Эффективная подготовка к государственным междисциплинарным экзаменам для студентов технических специальностей (стр. 61 )

Если под сложностью схемы, реализующей автомат, обычно понимается число элементов схемы, то под сложностью программ можно понимать:

·  число команд в тексте программы;

·  объем промежуточной памяти;

·  время вычисления программы, которое характеризуется двумя величинами:

1. средним временем:

2. максимальным временем:

где сумма и максимум берется по всем 2n наборам, а tp - время работы программы на одном наборе σ.

Рассмотрим 2 типа программ, которые реализуют логические функции:

·  операторные

·  бинарные.

Операторные программы не содержит условных переходов, порядок её команд в точности соответствует нумерации элементов в схеме, а система команд соответствует базису схемы. Элементы схемы нумеруются числами 1… n таким образом, чтобы на любом пути от входа к выходу номера элементов возрастали. При этом номер 1 получит один из входных элементов, а номер n - выходной элемент.

Пусть элемент схемы еi реализует функцию φi и к его входам присоединены выходы элементов еj1, еj2, …, еjm (некоторые из них, возможно, являются входами схемы), тогда выход такого элемента можно записать: ai = φi (еj1, еj2, …, еjm) при i ≠ n, а выход схемы может быть записан:

y = φi (еj1, еj2, …, еjm) при i = n. Такая программа будет реализовывать работу заданной схемы. Проблема синтеза операторных программ сводится к проблеме синтеза схем, то есть к вопросам функциональной полноты и минимизации схем. Поскольку операторная программа не содержит условных переходов, то время её выполнения на любом наборе одно и тоже, отсюда tmax = tср.

Бинарные программы это программы, состоящие из команд типа: y:=δ; δ = {0, 1}и условные переходов.

Бинарные программы обладают двумя достоинствами по сравнению с операторными:

·  отсутствие промежуточной памяти в процессе работы программы. Это позволяет реализовывать бинарную программу на постоянных элементах памяти.

·  Более высоким быстродействием.

Пример:

составить для функции f= (x1 V x3)&(x5 & x4 V x2) бинарную и операторную программы.

Решение:

Program binary;

{описание переменных f, x1,x2,x3,x4,x5}

Begin

{ввод переменных x1,x2,x3,x4,x5}

Case x1 of

0: Case x3 of

0: f:=1;

1: f:=0;

End;

1: f:=1;

End;

Case f of

1: Case x5 of

0: Case x2 of

0: f:=0;

1: f:=1;

End;

1: Case x4 of

0: f:=0;

1: f:=1;

End;

End;

End;

{вывод f}

End.

Операторная программа пишется в базисе {& }. Для этого перепишем заданную функцию, используя формулы де Моргана.

f = (x1 & x3) & ( ( x5 & x4) & x2)

Program operat;

{описание переменных a, b,c, f,x1,x2,x3,x4,x5}

Begin

{вывод переменных x1,x2,x3,x4,x5}

a:=1-x1; {x1}

b:=a*x3; {x1 & x3}

b:=1-b; {(x1 & x3)}

a:=1-x4; {x4}

c:=a*x5; {x5 & x4}

c:=1-c; {(x5 & x4)}

a:=1-x2; {x2}

c:=c*a; {(x5 & x4)& x2}

c:=1-c; {((x5 & x4)& x2)}

f:=b*c; {((x1 & x3)) & (((x5 & x4)& x2))}

{вывод f}

End.

  XIII.  Архитектура вычислительных систем

1. Виды систем обработки данных. Режимы обработки данных. Сформулируйте различия между многомашинными вычислительными комплексами и вычислительными сетями.

Виды систем обработки данных:

Вычислительный комплекс (ВК) – это совокупность технических средств, включающих в себя несколько ЭВМ или процессоров и общесистемного программного обеспечения.

Основной задачей комплекса является повышение точности и надежности вычислений.

Многомашинный вычислительный комплекс (ММ) – несколько ЭВМ связаны между собой косвенно или прямой связью.

Многопроцессорный ВК (МП) – включает несколько процессоров с общей ОП и периферийными устройствами. Комплекс работает под управлением единой ОС, которая выполняет функции обеспечения работоспособности комплекса при выходе из строя оборудования.

Вычислительная система (ВС) – это система обработки данных, настроенная на решение задач конкретной области применения. Она включает в себя технические средства и специальное программное обеспечение.

Существует 2 способа ориентации ВС на решение задач:

С помощью ПО и периферийных устройств За счет использования специализированных ЭВМ и вычислительных средств.

Система телеобработки (СТоб) – предназначена для обработки данных, передаваемых по каналам связи. Данные передаются в виде сообщений. Сообщение кроме непосредственной информации несет в себе служебную информацию, необходимую для управления процессами передачи данных и защиты их искажения.

Вычислительные сети (ВС) – это система взаимосвязных и распределенных по фиксированной территории вычислительных центров и ЭВМ, ориентированная на использование общих ресурсов.

Ядром является базовая сеть передачи данных (СПД) которая состоит из каналов и узлов сети.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) – это совокупность близкорасположенных ЭВМ, которые связаны последовательными каналами оснащены программными средствами, обеспечивающие информационное взаимодействие между процессами в разных ЭВМ.

Режимы обработки данных.

Режимы:

Однопрограммная обработка Мультипрограммная обработка Оперативна обработка Пакетная обработка Обработка в реальном масштабе времени Режим телеобработки

Мультипрограммная обработка – в системе обрабатываются сразу несколько задач на устройствах, которые способны функционировать параллельно.

Режим оперативной обработки:

Характеристики:

1.  Малый объем входных/выходных данных и вычислений, приходящихся на взаимодействие с системой.

2.  Высокая интенсивность взаимодействия с системой. (Режим запрос-ответ, режим диалоговый).

Пакетная обработка – характеризуется большим объемом входных/выходных данных и вычислений, приходящихся на одно взаимодействие с системой.

Обработка в реальном масштабе времени – здесь темп инициирования задач и время получения ответа определяется динамическими характеристиками управляемого объекта.

Режим телеобработки – взаимодействие пользователей осуществляется через линии связи. Требует специальных методов доступа.

Сформулируйте различия между многомашинными вычислительными комплексами и вычислительными сетями.

Первое отличие - размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

Второе отличие - разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.

Третье отличие - необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

2. Уровни комплексирования устройств в вычислительных системах. Постройте структурную схему ПЭВМ, состоящей из двух процессоров. Покажите на ней используемые уровни комплексирования. Ответ поясните.

Уровни комплексирования устройств в вычислительных системах.

Для построения вычислительных систем необходимо, чтобы модули были совместимы. Выделяют 3 уровня совместимости: аппаратный, программный, информационный.

Уровни совместимости:

1.  аппаратный;

·  подключаемая друг к другу аппаратура должна иметь единые стандартные средства соединения (кабели, число проводов в них, единое назначение проводов, разъемы, заглушки, адаптеры, платы, перемычки);

·  параметры электрических сигналов, которыми обмениваются технические средства, должны быть согласованы (амплитуда, длительность, способы модуляции);

·  алгоритмы взаимодействия не должны вступать в противоречия друг с другом;

2.  программный;

·  программы, передаваемые от одного технического средства к другому, должны быть правильно поняты и выполнены.

3.  информационный;

·  передаваемые информационные массивы должны одинаково интерпретироваться в устройствах (алфавиты, форматы, структуры и разметки файлов должны быть стандартизованы).

Уровни комплексирования (Все 5 используются в суперЭВМ):

1.  прямого управления (интерфейс используется для передачи коротких сообщений и процессы прерываются внешними прерывателями, данные не пересекаются);

2.  общей оперативной памяти (для оперативного взаимодействия процессоров. Чем меньше устройств – тем больше взаимодействие);

3.  каналов ввода-вывода (для передачи больших объемов информации между блоками ОЗУ, обмен происходит через адаптер канал-канал; обычно сопрягаются селекторные каналы);

4.  устройства управления внешними устройствами (в устройстве внешнего управления используются двухканальные переключатели, которые позволяют подключать устройство внешнего управления одной машины к селекторным каналам других машин);

общие внешние устройства (для подключения отдельных устройств, которые являются уникальными и дорогими).

Дополнительно

В создаваемых ВС стараются обеспечить несколько путей передачи дан­ных, что позволяет достичь необходимой надежности функционирования, гибкости и адаптируемости к конкретным условиям работы. Эффектив­ность обмена информацией определяется скоростью передачи и возможны­ми объемами данных, передаваемыми по каналу взаимодействия. Эти ха­рактеристики зависят от средств, обеспечивающих взаимодействие моду­лей и уровня управления процессами, на котором это взаимодействие осуществляется. Сочетание различных уровней и методов обмена данными между модулями ВС наиболее полно представлено в универсальных су­перЭВМ и больших ЭВМ, в которых сбалансирование использовались все методы достижения высокой производительности. В этих машинах предус­матривались следующие уровни комплексирования: