Шпаргалка по "Архитектуре"

     Ондай кемшіліктерді жою үшін процессор  архитектурасының параллель  түрін пайдалану ұсынылады. Параллель процессорлар суперкомпьютерлерде пайдаланылады.

     Параллель архитектура нұсқасы Флин классификациясы бойынша қолданылады:

• SISD — бір нұсқау ағынына, бір берілгендер ағымы;
• SIMD — бір нұсқау ағынына, көп берілгендер ағыны;
• MISD — көп нұсқау ағынына, бір берілгендер ағымы;
• MIMD — көп нұсқау ағынына, көп берілгендер ағымы;

 

16. Компьютерді жасауда Фон Нейман қашан және неге сүйеніп жаңа компьютер жасау принцпін ұсынды?

     Фон Нейман ЭЕМ логикалық құрылғыларының негізгі принциптерін ғана көрсетіп қоймай, ЭЕМ алғашқы екі деңгейінде орындалған құрылымды көрсетті. Нейманның  ойынша негізгі бөліктеріне басқару  құрылғысы (БҚ), жады (ЖЖ), ішкі жады (ІЖ), енгізу және шығару құрылғылары жатады. Ішкі жады енгізу және шығару құрылғыларынан айырмашылығы мәліметтер компьютерге қолайлы түрде енгізілмейді және адамның қабылдауына мүмкін емес. Магнитті дискідегі жинақтаушы ішкі жадыға жатады, ал пернетақта енгізу құрылғысына, принтер – шығару құрылғысына кіреді.

    

    4.1-сурет  - фон Нейман құрылымы 

    Қазіргі кездегі компьютерлерде басқару  және арифметика-логикалық құрылғылар бір блокқа біріккен, ішкі құрылғылар және жадыдан (бұл жерге жадыдағы команда таңдау, кодтау және декодтау, арифметикалық және әр түрлі амалдар орындау жатады) түскен ақпараттарды өңдейтін – процессор деп аталатын схемадан тұрады.

    Жады  (СҚ) ақпаратты және программаларды сақтайды. Қазіргі кездегі компьютерлерде есте сақтау құрылғылары «көп деңгейлі» және жедел есте сақтау құрылғысынан (ЖЕҚ) тұрады.

    Жедел жады және ішкі жады жіктелуі тоқтамай орындау қызметін атқарады және  жедел есте сақтау құрылғысы (кэш-жады Cache Memory), тұрақты жедел жады түрлерінен тұрады.

    Сипатталған схемада ЭЕМ кезекпен жадыдан  бұйрықтарды оқу және орындау  көрсетілген. Кезектегі жады ұяшығының  номерінен (адрес) алынған келесі программа  бұйрығы арнайы басқару құрылғысын БҚ көрсетеді. Фон Нейман жасаған  есептеу құрылғыларының аритектуралық  негіздері өте іргелі болғандықтан әдебиеттерде «фон Нейман архитектурасы» деген атқа ие болды.  

17.  Дыбыстық ақпараттардың кодталу әдістеріне сипаттама жасаңыз.

     Дыбыстық  ақпараттармен жұмыс жасау әдісі  ЭЕМ өте кеш келіп жетті (90-шы жылдары). Сондықтан да, дыбыстық ақпаратты  екілік кодта кодтау әдісі стандартталмаған.

     Қолданыстағы  корпоративтік стандарттар:

1. FM (Frequency Modulation) әдісі. Дыбыстың физикалық жаратылысы белгілі бір жиілік аралығындағы, ауа арқылы (немесе басқада орталар арқылы) берілетін дыбыстық толқындар. Күрделі дыбыстарды сандық кодта сипаттай алатын, әрқайсысы дұрыс синусойда болатын, әртүрлі жиіліктегі гармониялық сигналдардың қарапайым кезектестігіне бөлуге болады.

     Компьютер жадысына арналған дыбыс толқындарын  екілік санау жүйесіне алмастыру  процессі:       

     Дыбыстық  толқын ® МИКРОФОН® қабылданатын электр тоғы ® АУДИОАДАПТЕР®екілік код ® ЭЕМ жадысы.

     Дыбыстық  ақпаратты орындау үрдісінің  ЭЕМ-нің жадысында сақталуы:

     ЭЕМ жадысы ® екілік код ® АУДИОАДАПТЕР ® айнымалы электр қуаты ® ДИНАМИК ® дыбыс толқыны.

     Аудиоадаптер (дыбыс тақшасы) –  дыбысты шығу мен қабылдануына байланысты, дыбыстық жиіліктегі электр толқындарын сандық екілік кодқа алмастыратын арнайы құрылғы. Дыбысты жазу үрдісінде аудиоадаптер электр тогының белгілі периодтағы амплитудасын өлшеп, алынған аралықтағы екілік кодты регистрге тіркейді. Регистрден алынған кодты компьютер жадысына жазады. Компьютерлік дыбыс сапасы аудиоадаптер мінездемесімен анықталады.

     Дискреттер  жиілігі – 1 секундтағы кірген сигналдар өлшемінің саны. Жиілік өлшемі Гц. 1 секундтағы, 1 өлшемі 1Гц жиілігіне сәйкес. 1 секундтағы 1000 өлшемі 1 кГц-қа тең. Аудиоадаптердің дискреттік жиіліктерінің мінездемесі: 11кГц, 22 кГц, 44 кГц және т.б.

     Регистрдің  разрядтылығы – аудиоадаптер регистріндегі биттер саны. Разрядтылық жоғары болған сайын әрбір жекеленген электр сигналдарының аралық алмастыру қателігі соншалықты аз. Егер разрядтылық 8 (16) тең болса, онда кірген сигналды өлшегенде 2⁸=256 (2¹⁶= 65 536) әртүрлі мәндер алынуы мүмкін. 16-разрядты адаптер 8-разрядты адаптерге қарағанда дәл кодтайды және дыбыс шығарады.

     2) Кестелік-толқын әдісі (Wave-Table) ЭЕМ жаңа даму деңгейіне сәйкес келеді. Кестелерде көптеген әртүрлі музыкалық құралдардың дыбыстар үлгісі сақталады. Техникадағы осындай үлгілер сэмплами деп аталады. Сандық кодтар моделдер номері, жоғарғы ырғақ, ұзақтық және т.б. құралдар типін көрсетеді.

     Дыбыстық  файл екілік пішінде дыбыстық ақпаратты сақталып сығылған файл. Моноаудиофайлды 1 секундық дыбысталу ұзақтығына қарап бағалауға болады (16 бит, 22 кГц). Бұл үшін 16 битті 22 000 көбейту керек, ал нәтижесінде 43 Кбайта аламыз. 
 

     Графикалық  ақпаратты  нөл және бірмен көрсететін әр түрлі екі нақтылы жол бар:

     Растрлік көрнісі. Белгілі бір бит санының көмегімен растрлік графиканы қолдану кезінде, сурет пикселіндегі әрбір элементінің түсі кодталады. ЭЕМ-да растрлі әдісті қолданғанда, әрбір пиксель үшін белгілі бір бит саны бөлінеді және биттік тереңдік деп аталады. Әрбір түс үшін белгілі бір екілік код сәйкес келеді (код нөл мен бірден тұрады). Мысалы: егер биттік тереңдік 1-ге тең болса, онда әрбір пиксель үшін 1 бит бөлінеді, яғни 0-қара түске, 1- ақ түске сай болып, сурет тек ақ-қара түсті болады. Экрандағы барлық әртүрлі түстер негізгі үш түстің қоспасынан пайда болады: қызыл, көк және жасыл. Осындай түсті қолданатын дисплей RGB (Red-Green-Blue)-мониторы деп аталады.

     Егер  биттік тереңдік 2-ге тең болса онда, әрбір пиксельге 2-бит бөлініп, 00- қара, 01-қызыл, 10-көк, 11-қара түске боялып, төрт түс қолданылады. Егер биттік тереңдік 3-ке тең болса, онда 8- түс қолданылады. Сондықтан графикалық программалар суретте 2, 4, 8, 16 , 32, 64, ... , 256, т.с.с. түстер қолдана алады. Мысалы: Ақ-қара экранда 1-пиксельді ақпарат қанша бит видео жадыны алады? 

     Жауабын табу үшін К=2^N формуласын қолданамыз, мұндағы К- дисплей, ал N- видео жадыдағы биттер саны, әрбір пиксель үшін. Біздің жағдай үшін К=2.  2^N=2, осыдан N=1 бит 1-пиксель үшін. N- мәнін биттік тереңдік деп атайды.

     Видео жады - графикалық бейненің ақпаратын сақтайтын жедел жады. Растрлік графиканың негізгі кемшілігі бейнені сақтауға үлкен көлемді жадыны талап етуінде.

     Векторлық көрініс. Векторлық графиканы қолданған кезде компьютер жадысына әрбір графикалық бөлшектердің, геометриялық объектілердің (мысалы, кесінді, шеңбер, тік төртбұрыш т.с.с.) математикалық сипаттамасы алынып, осылардың негізінде бейнені құрастырады. Векторлық графиканың негізгі кемшілігі жоғарғы сапалы бейнелер, бейне фильмдер және суреттермен жұмыс істей алмауы. 

     19. Сандық ақпараттардың  кодталуына сипаттама  жасаңыз. 
Компьютер жадысында сандарды сақтау үшін екі формат қолданылады: тұрақтандырылған нүктемен (Fixed) және жылжымалы нүктемен (Float). Тұрақтандырылған нүкте форматында анықталған сандар тек бүтін сан ретінде баяндалады, ал жылжымалы нүктелі форматта нақты сандар (бөлшек және бүтін).

     Бүтін сандар. ЭЕМ жадысындағы бүтін сандар шектелген. Мәндер аралығы сол сандарды сақтауға қажетті жады ұяшығының өлшеміне байланысты.  k-разрядты ұяшықта бүтін сандардың түрлі  2^k мәндері сақталуы мүмкін.

     Мысалы, компьютерде он алты разрядты ұяшық қолданылады (2 байт). Он алты разрядты ұяшықта бар жоғы 2¹⁶ = 65536 түрлі мәнді сақтауға болады. Егер тек бүтін сандарды қолданатын болсақ мәндер аралығы 0 мен 65 535 (0 мен 2^k –1) аралығында болады; Егерде оң және теріс сандарды аралас қолдансақ мәндер аралығы –32768  пен 32767 (- 2^k-1 пен 2^k-1 –1) аралығын қамтиды; k- разрядты машиналық сөйлемде сақталған, N- бүтін санының ішкі көрнісін алу үшін:

• N санын екілік санау жүйесіне ауыстыру керек;
• Алынған мәнді сол жағынан k- разрядқа дейін тағайындалмаған нольдермен толтыру.

     Теріс бүтін сандар жазылуының ішкі көрнісі  үшін қажет:

• оң N санының ішкі көрнісін алу;
• 0-ді 1-ге, 1-ді 0-ге ауыстыратын кері кодын алу;
• алынған санға 1 қосу;

     Берілген  теріс бүтін санды қарастырылған  пішін қосымша код деп аталады. Қосымша кодты қолдану қосу амалында кеміген санды, алудағы қосымша  кодпен алуды алмастырады. 

     Мысалы  «–1607» саннының ішкі көрнісін алайық:

• оң саның ішкі көрнісі: 00000110 0100 0111
• кері коды: 1111 1001 1011 1000
• 1-ді қосу мәні: 1111 1001 1011 1001 –бұл «-1607» саннының ішкі екілік санау жүйесіндегі көрнісі. Ал он алтылық санау жүйесіндегі пішіні- F9B9.

     Екілік  разрядтар жады ұяшығында 0-ден k-ға дейін оңнан солға қарай  номерленеді. Үлкен k разрядының ішкі көрнісі кез-келген оң сан үшін 0-ге тең, ал теріс сан  үшін 1-ге тең. Сол себепті разряд таңбалық разряд деп аталады.

     Нақты сандар. Жылжымалы нүкте форматты R бөлшек санының көрнісі  R= m*n^p  ретті болып табылады.

     ЭЕМ бөлшек сандар түсінігін  қалыптастыру пішіні қолданылады.          

     Негізі m келесі шартты қанағаттандыру керек:  0,1≤ m <1.

     Компьютер жадысында m -мантиссасы бүтін сан болып, тек сандық мәндерден тұрады. Сондықтан бөлшек сандардың ішкі түсінігі, мантисса және қаттар екі жұп сандарынан тұрады.

     ЭЕМ әр түрлі типтерінен бөлшек сандар пішінінің әр түрлі нұсқалары  қолданылады.

     Бөлшек  санның 4-байттық жады ұяшығындағы  ішкі көрнісін қарастырайық. Ұяшықтарда сан туралы келесідей ақпараттар сақталу керек: сан таңбасы, ретті  және мантиссаның сандық мәні. 
 

     20.  Таңбалық ақпараттарды кодтау әдістеріне сипаттама беріңіз. 
ЭЕМ-да бір символды кодтау үшін 8 бит (8 разрядты) керек, ол 256 түрлі символдарды кодтауға мүмкіндік береді. Стандартты 256 символдар кодын ASCII деп атайды. ASCII жиынтығы АҚШ-да Американдық Стандарттар Институтында құрастырылған, бірақ басқа мемлекеттерде пайдалануға болады. Себебі 256 символдың екінші жартысы, яғни 128 символды арнайы программа көмегімен басқа символдарға ауыстыруға болады. Мысалға біздің елде ол символдар кириллица символдарына алмастырылған. Бір ASCII символын сақтауға кететін жады көлемі - 1 байт.

     Кодтау  процесінің кемшілігі код жиынтығының 256 символмен шектелуінде. Егер символдарды  кодтау үшін басқа разрядты қолдансақ  кодтау диапазоны кеңейетіндігі  белгілі. Ондай жүйе он алты разрядтық  жүйеге негізделініп жасалынған және әмбебап - UNICODE (UNIversal CODE) деп аталады. Ол кодтау жүйесі  2¹⁶ = 65 536 түрлі символдарды қарастыруға мүмкіндік береді. Тоқсаныншы жылдардың екінші жартысында техникалық құралдар қажетті деңгейге көтеріліп, программалық құралдар және құжаттар әмбебап кодтау жүйесіне көшті. Форматтарды ортақ стандарттау алфавиттерді кодтауды халықаралық деңгейде реттеп отырады.  

     21. Микропроцессорлар буындары және олардың негізгі сипаттамасы. 
Микропроцессор миллиондаған транзисторлардан тұрады, олар өзара өте жіңішке алюминий, не мыс өткізгіштермен жалғасқан. Осылай ішкі шина жасалады. Микропроцессор математикалық, логикалық көптеген әрекеттерді орындай отырып, басқа микросхемаларды және бар компьютерді басқарады. Микропроцессор жұмысының ең негізгі параметрі – кристалл жұмысының жиілігінде, ол арқылы уақыт бірлігінде қанша әрекет жасай алатынын, яғни шинаның жұмыс жиілігін, SRAM кэш жадысының ішкі көлемін анықтаймыз. Процессорды кристалдың жұмыс жиілігіне қарап белгілейді. Кристалл жұмысының жиілігі транзисторларды ашық жағдайдан, жабық жағдайға ауыстырып қосуы мөлшерімен анықталады. Транзистордың ауыстырып қосу тездігі чип жасайтын кремний пластинкасын өндіру технологиясына байланысты. Технологиялық әрекетінің көлемі транзистор өлшемі мен оның қалыңдығы, ұзындығына тәуелді. Мысалы, 90 нм техәрекет жасағанда, 2004 жылдың басында, транзистор көлемі 90 нм болды, ал кілт ұзындығы 60 нм-ге тең. Қазіргі барлық процессорлар алаңдық транзисторларды пайдаланады. Жаңа техәрекетке көшу ауыстырып қосу жиілігі жоғары транзисторларды жасауға мүмкіндік беріп, жоғалу нүктесінің азаюына, өлшемінің кіші болуына жеткізді. Өлшемдерінің кішіреюі кристалл пластинканың ауданының кішіреюіне, жылудың аз бөлінуіне, ал жұқа кілт ауыстырып қосуға төмен кернеу түсіруге ықпал етіп, энергия тұтынуды және жылу бөлуді азайтты.