принадлежит D)

Даны действительные числа x,y. Определить U.

15. Пусть D-заштрихованная часть плоскости (рис 2. б) и пусть U определяется по x,y следующим образом (запись (x,y)D означает, что точка с координатами х,у принадлежит D)

Даны действительные числа х,у. Определить U.

16. Пусть D-заштрихованная часть плоскости (рис 2. в) и пусть U определяется по x,y следующим образом (запись (x,y)D означает, что точка с координатами х,у принадлежит D)

Даны действительные числа х,у. Определить U.

17. Пусть D-заштрихованная часть плоскости (рис 2. г) и пусть U определяется по x,y следующим образом (запись (x,y)D означает, что точка с координатами х,у принадлежит D)

Даны действительные числа х,у. Определить U.

18. Пусть D-заштрихованная часть плоскости (рис 2. д) и пусть U определяется по x,y следующим образом (запись (x,y)D означает, что точка с координатами х,у принадлежит D)

Даны действительные числа х,у. Определить U.

19. Пусть D-заштрихованная часть плоскости (рис 2. е) и пусть U определяется по x,y следующим образом (запись (x,y)D означает, что точка с координатами х,у принадлежит D)

Даны действительные числа х,у. Определить U.

20. Известно, что астрологи делят год на 12 периодов и каждому из них ставят в соответствие один из знаков Зодиака.

20.01 - 18.02 - Водолей 23.07 - 22.08 - Лев

19.02 - 20.03 - Рыбы 23.08 - 22.09 - Дева

21.03 - 19.04 - Овен 23.09 - 22.10 - Весы

20.04 - 20.05 - Телец 23.10 - 22.11 - Скорпион

21.05 - 21.06 - Близнецы 23.11 - 21.12 - Стрелец

22.06 - 22.07 - Рак 22.12 - 19.01 - Козерог

Напишите программу, которая вводит дату некоторого дня года и печатает название соответствующего знака Зодиака.

Рис 1.	Рис2.

Работа N 2.

ЦИКЛЫ. СОЧЕТАНИЯ ЦИКЛА И РАЗВЕТВЛЕНИЯ

Варианты заданий

1. Дано натуральное число N. Вычислить

1/sin(1)+1/(sin(1)+sin(2))+...+1/(sin(1)+sin(2)+...+sin(N))

2. Дано натуральное число n. Вычислить

3. Дано натуральное число n. Вычислить aⁿ.

4. Дано натуральное число n. Вычислить

a (a+1) ... (a+n-1)

5. Дано натуральное число n, действительное x. Вычислить

sin(x) + sin² (x) + ... + sinⁿ (x)

6. Дано натуральное число N. Сколько цифр в числе n.

7. Дано натуральное число N. Вычислить сумму его цифр.

8. Пусть a₀=1; a_k=ka_k-1+1/k, k=1,2,…

Дано натуральное число n. Получить a_n.

Вычислить бесконечную сумму с заданной точностью  (>0). Считать, что требуемая точность достигнута, если вычислена сумма нескольких первых слагаемых и очередное слагаемое оказалось по модулю меньше, чем (, - это и все последующие слагаемые можно не учитывать.

9. Вычислить:

10. Вычислить:

11. Вычислить:

12. Вычислить:

13. Вычислить

14. Дано натуральное число n. Получить все натуральные числа, меньшие n и взаимно простые с ним.

15. Дано натуральное число n. Получить все простые делители этого числа.

16. Найти натуральное число от 1 до 10000 с максимальной суммой делителей.

17. Найти первые 100 простых чисел.

18. Натуральное число называется совершенным, если оно равно сумме всех своих делителей, за исключением себя самого. Число 6 - совершенное, так как 6=1+2+3. Число 8 - не совершенное, так как 81+2+4. Дано натуральное n. Получить все совершенные числа, меньшие n.

20. Напечатать в возрастающем порядке все трехзначные числа, в десятичной записи которых нет одинаковых цифр.

Работа N 3.

Обработка массивов

Варианты заданий

1. Даны действительные числа A[1900], A[1901]...A[1950] - количество осадков в мм, выпавших в Симферополе в течении первых 50 лет. Надо вычислить среднее количество осадков и отклонение от среднего для каждого года.

2. Даны действительные числа A₁,A₂,A₃,... A_2n. Получить:

A₁,A_n+1,A₂,A_n+2,...,A_n, A_2n.

3. Даны действительные числа A₁,A₂,A₃,... A_2n. Получить:

A₁,A_2n,A₂,A_2n-1,...,A_n, A_n+1.

4. Даны действительные числа A₁,A₂,A₃,... A_2n. Получить:

A₁+A_2n,A₂+A_2n-1,...,A_n+A_n+1.

5. Даны действительные числа A₁, A₂, A₃,...,A_n . Если в результате замены отрицательных членов последовательности их квадратами члены будут организовывать неубывающую последовательность, то получить сумму членов исходной последовательности; в противном случае получить их произведение.

6. Даны действительные числа A₁, A₂, A₃,..., A_n. Получить новую последовательность, выбросив из исходной все члены со значением max(A₁, A₂, A₃,..., A_n).

7. Даны действительные числа A₁, A₂, A₃,..., A_n. Все члены последовательности с четными номерами, предшествующие первому по порядку члену со значением Max(A₁, A₂, A₃,..., A_n) умножить на Max(A₁, A₂, A₃,..., A_n).

8. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n, каждое из которых отлично от нуля. Поменять местами наибольший член последовательности и член с номером M.

9. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n. Если в данной последовательности ни одно четное число не расположено после нечетного, то получить все отрицательные числа последовательности, иначе - все положительные. Порядок следования чисел в обоих случаях заменяется на обратный.

10. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n. Наименьший член последовательности заменить целой частью среднего арифметического всех членов последовательности, остальные члены оставить без изменения. Если в последовательности несколько членов со значением Min(A₁, A₂, A₃,..., A_n), то заменить последний по порядку.

11. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n, каждое из которых является либо 0, либо 1, либо 2. Переставить числа так, чтобы сначала шли только 0, затем только 1, затем только 2.

12. Элементы массива Х преобразовать по следующему правилу (воспользоваться массивом У, как вспомогательным): все отрицательные элементы массива Х перенести в его начало, а все остальные - в конец, сохраняя исходное взаимное расположение как среди отрицательных, так и среди всех остальных элементов.

13. Элементы массива Х преобразовать по следующему правилу (воспользоваться массивом У, как вспомогательным): все элементы массива Х циклически сдвинуть вправо на k позиций.

14. Даны действительные числа . Найти сумму A₁, A₂, A₃,..., A_n чисел этой последовательности, расположенных между максимальным и минимальным числами (в сумму включить и оба этих числа).

15. Даны две последовательности по 30 чисел в каждой. Найти наименьшее среди тех чисел первой последовательности, которые не входят во вторую последовательность (считая, что хотя бы одно такое число есть).

16.Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n (в этой последовательности могут быть повторяющиеся члены). Получить все числа последовательности, которые входят в нее по одному разу.

17. Построить пересечение последовательностей A₁, A₂, A₃,..., A_n и B₁, B₂, B₃,..., B_n. Т.е. получить в каком либо порядке числа, принадлежащие одновременно обеим последовательностям. (Если возникают трудности, попробуйте решить эту задачу, предполагая, что среди членов последовательности А нет повторяющихся и среди членов последовательности В нет повторяющихся)

18. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n . Для каждого из этих чисел выяснить сколько раз оно входит в эту последовательность. Результат представить в виде ряда строк, первая из которых есть А_{1- k}, где k - есть число вхождений А₁ в

последовательность. Вторая строка будет иметь вид А_{i- m}, где А_i - есть первый по порядку член, отличный от А₁ , _m - число вхождений этого члена в последовательность и т.д.

19. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n. Получить новую последовательность, заменяя A_i нулями, если |A_i|Max(A₁, A₂, A₃,..., A_n) и заменяя A_i единицей в противном случае.

20. Даны целые числа A₁, A₂, A₃,..., A_n. Оставить ее без изменения, если она упорядочена по неубыванию или по невозрастанию; в противном случае удалить из последовательности те члены, порядковые номера которых кратны четырем, сохранив прежним порядок оставленных членов.

Тема занятия 4. Числа, арифметические операции и символы (Машинные команды и программы).

Цель:	Научить представлять числа в виде прямого, обратного и дополнительного кодов. Производить арифметические операции с двоичными числами в заданной разрядной сетке
Обеспечение:	конспекты лекций, типовые задачи
Продолжительность:	3 часа (может быть и более при надобности)

Практические задания.

Работа N 1.

Преобразовать десятичное число N₁₀ в 32 разрядное в двоичной системе счисления в виде прямого N_пр, обратного N_обр и дополнительного N_доп кодов со знаковым разрядом.

№ вопроса	N	№ вопроса	N	№ вопроса	N	№ вопроса	N
1	4911	6	-36778	11	-28376	16	-22828
2	8612	7	-22506	12	-20247	17	-16073
3	3032	8	-17033	13	-31762	18	-5788
4	20426	9	-18192	14	-13053	19	-2191
5	32124	10	-22880	15	-14101	20	-26895

Работа N 2.

Преобразовать десятичные числа N₁₀ и M₁₀ в 8 разрядные двоичные числа в виде дополнительных кодов со знаковым разрядом, произвести сложение двух чисел, в каждом случае укать произошло ли переполнение разрядной сетки.

№ Вопроса	N	M	№ Вопроса	N	M	№ Вопроса	N	M	№ Вопроса	N	M
1	49	69	6	48	-128	11	-83	-83	16	-28	22
2	86	12	7	-116	-22	12	-120	-20	17	-160	-160
3	125	-125	8	128	-33	13	-31	-127	18	-77	-51
4	-26	-121	9	-126	-2	14	-128	132	19	121	-9
5	124	-132	10	127	-128	15	-127	127	20	-67	62

Работа N 3.

Преобразовать десятичные числа X₁₀ и Y₁₀ в двоичные числа c плавающей запятой одинарной точности и произвести сложение двух чисел.

№ Вопроса	X	Y	№ Вопроса	X	Y
1	66,12	-33	11	48	-128
2	-8	33*10-12	12	1.24*105	-22
3	12*1011	-0.2	13	1.7*1038	1.7*1038
4	-15	16	14	10-5	-104
5	1.24*105	1.32*10-5	15	127	-128
6	105	-10-6	16	-28	1.29*105
7	-6*10-6	2*106	17	1.17*10-38	-1.1*10-38
8	-31*107	-7*10-8	18	10-4	-105
9	-128*106	127*106	19	-1.0*10-38	1.1*10-38
10	1.7*1038	1.7*1038	20	1.1*10-38	-1.2*10-38

Тема занятия 5. Язык Ассемблера (Машинные команды и программы).

Цель:	Научить составлять программы на языке Ассемблера процессора Intel IA-32
Обеспечение:	конспекты лекций, справочники, учебники, упражнения, типовые задачи, ПК
Продолжительность:	6 часов

Практические задания.

Задание 1. Пересылки. Арифметические команды. Команды ввода/вывода.

1. X – двойное слово. Необходимо переставить местами оба слова двойного слова X.

2. Вывести на экран символы ‘A’ и ‘D’.

3. Вывести на экран цифры от 0 до 9.

4. Дано число X – байт. Вычислить Z = X * X.

5. Дано число Y – слово. Вычислить Z = Y * Y.

6. Даны числа X – слово и Y – байт. Вычислить Z = X * Y.

7. Даны числа X, Y – двойные слова. Вычислить Z = X + Y.

8. Даны числа X, Y – двойные слова. Вычислить Z = X - Y.

9. Даны числа X, Y – байты. Вычислить Z = 2 * X + 5 * Y.

10. Даны числа X двойное слово и Y - слово. Найти остаток от деления X на Y.

11. Даны числа X двойное слово и Y - слово. Найти целую часть от деления X на Y.

12. Ввести с клавиатуры символ и вывести его на экран.

13. Ввести с клавиатуры строку (кол-во символов не больше 10). И определить ее длину.

14. Вывести на экран строку “Hello!”.

15. Ввести с клавиатуры строку и заменить вторую букву этой строки на букву ‘C’.

16. Найти остаток от деления X на Y.

17. Найти целую часть от деления X на Y.

Задание 2. Переходы и циклы.

1. Даны два числа размером в слово. Найти максимальное из них.

2. Даны два числа размером в двойное слово. Найти минимальное из них.

3. Даны три числа размером байт. Заменить наименьшее из них полу суммой двух других.

4. Определить делиться ли число X на Y. Если да, то заменить X на Y.

5. Вычислить Xⁿ.

6. Вычислить N!

7. Выяснить является ли число X простым.

8. Дано десятичное число N. Подсчитать количество цифр в числе.

9. Дано десятичное число N. Вычислить сумму его цифр.

10. Дано десятичное число N. Найти первую цифру числа.

11. Сложить два числа размером байт. Если был перенос, то вывести на экран строку ‘CF=1’, иначе вывести на экран – ‘CF=0’.

12. Перемножить два числа размером в байт. Если было переполнение, то вывести на экран строку ‘OF=1’, иначе вывести на экран – ‘OF=0’.

13. Сравнить два числа X и Y. Если они равны, вывести на экран строку ‘X=Y’, иначе – ‘X <>Y’.

14. Даны числа a, b и c. Выяснить, существует ли треугольник с такими сторонами.

15. Вычесть из X Y. Если результат меньше нуля, то вывести на экран символ ‘-‘, иначе вывести – ‘+’.

Задание 3. Массивы. Структуры.

1. Дан массив символов A₁,…A_2n. Напечатать последовательность A₁,A_n+1,A₂,A_n+2,...,A_n, A_2n.

2. Дан массив символов A₁,…A_2n. Напечатать последовательность

A₁,A_2n,A₂,A_2n-1,...,A_n, A_n+1.

3. Дан массив символов A₁,…A_2n. Получить последовательность символов, все члены которой получаются из исходной заменой малых букв на большие.

4. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Вычислить сумму элементов массива.

5. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Найти максимальный элемент массива.

6. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Найти индекс минимального элемента массива.

7. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Выяснить, есть ли среди членов данной последовательности нулевые. Если да, то заменить все члены последовательности нулями.

8. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Найти среднее арифметическое элементов массива.

9. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Заменить максимальный элемент массива единицей, а остальные нулями.

10. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Записать их в обратном порядке.

Задание4. Составить программы для задания №3 с использованием механизма подпрограмм.

11. Дан массив символов A₁,…A_2n. Напечатать последовательность A₁,A_n+1,A₂,A_n+2,...,A_n, A_2n.

12. Дан массив символов A₁,…A_2n. Напечатать последовательность

A₁,A_2n,A₂,A_2n-1,...,A_n, A_n+1.

13. Дан массив символов A₁,…A_2n. Получить последовательность символов, все члены которой получаются из исходной заменой малых букв на большие.

14. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Вычислить сумму элементов массива.

15. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Найти максимальный элемент массива.

16. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Найти индекс минимального элемента массива.

17. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Выяснить, есть ли среди членов данной последовательности нулевые. Если да, то заменить все члены последовательности нулями.

18. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Найти среднее арифметическое элементов массива.

19. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Заменить максимальный элемент массива единицей, а остальные нулями.

20. Даны натуральные числа A₁,…A_n. Записать их в обратном порядке.

Литература:

1. К. Хамахер и др. Организация ЭВМ, Питер, 2003

2. Бауэр Ф.Л. Информатика, изд. Мир, М. 2001

3. Основы современных компьютерных технологий. Учебник для высших учебных заведений. Под редакцией Хомоненко А.Д., СП, 1998.

4. Абель М. Язык ассемблера для IBM PC и программирования. Высшая школа. М. 1992г.

5. Касаткин В.Н. Информация Алгоритмы ЭВМ, Просвещение, 1991.

6. Мячев А.А. Персональные ЭВМ и микроЭВМ, Справочник, 1992.

7. В. Шнитман В. Современные высокопроизводительные компьютеры, М, 1998

8. Олифер В. Г. Олифер Н. А. Сетевые операционные системы, С.П. 2001

9. Шивенчук И. М., Черкасский Н.В. Алгоритмические операционные устройства и суперЭВМ. Техника, Киев, 1990