Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Структура вычислительной машины и принцип ее работы





Вычислительная машина должна выполнять конечное число физически реализуемых базовых операций над содержимым слов памяти. Современные однопроцессорные ЭВМ имеют архитектуру, предложенную фон Нейманом, и называются фоннеймановскими машинами. Принцип организации их работы заключается в следующем.

1. Память машины представляет собой линейную последовательность пронумерованных слов или ячеек. Номер ячейки называется её адресом.

2. Одни и те же ячейки памяти могут содержать исходные данные, полученные результаты или команды машины.

3. Команды выполняются последовательно в соответствии с порядком, определяемым программой.

Самым массовым типом ЭВМ в наше время является персональный компьютер. Персональный компьютер – это малогабаритная ЭВМ, предназначенная для индивидуальной работы, оснащенная удобным для пользователя (дружественным) программным обеспечением. Практически все модели современных персональных компьютеров имеют магистральную архитектуру (рис. 9).

Рис. 9. Магистральная архитектура ЭВМ.

Архитектура ЭВМ – это общее описание структуры и функций компьютера на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ. Архитектура не включает в себя описание деталей технического и физического устройства компьютера.

Связь между устройствами компьютера осуществляется через общую шину, или магистраль. Общая шина – это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передаются данные, по другой (шина адреса) – адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть общей шины – шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).

Количество одновременно передаваемых по шине битов называется разрядностью шины. Каждому биту соответствует отдельный провод. Данные, передаваемые от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождаются адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

К общей шине могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение оперативной памяти, замена процессора на более совершенный.<>

Аппаратное подключение периферийного устройства к общей шине осуществляется через специальный блок – контроллер, или адаптер. Программное управление работой устройства осуществляет специальная программа, называемая драйвер, которая входит в состав операционной системы. Следовательно, для подключения нового периферийного устройства к компьютеру необходимо использовать соответствующий контроллер и установить в операционной системе соответствующий драйвер.

В современных персональных компьютерах в качестве процессоров используются микропроцессоры. Микропроцессор – это сверхбольшая интегральная схема, которая реализует функции процессора. Микропроцессор создается на полупроводниковом кристалле путем применения сложной микроэлектронной технологии.

Возможности компьютера как универсального устройства преобразования данных определяются системой машинных команд процессора. Отдельная команда определяет отдельную операцию компьютера. Из команд составляются программы управления работой компьютера. Типичный набор операций, выполняемых вычислительной машиной, состоит из следующих операций:

  • арифметические операции;
  • операции для проверки различных свойств элементов данных;
  • операции для доступа к различным частям элементов данных и их изменения;
  • операции управления устройствами ввода-вывода;
  • операции для управления последовательностью выполнения операций.

Процессор состоит из двух частей: управляющего устройства и арифметическо-логического устройства. Управляюще устройствое определяет последовательность выполнения команд и занимается поиском их в памяти. Арифметически-логическое устройство выполняет команды, передаваемые управляющим устройством. Процессор имеет несколько специальных ячеек памяти, называемых регистрами.

У каждого регистра есть определенное назначение. В регистр, называемый счетчиком команд, помещается адрес той ячейки памяти ЭВМ, в которой хранится очередная исполняемая команда программы. Во время ее исполнения эта команда помещается в регистр команд. Есть группа регистров общего назначения, в которые помещаются исходные данные и результаты выполнения команды. Полученный результат может быть переписан из регистра в оперативную память.

Каждый процессор имеет следующие характеристики.

1. Тактовая частота. Работа всех устройств процессора синхронизируется генератором тактовой частоты, который вырабатывает периодические импульсы. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт – это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах.

2. Разрядность процессора. Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет размер 4 байта, то разрядность процессора равна 8 x 4 = 32, если 8 байтов, то 64.

3. Адресное пространство. По адресной шине процессор передает адресный код – двоичное число, обозначающее адрес ячейки памяти или внешнего устройства, куда направляется информация по шине данных. Адресное пространство – это диапазон адресов, к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит n битов, то размер адресного пространства равен 2n байтов. Обычно размер адресного кода равен количеству линий в адресной шине. Например, если компьютер имеет 32-разрядную адресную шину, то адресное пространство его процессора равно 232 = 4 Гбайтов.

Каждая команда процессора занимает в памяти один или несколько байтов и состоит из кода операции и набора операндов, над которыми выполняется операция. Например, в операции сложения операндами будут слагаемые.В зависимости от числа используемых адресов команды бывают трехадресными, двухадресными, одноадресными и безадресными. Примером безадресной команды может служить команда останова. На рис. 10 избражен формат трехадресной команды.

Рис. 10. Формат трехадресной команды.

Здесь Коп – код выполняемой операции, Адрес 1 и Адрес 2 – адреса ячеек памяти, содержащих операнды команды. Адрес 3 – адрес ячейки памяти, в которую будет помещен результат операции.

При выполнении программы вычислительная машина выполняет простой циклический алгоритм, изображенный на рис. 11.

Рис. 11. Цикл выполнения программы.

Работа компьютера заключается в выборе данных из памяти в процессор, модификации их содержимого и записи обратно в память.

Связь компьютера с внешним миром осуществляется с помощью периферийных устройств. Различаются устройства ввода, или чтения, и устройства вывода, или записи. Устройства ввода (клавиатура, мышь и др.) передают данные в память машины, устройства вывода передают данные из памяти машины на внешние устройства (монитор, принтер и др.).

 

 

Сигнал

[править | править вики-текст]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Сигнал (значения).

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.  

Сигна́л — код (символ, знак), созданный и переданный в пространство (по каналу связи) одной системой, либо возникший в процессе взаимодействия нескольких систем. Смысл и значение сигнала проявляются в процессе его регистрации второй (принимающей) системой.

Сигна́л (в теории информации и связи) — носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. Сигнал может генерироваться, но его приём не обязателен, в отличие от сообщения, которое рассчитано на принятие принимающей стороной, иначе оно не является сообщением. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются (или находятся) в соответствии с передаваемым сообщением.

Сигнал, детерминированный или случайный, описывают математической моделью, функцией, характеризующей изменение параметров сигнала. Математическая модель представления сигнала, как функции времени, является основополагающей концепцией теоретической радиотехники, оказавшейся плодотворной как для анализа, так и для синтеза радиотехнических устройств и систем. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несёт полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путём сложения) с сигналом и искажающая его. Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учётом шума.

Понятие сигнал позволяет абстрагироваться от конкретной физической величины, например тока, напряжения, акустической волны и рассматривать вне физического контекста явления связанные кодированием информации и извлечением её из сигналов, которые обычно искажены шумами. В исследованиях сигнал часто представляется функцией времени, параметры которой могут нести нужную информацию. Способ записи этой функции, а также способ записи мешающих шумов называют математической моделью сигнала.

В связи с понятием сигнала формулируются такие базовые принципы кибернетики, как понятие о пропускной способности канала связи, разработанное Клодом Шенноном и об оптимальном приёме, разработанная В. А. Котельниковым.

Содержание

[скрыть]

· 1Классификация сигналов

o 1.1Аналоговый сигнал (АС)

o 1.2Дискретный сигнал

§ 1.2.1Квантованный сигнал

§ 1.2.2Цифровой сигнал

· 2Сигнал и событие

· 3Представление сигнала и спектр

· 4Параметры сигналов

· 5В радиотехнике

· 6См. также

· 7Литература

· 8Примечания

· 9Ссылки

Классификация сигналов[править | править вики-текст]

По физической природе носителя информации:

· электрические;

· электромагнитные;

· оптические;

· акустические

и другие;

По способу задания сигнала:

· регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;

· нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:

· непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;

· дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;

· квантованные по уровню;

· дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

Аналоговый сигнал (АС) [править | править вики-текст]

Аналоговый сигнал

Основная статья: Аналоговый сигнал

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал: s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал [править | править вики-текст]

Дискретный сигнал

Основная статья: Частота дискретизации

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени ti (где i — индекс). Обычно промежутки времени между последовательными отсчётами (Δti = ti − ti−1) постоянны; в таком случае, Δt называется интервалом дискретизации. Сами же значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть xi = x(ti), называются отсчётами.

Квантованный сигнал [править | править вики-текст]

Квантованный сигнал

Основные статьи: Квантование (обработка сигналов), Разрядность

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N−1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log2(N).

Цифровой сигнал [править | править вики-текст]

Цифровой сигнал

Основная статья: Цифровой сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Последовательность таких чисел и будет являться цифровым сигналом.

Сигнал и событие[править | править вики-текст]

Событие (получение записки, наблюдение сигнальной ракеты, приём символа по телеграфу) является сигналом только в той системе отношений, в которой сообщение опознается значимым (например, в условиях боевых действий сигнальная ракета — событие, значимое только для того наблюдателя, которому оно адресовано). Очевидно, что сигнал, заданный аналитически, событием не является и не несет информацию, если функция сигнала и её параметры известны наблюдателю.

В технике сигнал всегда является событием. Другими словами, событие — изменение состояния любого компонента технической системы, опознаваемое логикой системы как значимое, является сигналом. Событие, неопознаваемое данной системой логических или технических отношений как значимое, сигналом не является.

См. также: Множество и Пространство имён

Представление сигнала и спектр[править | править вики-текст]

Есть два способа представления сигнала в зависимости от области определения: временной и частотный. В первом случае сигнал представляется функцией времени {\displaystyle s(t)} характеризующей изменение его параметра.

Кроме привычного временного представления сигналов и функций при анализе и обработке данных широко используется описание сигналов функциями частоты. Действительно, любой сколь угодно сложный по своей форме сигнал можно представить в виде суммы более простых сигналов, и, в частности, в виде суммы простейших гармонических колебаний, совокупность которых называется частотным спектром сигнала.

Для перехода к частотному способу представления используется преобразование Фурье:

{\displaystyle S(\omega)=\int \limits _{-\infty }^{+\infty }s(t)e^{-j\omega t}\,dt}.

Функция {\displaystyle S(\omega)} называется спектральной функцией или спектральной плотностью. Поскольку спектральная функция {\displaystyle S(\omega)} является комплексной, то можно говорить о спектре амплитуд {\displaystyle |S(\omega)|} и спектре фаз {\displaystyle \phi (\omega)=arg(S(\omega))}.

Физический смысл спектральной функции: сигнал {\displaystyle s(t)} представляется в виде суммы бесконечного ряда гармонических составляющих (синусоид) с амплитудами {\displaystyle {\frac {|S(\omega)|}{\pi }}d\omega }, непрерывно заполняющими интервал частот от {\displaystyle 0} до {\displaystyle \infty }, и начальными фазами {\displaystyle \phi (\omega)}.

Размерность спектральной функции есть размерность сигнала, умноженная на время.

Параметры сигналов[править | править вики-текст]

· Мощность сигнала {\displaystyle P(t)=s^{2}(t)}b Z7/7tZGoZBqWTcHKGAM14DNOJDIMnPDUypqwopV3WmHSv20FjHszaMtXQ9GW/TORXgJdpQA6AfNg LYKQC/keoxpWTIzVuwWRFKPiGQfKh34QmJ1kL0G334GL3LXMdi2EJwAVY41RK450u8cWlWTzHCL5 tjFcnMAzyZilsHlCbVbrxwVrxFayXnlmT+3erdftYh7+BgAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEATKDp LNgAAAADAQAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbEyPQUvDQBCF74L/YRnBi9iNIlJiNkUKYhGhmGrP 0+yYBLOzaXabxH/fqR70MsPjDW++ly0m16qB+tB4NnAzS0ARl942XBl43zxdz0GFiGyx9UwGvinA Ij8/yzC1fuQ3GopYKQnhkKKBOsYu1TqUNTkMM98Ri/fpe4dRZF9p2+Mo4a7Vt0lyrx02LB9q7GhZ U/lVHJyBsVwP283rs15fbVee96v9svh4MebyYnp8ABVpin/HcMIXdMiFaecPbINqDUiR+DPFu5uL 2v1unWf6P3t+BAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAA AAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAFJ6GtvtAgAA4AUAAA4AAAAA AAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAEyg6SzYAAAAAwEAAA8A AAAAAAAAAAAAAAAARwUAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAABMBgAAAAA= " filled="f" stroked="f">

· Удельная энергия сигнала {\displaystyle E_{\text{уд}}=\int \limits _{-\infty }^{\infty }{s^{2}(t)dt}}

· Длительность сигнала {\displaystyle T} определяет интервал времени, в течение которого сигнал существует (отличен от нуля);

· Динамический диапазон есть отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей:

{\displaystyle D=10\lg {\frac {P_{max}}{P_{min}}}}

· Ширина спектра сигнала {\displaystyle F} — полоса частот, в пределах которой сосредоточена основная энергия сигнала;

· База сигнала есть произведение длительности сигнала на ширину его спектра {\displaystyle B=TF}. Необходимо отметить, что между шириной спектра и длительностью сигнала существует обратно пропорциональная зависимость: чем короче спектр, тем больше длительность сигнала. Таким образом, величина базы остается практически неизменной;

· Отношение сигнал/шум равно отношению мощности полезного сигнала к мощности шума;

· Объём передаваемой информации характеризует пропускную способность канала связи, необходимую для передачи сигнала. Он определяется как произведение ширины спектра сигнала на его длительность и динамический диапазон:

{\displaystyle V=FTD}

В радиотехнике

В радиотехнике основным элементом кодирования является модуляция сигнала. При этом обычно рассматривается близкий к гармоническому сигнал вида s(t) = A sin(2πf·t + φ), где амплитуда A, частота f или фаза φ медленно (относительно скорости изменения синуса) изменяются в зависимости от передаваемой информации (амплитудная, частотная или фазовая модуляция, соответственно).

Стохастические модели сигнала, предполагают случайным или сам сигнал, или переносимую им информацию. Стохастическая модель сигнала часто формулируется как уравнение, связывающее сигнал с шумом, который в данном случае имитирует множество возможных информационных сообщений и называется формирующим шумом, в отличие от мешающего шума наблюдения.

Обобщением скалярной модели сигнала являются, например, векторные модели сигналов, представляющие собой упорядоченные наборы отдельных скалярных функций, с определенной взаимосвязью компонентов вектора друг с другом. На практике векторная модель соответствует, в частности, одновременному приёму сигнала несколькими приёмниками с последующей совместной обработкой. Ещё одним расширением понятия сигнала является его обобщение на случай полей.

 

Классификация сигналов представлена на рисунке 3.
Детерминированными являются сигналы, значения которых заранее известны, т. к. они повторяются через определенный интервал времени — период (например, гармоническое колебание или любой периодический сигнал).
Случайными являются сигналы, значение которых заранее неизвестно и может быть предсказано лишь с некоторой вероятностью.

Рисунок 3 - Классификация сигналов электросвязи

Простыми являются сигналы, которые описываются простой математической моделью (например, гармоническое колебание u(t)=Um sin (?t+?)).
Сложными являются сигналы, которые не могут быть описаны простой математической моделью.
Аналоговыми (непрерывными) являются сигналы, которые могут принимать любые значения по уровню в некоторых пределах и являются непрерывными функциями времени (рисунок 4).

Рисунок 4 - Временная диаграмма аналогового сигнала

Дискретными являются сигналы, которые могут принимать некоторые значения из определенных как по уровню так и/или по времени (рисунок 5).

Рисунок 5 - Временные диаграммы дискретных сигналов: а) дискретный по времени; б) дискретный по времени и по уровню

Цифровой двоичный сигнал является частным случаем дискретного сигнала, он представляет собой сигнал который может принимать одно из двух возможных значений по амплитуде (логического нуля или единицы) (рисунок 6). Данный сигнал получают из аналогового с помощью процессов дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования.

Рисунок 6 - Временные диаграммы цифровых сигналов: а) униполярный без перехода на «0»; б) униполярный с переходом на «0»; в) биполярный

 

 







ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.