Билет 1

1.Системы счисления

С развитием электронно-вычислительной техники большое применение получили двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Несмотря на то, что десятичная СС имеет широкое распространение, ЭВМ строятся на двоичных (цифровых) элементах, так как реализовать элементы с десятью четко различными состояниями сложно.

В двоичной системе счисления используются только две цифры 0 и 1. И значит, имеется только два однозначных числа

Компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:

1. Для её реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток - нет тока, намагничен - не намагничен и т.п.), а не с десятью, - как в десятичной;

2. Представление информации посредством только двух состояний надёжно и помехоустойчиво;

3. Возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;

4. Двоичная арифметика намного проще десятичной.

Недостаток двоичной системы - запись числа будет, как правило, длиннее, чем в десятичной.

Шестнадцатеричная и восьмеричная СС используются при составлении программ на языке машинных кодов для более короткой и удобной записи двоичных кодов - команд, данных, адресов и операндов.

При переводе чисел из десятичной системы счисления в систему с основанием P > 1 обычно используют следующий алгоритм:

1) если переводится целая часть числа, то она делится на P, после чего запоминается остаток от деления. Полученное частное вновь делится на P, остаток запоминается. Процедура продолжается до тех пор, пока частное не станет равным нулю. Остатки от деления на P выписываются в порядке, обратном их получению;

2) если переводится дробная часть числа, то она умножается на P, после чего целая часть запоминается и отбрасывается. Вновь полученная дробная часть умножается на P и т.д. Процедура продолжается до тех пор, пока дробная часть не станет равной нулю. Целые части выписываются после двоичной запятой в порядке их получения. Результатом может быть либо конечная, либо периодическая двоичная дробь. Поэтому, когда дробь является периодической, приходится обрывать умножение на каком-либо шаге и довольствоваться приближенной записью исходного числа в системе с основанием P.

Если необходимо перевести число из двоичной системы счисления в систему счисления, основанием которой является степень двойки, достаточно объединить цифры двоичного числа в группы постолько цифр, каков показатель степени.

Задача перевода из одной системы счисления в другую часто встречается при программировании и особенно часто - при программировании на языке Ассемблера.

Двоично-десятичная система счисления

2/10

( 795)₁₀ 2/10

0111 1001 0101

2.Конвееризация выполнения команд

Конвейерная обработка - способ выполнения команд процессором, при котором выполнение следующей команды начинается до полного окончания выполнения предыдущей команды (в предположении отсутствия ветвления). Возможность конвейерной обработки связана с разделением процесса выполнения команд на последовательные этапы: выборки команды, дешифровки, выборки операндов, выполнения команды, запись результата в память.

3блока. Последний выполняет работу: выборка, расшифровка, исполнение.

За один такт

Кол-во команд = (m-2)/m

(m-2)/m=1-2/m =2(при m стрем. к бесконечности)

T = const – синхронная конвеерезация

Количество этапов характеризует глубину конвееризации. У Pentium – 2 конв., которые работают одновременно. Такое свойство называется суперскалярность (2 конв.работают одновременно)

1)CISE (сложный набор команд)

2)RISE (сокращённый набор команд)

1. Увеличение достигается путём расширения операций, которое достигается либо аппаратно либо программно.

Проблема-логика работы компьютера усложняется введение новых программ, не сильно повышает производство. Увеличение числа транзисторов, проводников.

2)Предпосылки

Большинство программ требуют компактность.

Мысль-набор часто используемых команд и упростить

Характерно:

1)малое число операций

2)каждая операция выполняется аппаратным способом за 1 такт

3)постоянный формат команды(длина),следовательно, ускорение расшифровки, выборки

Билет 2

1.Представление чисел с фиксированной запятой

Всего существует 2 формы представления чисел в ЭВМ:

1. Использование в машинах с фиксированной запятой

2. Использование в машинах с плавающей запятой

Фиксированная запятая

Фиксируется после младшего разряда(целые числа) или перед старшими(дробные числа)

Пример

Целое 10101, ,1101

N=7

lXlmax=1111111=2⁷ *1=127

lXlmin=0000001=2⁰=1

1<=X<=2ⁿ-1

Недостаток:малый диапозон представления чисел

Дробное

N=7

lXlmax=0,1111111=1-2⁷

lXlmin=0,0000001=2^-7

2^-n <=X<=1-2^-n

2.Компьютеры CISC, RICS

Компьютер RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором команд) противопоставлялся системе CISC (Complex Instruction Set Computer – компьютер с полным набором команд).

RISC (Reduced (Restricted) Instruction Set Computer) – уменьшенный набор команд, которыми пользуется микропроцессор компьютера, содержащий только наиболее простые команды.

Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения, причем их число может быть большим. Система команд отличается относительной простотой, коды инструкций имеют четкую структуру, как правило, с фиксированной длиной. В результате аппаратная реализация такой архитектуры позволяет с небольшими затратами декодировать и выполнять эти инструкции за минимальное число тактов синхронизации. Определенные преимущества дает и унификация регистров.

CISC (Complete Instruction Set Computer) – полный набор команд микропроцессора.

Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций. К процессорам с полным набором инструкций относится семейство х86.

Лидером в разработке CISC-процессоров считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно:

• сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

• большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;

• большое количество методов адресации;

• большое количество форматов команд различной разрядности;

• преобладание двухадресного формата команд;

• наличие команд обработки типа регистр-память.

Основой архитектуры современных рабочих станций и серверов является RISC архитектура.

Билет 3.

1. Представление чисел с плавающей запятой

Плавающая запятая

Сейчас применяется везде.

Число можно представить в виде x=+(-)q*S^+(-)p

S-основание сист, P-порядок, q-мантисса

Число будет иметь наибольшую точность представления чисел в случае нормализации мантиссы.

1/S<=lql<1

X=+0,1011*2⁺¹⁰⁰ с плав. Запятой Нормализованная мантисса 1/2<=q<1

В нормализованном виде

lXlmin = 0,100…(n)*2^-111…(m) =1/2* 2^{-(2^m-1)}

lXlmin= 1/2* 2^{-(2^m-1)} =2^{-2^m}

lXlmax = 0,100…(n)*2^+111…(m) =(1-2^-n )* 2^{(2^m-1)} = 2^{(2^m-1)}

2^{-2^m} <=X<=2^{(2^m-1)} -Диапазон с плавающей запятой

Поля данных и разрядная сетка

Для представления данных в ЭВМ отводится последовательность битов или байтов, составляющих поле данных.

Поля данных могут иметь разную длину или разрядность(8бит-полуслово, 16бит-слово;

32 бита=4байта-двойное слово, 64бита=8байт-расширенное слово)

Поле данных имеет формат слова.

Формат данных задаётся в ЭВМ разрядной сеткой.

Н апример, формат полуслова 8бит выглядит так (n=8) 7 0

7-для записи знака числа

0-6 значащие

( !)Формат двойного слова используется для хранения чисел с плавающей запятой.

Знакq n знакp m

2. Развитие системных шин ПК

Шина ПК - это канал (магистраль), который связывает между собой процессор - ОЗУ, кэш-память, контроллеры устройств ПК, а также разъемы (слоты) расширения на материнской плате для подключения различных устройств ввода-вывода.

Основной функцией системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине так же осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами.

Системную шину условно можно разделить на шину данных, адресную и шину управления. Если важнейшей характеристикой двух первых шин является разрядность, то применительно к третьей говорят о количестве линий аппаратных прерываний IRQ и линий требования внешними устройствами прямого доступа к памяти DMA.

Важнейшие характеристики шин: частоты (как правило измеряется в мегагерцах), разрядность (в битах), скорость (в мегабайтах в секунду или в мегабитах в секунду).

Часто используется в качестве критерия сравнения возможностей шин различной архитектуры максимальная пропускная способность шины. Её можно рассчитать, умножив её рабочую частоту на количество байт, передающихся в одном такте (ширину полосы пропускания). Таким образом теоретически скорость обмена по шине ISA может достигать 16 Мбайт/с , по шине EISA - 33 Мбайт/с , а по шине PCI - 533 Мбайт/с .

Увеличение пропускной способности требует увеличения либо тактовой частоты, либо ширины полосы пропускания шины.

вариант локальной шины был разработан фирмой Intel -- шина PCI (Peripheral Component Interconnect). Эта шина образует 32-битный канал между процессором и контроллерами периферийных устройств. Для PCI частота ограничена 33 МГц, что позволяет передавать данные по шине со скоростью до 132 Мбайт/с. Таким образом, шина PCI имеет практически такие же скоростные свойства, что и шина VLB при частоте процессора равной 33 МГц. Однако число контроллеров не ограничивается числом три, а может достигать 10. Стандарт шины PCI поддерживает спецификации VESA для BIOS и видеоадаптеров. Кроме того, локальная шина PCI оптимально соответствует 64-битной технологии процессоров Pentium.

Следует отметить, что в настоящее время локальные шины стали неотъемлемыми элементами современных ПК

Билет 4.

1. Мостовая архитектура. Хабовая