МУ к практическим работам. МУ к практическим работам Архитектура КС. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине Архитектура компьютерных систем
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
2. Задания и порядок их выполнения Задание 1. Записать коды символов, которые хранят строки крылатых слов (без учета кавычек). Между словами считать один пробел: 1) "Потемкинские деревни." 6) "Любви все возрасты покорны." 2) "Посеять зубы дракона." 7) "Камень преткновения." 3) "Что и требовалось доказать." 8) "Небо в алмазах..." 4) "Распалась связь времен." 9) "Патронов не жалеть!" 5) "Народ безмолвствует..." 10) "О времена! О нравы!" Задание 2. Подсчитать объем памяти в байтах, занимаемый строками Пушкинских стихов (без учета кавычек; пустые промежутки заполнены одним пробелом; перевод строки считать двумя символами) : 1) "Благослови, поэт! В тиши парнасской сени Я с трепетом склонил пред музами колени... " 2) "Мой жребий вынул Феб, и лира мой удел. Страшусь, неопытный, бесславного паденья... " 3) "С небес уже скатилась ночи тень, Войта заря, сияётбледный день... " 4) "Я говорил: в отечестве моем Где верный ум, где гений мы найдем? " 5) "Любви, надежды; тихой славы недолго тешил нас обман, Исчезли юные забавы, как сон, как утренний туман; " 6) "Пока свободою горим, пока сердца для чести живы, Мой друг, отчизне посвятим души прекрасные порывы!" 7) "Я здесь от суетных оков освобожденный, Учуся в истине блаженство находить..." 8) "С тех пор не целую прелестных очей, С тех пор я не знаю веселых ночей. " 9) "Я пережил свои желанья, я разлюбил свои мечты; Остались мне одни страданья, плоды сердечной пустоты. " 10) "Вуединении мой своенравный гений Познал и тихий труд, и жажду размышлений. " Задание 3. Получить верное утверждение, заменив знак вопроса операцией отношения (=,>,<,<>). 1) "Темп" ? "темпы" 2) "ключ" ? "Ключи" 3) "АЛГОРИТМ" ? "алгоритм" 4) "форма" ? "телевидение" 5) "56" ? "1127" , 6) "Реальность" ? "Реалии" 7) "квадрат" ? "КВАДРАТ" 8) "345" ? "80" 9) "поколение" ? "Поколоть" 10) "Ц283" ? "Ц6" Задание 4. . Какие слова записаны в ячейки ОЗУ, если они содержат значения : 1) 196 206 202 211204 197 205 210 2) 199 192 207 208 206 209 3) 192 208 195 211204 197 205 210 4) 194 203 206 198 197 205 200 197 5) 199 192 217 200210 192 6) 193 192 203 192 205 209 7) 209 210 206 203 193 197 214 8) 199 192 195 208 211 199 202 192 9) 212 206 208 204 211203 192 10) 200 204 207 206 208 210 Задание 5. Вычислить логические выражения с текстовыми константами: 1) X = "Машина" , У = "Запись" (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)+1) И (Х>У) (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)+1) ИЛИ (Х>У) 2) X = "Алгоритм" , У = "Программа" (ДЛИНА(Х)< ДЛИНА(У)-1) И (Х<У) (ДЛИНА(Х)< ДЛИНА(У)-1) ИЛИ (Х<У) 3) X = "Способ" , У = "Обработка" (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)-2) И (Х>У) (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)-2) ИЛИ (Х>У) 4) X = "Наука" , У = "Предел" (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У-1) И (Х>У) (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У-1) ИЛИ (Х>У) 5) X = "Интеграл" , У = "Длина" (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)+2) И (Х<>У) (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)+2) ИЛИ (Х<>У) 6) X = "Фотография" , У = "Хранение" (ДЛИНА(Х)- ДЛИНА(У)=2) И (Х>У) " (ДЛИНА(Х)- ДЛИНА(У)=2) ИЛИ (Х>У) 7) X = "Сервер" , У = "IP-ключ" (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)-2) И (Х>У) (ДЛИНА(Х)= ДЛИНА(У)-2) ИЛИ (Х>У) 8) X = "Определение" , У = "Знак" (ДЛИНА(Х)- ДЛИНА(У)+6) И (Х>У) (ДЛИНА(Х)- ДЛИНА(У )+6) ИЛИ (Х>У) 9) X = "Тест" , У = "Опрос" (ДЛИНА(Х)+1 > ДЛИНА(У)) И (Х>У) (ДЛИНА(Х)+1 > ДЛИНА(У)) ИЛИ (Х>У) 10) X = "Команда" , У = "Комментарий" (ДЛИНА(Х)< ДЛИНА(У)-З) И (Х<>У) " (ДЛИНА(Х)< ДЛИНА(У)-З) ИЛИ (ХоУ) Кодирование графических изображений Существуют разные способы кодирования графических изображений (векторное, фрактальное, растровое), но при выводе на экран все виды кодов графических изображений преобразуются в растровый код. Каждая точка (пиксель) получает свой цифровой код цвета. Значение кода зависит от числа бит (этот параметр называют иногда глубиной цвета), выделенного для кодирования палитры цветов. Если цвет точки кодируется одним битом, то рисунок может быть черно-белым (двухцветным) и коды цвета: 0 и 1, если четырьмя битами, то палитра шестнадцатицветная с кодами 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Количество цветов палитры определяется возможным количеством кодов и равно 2N, где N - число бит, выделенных под код цвета палитры. Пример. Пусть имеется черно - белый рисунок 7х 8 точек. Каждая точка кодируется 1 битом, содержащим цвет: 0 - белый, 1 - черный.
Пример. Пусть рисунок выполнен в серых оттенках и палитра состоит из 4 цветов: 0 - белый, 1 - светло-серый, 10 -темносерый, 11-черный. Для кодирования точки требуется 2 бита, а для 56 точек рисунка требуется 2x56= 112 бит, или 112/8= 14 байт
В 256 цветной палитре необходимо 8 бит для кодирования одного цвета точки. Для рисунка 100x100 точек потребуется объем памяти: 8 бит х 100 х 100=80 000 бит, или 10000 байт, или 10000/ 1024 = 9,8 кб.  Задание 6.Закодировать графическое изображение двухцветной палитрой и записать его в двоичном и шестнадцатиричном кодах.  \   Задание 7. Рисунок имеет размеры а*b точек. Подсчитать объем памяти в байтах занимаемый при растровом кодировании изображения с цветной палитрой:
Задание 8. На мониторах Х" установлено оптимальное разрешение (14":640x480 пиксель, 15": 800х600 пиксель, 17":1024х768 пиксель, 19":1280xl024 пиксель). Изображение занимает 1/k часть экрана. Какой объем видеопамяти в килобайтах будет занимать растровый код изображения с 65536 цветной палитрой?
1. Подсчитать число бит для кодирования одной точки. 2. Подсчитать число точек экрана 3. Подсчитать число точек рисунка. 4. Вычислить объем растрового кода рисунка. Задание 9. Растровый код занимает X Кб. Какую примерную часть экрана при разрешении 1024х768 пикселей будет занимать рисунок при 63536 цветной палитре.
1.Подсчитать число бит для кодирования одной точки. 2. Подсчитать число точек экрана. 3. Подсчитать число точек рисунка. 4. Подсчитать какую часть экрана занимает рисунок. Контрольные вопросы 1. Что такое кодирование информации в общем смысле? 2. Каково место кодирования среди процессов обработки информации? 3. Какие коды называются двоичными? Приведите примеры. 4. Какой код используется для кодирования букв латинского алфавита буквами персонального компьютера? 5. Какие коды используются в вычислительной технике для кодирования букв русского алфавита? 6. Как кодируется графическая информация, если изображение черно-белое (цветное)? Список литературы 1. Максимов Н. В., Партыка Т. Л., Попов И. И. М17 Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник.. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. — 512 с.: ил. — (Профессиональное образование). 2. Сенкевич А. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник для студентов СПО – М.: Издательский центр «Академия», 2014. 3. Новожилов О. Архитектура ЭВМ и систем. Учебное пособие. – Юрайт, 2016. Лабораторная работа № 5 АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЕЛ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМАХ. Цель: изучить способы кодирования чисел и символов. Ход работы Кодирование чисел. Выполните перевод чисел представленных в таблице Для проверки правильности перевода откройте на рабочем столе программу Калькулятор Выберите инженерный вид (в главном меню - ВИД/ Инженерный). Переключая способ кодирования (Dec-десятичный, Bin - двоичный), заполните таблицу. После заполнения таблицы закройте окно программы.
Перевод чисел представленных в различных системах счисления Для записи 1 цифры шестнадцатеричного числа в двоичной системе счисления требуется 4 разряда, т.е. каждую цифру необходимо представить с помощью 4 битов. Пример: 1А516=0001|1010|0101 убрать нули слева и получим 110100101 При переводе чисел из 2-ой в 16-ую систему счисления надо число разбить на тетрады (по четыре разряда) и записать каждую тетраду эквивалентным двоичным кодом, недостающее число разрядов надо дополнить слева нулями. Примеры: 1001 11102 = 9E16 0010 00102 = 2216 Для перевода из 16-ой в 2-ую используется обратное правило. Каждую цифру шестнадцатеричного числа надо записать четырьмя разрядами соответствующего ей двоичного кода При переводе чисел из двоичной системы счисления в восьмеричную двоичное число разбивается на триады и каждую триаду записывают эквивалентным восьмеричной цифрой Пример: 11|010|100|0112=32438 Для перевода из 2-ой в 8-ую используется обратное правило.
III. Кодирование символов в программе Microsoft Word. Откройте на рабочем столе программу Microsoft Word. Используя в главном меню ВСТАВКА / Символа определите код символов и заполните таблицу.
4. Закройте окно Вставка Символа. 3. Используя малую цифровую клавиатуру и клавишу ALT, определите по кодам символы:
Сделайте вывод о проделанной работе. Контрольные вопросы 1. Что представляет собой кодирование чисел? 2. Что представляет перевод чисел представленных в различных системах счисления? 3. Что представляет кодирование символов в программе Microsoft Word. Список литературы 1. Максимов Н. В., Партыка Т. Л., Попов И. И. М17 Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник.. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. — 512 с.: ил. — (Профессиональное образование). 2. Сенкевич А. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник для студентов СПО – М.: Издательский центр «Академия», 2014. 3. Новожилов О. Архитектура ЭВМ и систем. Учебное пособие. – Юрайт, 2016. Лабораторная работа № 6 ВЫПОЛНЕНИЕ АРИФМЕТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ НАД ЧИСЛАМИ В ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ КОДЕ. Цель работы: изучить запись чисел в компьютерах в виде прямого, обратного и дополнительного кода и арифметические действия с кодами. 1. Теоретическая часть Все операции в ЭВМ выполняются над числами, представленными специальными машинными кодами. Их использование позволяет обрабатывать знаковые разряды чисел так же, как и значащие разряды, а также заменять операцию вычитания операцией сложения. . Прямой код двоичного числа образуется из абсолютного значения этого числа и кода знака (0 или 1) перед его старшим числовым разрядом. Пример. А10=+10; А2=+1010; [А2]п=0:1010 В10=–15; В2=–1111; [В2]п=1:1111 Обратный код двоичного числа образуется по следующему правилу. Обратный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Обратный код отрицательного числа содержит единицу в знаковом разряде числа, а значащие разряды числа заменяются на инверсные, т.е. нули заменяются единицами, а единицы нулями. Пример. А10=+10; А2=+1010; [А2]ок= [А2]п=0:1010 В10=–15; В2=–1111; [В2]ок=1:0000 Свое название обратный код получил потому, что коды цифр отрицательного числа заменены на инверсные. Наиболее важные свойства обратного кода чисел: сложение положительного числа С с его отрицательным значением в обратном коде дает т.н. машинную единицу МЕок=1:11…11, состоящую из единиц в знаковом и в значащих разрядах числа; нуль в обратном коде имеет двоякое значение. Он может быть как положительным числом – 0:00…00, так и отрицательным 1:11…11. Значение отрицательного числа совпадает с МЕок. Двойственное представление 0 явилось причиной того, что в современных ЭВМ все числа представляются не обратным, а дополнительным кодом. Дополнительный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа представляет собой результат суммирования обратного кода числа с единицей младшего разряда (20 – для целых чисел, 2-л – для дробных) Пример. А10=+10; А2=+1010; [А2]дк= [А2]ок= [А2]п=0:1010 В10=–15; В2=–1111; [В2]дк= [В2]ок+20=1:0000+1=1:0001 Основные свойства дополнительного кода: сложение дополнительных кодов положительного числа С с его отрицательным значением дает т.н. машинную единицу дополнительного кода: МЕдк=МЕок+20=10:00…00, т.е. число 10 (два) в знаковых разрядах числа; дополнительный код называется так потому, что представление отрицательных чисел является дополнением прямого кода чисел до машинной единицы МЕдк. Модифицированные обратные и дополнительные коды двоичных чисел отличаются соответственно от обратных и дополнительных кодов удвоением значений знаковых разрядов. Знак «+» в этих кодах кодируется двумя нулевыми знаковыми разрядами, а знак «–» – двумя единичными разрядами. Пример. А10=+10; А2=+1010; [А2]дк= [А2]ок= [А2]п=0:1010 [А2]мок= [А2]мдк= 00:1010 В10=–15; В2=–1111; [В2]дк= [В2]ок+20=1:0000+1=1:0001 [В2]мок= [В2]мдк= 11:0001 Целью введения модифицированных кодов являются фиксация и обнаружение случаев получения неправильного результата, когда значение результата превышает максимально возможный результат в отведенной разрядной сетке машины. В этом случае перенос из значащего разряда может исказить значение младшего знакового разряда. Значение знаковых разрядов «01» свидетельствует о положительном переполнении разрядной сетки, а «10» - об отрицательном переполнении. В настоящее время практически во всех компьютерах роль двоенных разрядов для фиксации переполнения разрядной сетки играют переносы, идущие в знаковый и из знакового разряда. Арифметические действия в машинных кодах. Сложение (вычитание). Операция вычитания приводится к операции сложения путем преобразования чисел в обратный или дополнительный код согласно таблице.
Здесь А и В неотрицательные числа. Скобки в представленных выражениях указывают на замену операции вычитания операцией сложения с обратным или дополнительным кодом соответствующего числа. Сложение двоичных чисел осуществляется последовательно, поразрядно в соответствии с таблицей. При выполнении сложения цифр необходимо соблюдать следующие правила: Слагаемые должны иметь одинаковое число разрядов. Для выравнивания разрядной сетки слагаемых можно дописывать незначащие нули слева к целой части числа и незначащие нули справа к дробной части числа. Знаковые разряды участвуют в сложении так же, как и значащие. Необходимые преобразования кодов производятся с изменением знаков чисел. Приписанные незначащие нули изменяют свое значение при преобразованиях по общему правилу. При преобразовании единицы переноса из старшего знакового разряда, в случае использования ОК, эта единица складывается с младшим числовым разрядом. При использовании ДК единица переноса теряется. Знак результата формируется автоматически, результат представляется в том коде, в котором представлены исходные слагаемые. Пример 1. Сложить два числа: А10=7, В10=16. А2=+111=+0111; В2=+1000=+10000. Исходные числа имеют различную разрядность, необходимо провести выравнивание разрядной сетки: [A2]п=[A2]ок=[A2]дк=0|00111; [В2]п=[В2]ок=[В2]дк=0|10000. Сложение в обратном или дополнительном коде дает один и тот же результат: 0|00111 +0|10000 ----------- С2=0|101112 С10=+23 Пример 2. Сложить два числа: А10=+16, В10=-7 в ОК и ДК. По таблице необходимо преобразование А+(-В), в которой второй член преобразуется с учетом знака [A2]п=[A2]ок=[A2]дк=0|10000; [В2]п=1|111=1|00111; [В2]ок=1|11000; [В2]дк=1|11001
При сложении чисел в ОК и ДК были получены переносы в знаковый разряд и из знакового разряда. В случае ОК перенос из знакового разряда требует дополнительного прибавления единицы младшего разряда (п.4 правил). В случае ДК этот перенос игнорируется. Умножение и деление двоичных чисел производится в прямом коде методом сдвига. 2. Задания и порядок их выполнения Задание: Взять две пары десятичных двузначных целых числа по желанию: А, В, С, D. Вычислить (А-В)ок, (В-А)дк, (С-D)ок, (D-C)дк. Контрольные вопросы 1. Что представляет собой прямой код двоичных чисел? 2. Что представляет собой обратный код двоичных чисел? 3. Что представляет собой дополнительный код двоичных чисел? Список литературы 1. Максимов Н. В., Партыка Т. Л., Попов И. И. М17 Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник.. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. — 512 с.: ил. — (Профессиональное образование). 2. Сенкевич А. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: учебник для студентов СПО – М.: Издательский центр «Академия», 2014. 3. Новожилов О. Архитектура ЭВМ и систем. Учебное пособие. – Юрайт, 2016. Лабораторная работа № 7 ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ, ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ. Цель: теоретическое изучение логических элементов, реализующих элементарные функции алгебры логики (ФАЛ). Задачи: Изучить логические элементы, реализующие элементарные функции алгебры логики (ФАЛ). Выполнить задания по теме (решение задач). Оформить отчет по лабораторной работе и представить преподавателю. 1. Теоретическая часть Логическое выражение состоит из логических операндов, соединенных с помощью логических операций. В качестве логических операндов могут выступать логические константы, переменные, а также отношения (сравнения) между двумя величинами. Логические выражения могут принимать одно из двух значений: ИСТИНА (TRUE или 1), ЛОЖЬ (FALSE или 0). Существует несколько логических операций, все возможные значения которых описывают обычно с помощью таблиц истинности (это возможно по той причине, что все сочетания значений логических операндов очень легко перечислить) (табл. 4.1). Приоритет операций при вычислении значения логического выражения следующий (в порядке понижения): 1) отрицание (NOT, НЕ); 2) конъюнкция (AND, И); 3) дизъюнкция и исключающее ИЛИ (OR, ИЛИ; XOR, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ); 4) операции отношения (равно, не равно, больше, меньше, больше или равно). Если существует необходимость изменения порядка вычисления значения выражения, надо использовать круглые скобки. Чаще всего это применяется к операциям отношения, поскольку они имеют самый низкий приоритет, а их чаще всего необходимо вычислить в первую очередь. Например, вычислим значение выражения (a≤b) OR (c≠b) при а=2, b=3, с= 3: 1) 2 ≤3 → TRUE; 2) 3 ≠3 → FALSE; 3) TRUE OR FALSE → TRUE. Логические элементы При всей сложности устройства электронных блоков современных ЭВМ выполняемые ими действия осуществляются с помощью комбинаций относительно не большого числа типовых логических узлов. Основные из них: • регистры; • комбинационные преобразователи кодов (шифратор, дешифратор, мультиплексор и др.); • счетчики (кольцевой, синхронный, асинхронный и др.); • арифметико-логические узлы (сумматор, узел сравнения и др.). Из этих узлов строятся интегральные микросхемы очень высокого уровня интеграции: микропроцессоры, модули ОЗУ, контроллеры внешних устройств и т.д. Сами указанные узлы собираются из основных базовых логических элементов как простейших, реализующих логические функции И, ИЛИ, НЕ, И—НЕ, ИЛИ—НЕ и им подобных (элементы комбинационной логики, для которых значение функции на выходе однозначно определяется комбинацией входных переменных в данный момент времени), так и более сложных, таких как триггеры (элементы последовательностной логики, для которых значение функции зависит не только от текущих значений переменных на входе, но и от их предшествующих значений). Условные обозначения основных элементов комбинационной логики приведены на рис. 8.1, соответствующие значения переменных («таблицы истинности») в табл. 8.1. Отметим, что кружочек на схеме на выходе из логического элементы означает, что элемент производит логическое отрицание результата операции, указанной внутри прямоугольника.  Рис.8.1.Основные элементы комбинационной логики. Таблица 8.1. истинности логических операций
|
