Логический элемент (вентиль) компьютера — это часть электронной логичеcкой схемы, которая реализует элементарную логическую функцию

Вопросы к зачету

 

1. Классификация ЭВМ по поколениям, сферам применения и методам исполнения.

- Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
- Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
- Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
- Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.
- Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
- Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

 

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

 

2. Системы счисления. Непозиционные и позиционные системы счисления. СС используемые в ЭВМ.

Системой счисления принято называть совокупность приёмов наименования и обозначения чисел, т.е. способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр).
Существуют позиционные и непозиционные системы счисления.
В непозиционных системах вес цифры (т.е. тот вклад, который она вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа. Так, в римской системе счисления в числе ХХХII (тридцать два) вес цифры Х в любой позиции равен просто десяти.
В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Например, в числе 757,7 первая семерка означает 7 сотен, вторая - 7 единиц, а третья - 7 десятых долей единицы.
Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием. Основание позиционной системы счисления - это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе.

Десятичная система счисления, привычная для нас, не является наилучшей для использования в ЭВМ. Для изображения любого числа в десятичной системе счисления требуется десять различных символов. При реализации в ЭВМ этой системы счисления необходимы функциональные элементы, имеющие ровно десять устойчивых состояний, каждое из которых ставится в соответствие определенной цифре. Так, в арифмометрах используются вращающиеся шестеренки, для которых фиксируется десять устойчивых положений. Но арифмометр и другие подобные механические устройства имеют серьезный недостаток - низкое быстродействие.

Одно из этих устойчивых состояний может представляться цифрой 0, другое - цифрой 1. С двоичной системой связаны и другие существенные преимущества. Она обеспечивает максимальную помехоустойчивость в процессе передачи информации как между отдельными узлами автоматического устройства, так и на большие расстояния. В ней предельно просто выполняются арифметические действия и возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации.

3. Алгоритмы перевода чисел из одной системы счисления в другую.

Перевод двоичной в десятичную

11010,101=1*2^4+1*2^3+0*2^2+1*2^1+0*2^0+1*2^-1+0*2^-2+1*2^-3=26,625

Перевод десятичной в двоичную

До запятой делим на 2, пока остаток не будет меньше 2. потом записываются остатки и последний результат в обратном порядке.

А для дробной части, пример

0,|375*2

0,|75*2

1,|5*2

1,|0

Перевод из восьмеричной в десятичную

35174,6 = 3*8^4 + 5*8^3 + 1*8^2 + 7*8^1 + 4*8^0 + 6*8^-1 = 14972,75

Перевод из десятичной в восьмеричную

Тоже самое что и для двоичной, но вместо 2 делить или умножать на 8.

Перевод из восьмеричной в двоичную

Нужно каждую восьмеричную цифру записать в виде трех двоичных цифр (триады)

Восьмеричное число	Двоичная триада
0	000
1	001
2	010
3	011
4	100
5	101
6	110
7	111

Перевод из двоичной в восьмеричную

Стоит разделить двоичное число влево и вправо от запятой на триады, а потом заменить каждую триаду соответствующей цифрой

Перевод из шестнадцатиричной в десятичную

A8B7,E = 10*16^3 + 8 *16^2 + 11*16^1 + 7+16^0 + 14*16^-1= 43191,875

Перевод из десятичной в шестнадцатиричную

{loadposition adsense1}

до запятой делить на 16 и записать в обратном порядку. После запятой умножать на 16 как в двоичной системе

перевод из шестнадцатиричной в двоичную

Шестнадцатиричное	Двоичное
0	0000
1	0001
2	0010
3	0011
4	0100
5	0101
6	0110
7	0111
8	1000
9	1001
A	1010
B	1011
C	1100
D	1101
E	1110
F	1111

Перевод из двоичной в шестнадцатиричную

Число разделяют влево и вправо по четыре цифры от запятой и присваивают соотвествующие значения.

 

4. Представление чисел в ЭВМ: естественная и нормальная форма.

Для установления однозначности при записи чисел принята нормализованная форма записи числа. Мантисса нормализованного числа может изменяться в диапазоне: 1/q ≤ | m | < 1. Таким образом в нормализованных числах цифра после точки должна быть значащей.

Естественная (с фиксированной запятой ФЗ)

       Сама запятая никак не изображается, но ее место строго фиксировано и учитывается при выполнении всех операций с числами. Независимо от положения запятой в машину можно вводить любые числа, т.к.

5. Алгебраическое представление двоичных чисел: прямой, обратный и дополнительный коды.

Знак числа обычно кодируется двоичной цифрой: знак "+" кодируется 0, знак "-" кодируется 1. Если двоичные числа —45 и 31 в форме с запятой, фиксированной после нулевого разряда, сложить, то получим неверный результат 1100.1100 или в десятичной системе счисления -45+31 =-76 (10101101+00011111=11001100). Чтобы арифметические операции над знаковыми числами в ЭВМ можно было бы производить точно также, как и с беззнаковыми переменными, отрицательные числа представляются в дополнительном коде.

При з аписи числа в прямом коде старший разряд является знаковым разрядом. Если его значение равно 0 — то число положительное, если 1 — то отрицательное. В остальных разрядах (которые называются цифровыми разрядами) записывается двоичное представление модуля числа.

Об ратный -разрядный двоичный код положительного целого числа состоит из одноразрядного кода знака (двоичной цифры 0), за которым следует -разрядное двоичное представление модуля числа (обратный код положительного числа совпадает с прямым кодом).

Дополнительный код — наиболее распространённый способ представления отрицательных целых чисел в компьютерах. Он позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения и сделать операции сложения и вычитания одинаковыми для знаковых и беззнаковых чисел, чем упрощает архитектуру ЭВМ. Дополнительный код отрицательного числа можно получить инвертированием модуля двоичного числа (первое дополнение) и прибавлением к инверсии единицы (второе дополнение), либо вычитанием числа из нуля.

 

6. Виды информации и способы её представления в ЭВМ.

ЭВМ вводит в себя необходимую информацию и через какое-то время выводит печатает, рисует результаты - информацию, для получения которой и была создана. Таким образом, работа ЭВМ - это своеобразные манипуляции с информацией. И, следовательно, ЭВМ - это техническое средство информатики. Что такое информация Какова ее природа В обыденной жизни под информацией понимают всякого рода сообщения,

сведения о чем-либо, которые передают и получают люди. Сами по себе речь, текст, цифры - не информация. Они лишь носители информации. Информация содержится в речи людей, текстах книг, колонках цифр, в показаниях часов, термометров и других приборов. Сообщения, сведения, т.е. информация, являются причиной увеличения знаний людей о реальном мире. Значит, информация отражает нечто, присущее реальному миру, который познается в процессе получения

 

7. Кодирование числовой информации.

Любая информация кодируется в ЭВМ с помощью последовательностей двух цифр - 0 и 1. ЭВМ хранит и обрабатывает информацию в виде комбинации электрических сигналов: напряжение 0.4В-0.6В соответствует логическому нулю, а напряжение 2.4В-2.7В - логической единице. Последовательности из 0 и 1 называются двоичными кодами, а цифры 0 и 1 - битами (двоичными разрядами). Такое кодирование информации на компьютере называется двоичным кодированием. Таким образом, двоичное кодирование - это кодирование с минимально возможным числом элементарных символов, кодирование самыми простыми средствами. Тем оно и замечательно с теоретической точки зрения.

8. Кодирование символьной информации. Символьные коды ASCII, UNICODE и др.

Кодирование символьной информации.

Наиболее распространенный вид ввода символьной информации – 8-разрядным двоичным кодом. Таким образом может быть введено 256 разных символов: десятичные цифры, буквы, знаки препинания, специальные символы и т.д. Символьная информация кодируется по специальным таблицам

Последовательный код – информация передается по одной линии, следовательно разряды числа передаются друг за другом(последовательно).

Параллельный код – информация передается сразу по 8 линиям. Для передачи каждой команды отводится 1 такт.

 

9. Кодирование графической информации.

Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой и цифровой. Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно - это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета - это цифровое, дискретное представление. Путем разбиения графического изображения (дискретизации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в цифровую. Этот процесс называется «кодирование», поскольку каждому элементу назначается конкретное значение в форме двоичного кода. При кодировании изображения происходит его пространственная дискретизация. Ее можно сравнить с построением изображения из большого количества цветных фрагментов (метод мозаики).

 

10. Двоичное кодирование звуковой информации.

Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

 

11. Кодирование видеоинформации. Стандарт MPEG.

Стандарт видеокодирования MPEG-2 Part 2 Video, принятый также как Рекомендация H.262 МСЭ-Т, был разработан около 10 лет назад как расширение возможностей обработки видео предшествовавшего ему стандарта MPEG-1, включая поддержку чересстрочного кодирования. Он явился технологией, позволившей развивать системы цифрового телевидения в общемировом масштабе. В настоящее время он широко используется для передачи телевизионных сигналов стандартного разрешения и телевидения высокой четкости (ТВЧ) по спутниковым, кабельным и наземным каналам связи и для хранения видеосигналов на DVD.

Стандарт/Рекомендация	Год принятия (последней редакции)
H.261	1993
MPEG-1 Part 2 Video	1993
H.262 / MPEG-2 Part 2 Video	1995 (2000)
H.263	1998 (2005)
MPEG-4 Part 2 Video	1998 (2004)
H.264 / MPEG-4 Part 10 AVC	2003 (2004)

12. Базовые логические операции и схемы. Таблицы истинности.

С помощью логических переменных и символов логических операций любое высказывание можно формализовать, то есть заменить логической формулой.

 

Определение логической формулы:

Всякая логическая переменная и символы “истина” (“1”) и “ложь” (“0”) — формулы.

Если А и В — формулы, то , (А • В), (А v В), (А ® B), (А «В) — формулы.

Никаких других формул в алгебре логики нет.

 

В качестве примера рассмотрим высказывание “ если я куплю яблоки или абрикосы, то приготовлю фруктовый пирог ”. Это высказывание формализуется в виде (A v B) ® C; такая же формула соответствует высказыванию “ если Игорь знает английский или японский язык, то он получит место переводчика”.

 

Логический элемент (вентиль) компьютера — это часть электронной логичеcкой схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, имеет один или несколько входов, на которые подаются сигналы один из двух установленных уровней напряжения (например, +5 вольт и 0 вольт). Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий — значению “ложь” (“0”).