Реклама:

1. Рассмотрим машину с трактом данных, который изображен на рис. 2.2. Предположим, что загрузка регистров АЛ У занимает 5 не, работа АЛ У - 10 не, а помещение результата обратно в регистр - 5 не. Сколько миллионов команд в секунду максимально способна выполнять эта машина при отсутствии конвейера?

2. Зачем нужен шаг 2 в списке шагов, приведенном в подразделе "Выполнение команд" раздела "Процессоры"? Что произойдет, если этот шаг пропустить?

3. На компьютере 1 выполнение каждой команды занимает 10 не, а на компьютере 2 - 5 не. Можете ли вы с уверенностью сказать, что компьютер 2 работает быстрее? Аргументируйте ответ.

4. Предположим, что вы разрабатываете компьютер на одной микросхеме для использования во встроенных системах. Вся память находится на микросхеме и работает с той же скоростью, что и центральный процессор. Рассмотрите принципы, изложенные в подразделе "Принципы разработки современных компьютеров" раздела "Процессоры", и скажите, важны ли они в данном случае (высокая производительность желательна).

5. В некотором вычислении каждый последующий шаг зависит от предыдущего. Что в данном случае уместнее использовать, матричный процессор или конвейер? Объясните, почему.

6. Чтобы конкурировать с недавно изобретенным печатным станком, один средневековый монастырь решил наладить массовое производство рукописных книг. Для этого в большом зале собралось огромное количество писцов. Настоятель монастыря называл первое слово книги, и все писцы записывали его. Затем настоятель называл второе слово, и все писцы записывали его. Этот процесс повторялся до тех пор, пока не была прочитана вслух и переписана вся книга. На какую из систем параллельной обработки информации, перечисленных в подразделе "Параллелизм на уровне процессоров" раздела "Процессоры", эта система больше всего похожа?

7. При продвижении сверху вниз по пятиуровневой иерархической структуре памяти время доступа возрастает. Каково соотношение времени доступа к оптическому диску и к регистровой памяти? (Предполагается, что диск уже вставлен.)

8. Устраивая стандартный опрос (например, "Верите ли вы, что зубная фея существует?"), социологи рассчитывают получить от респондентов один из трех ответов: "да", "нет" или "не могу ничего сказать по этому поводу". Предположим, что, имея в виду это обстоятельство, компания Socimagnetic Computer решила сконструировать компьютер для обработки данных опросов. В этом компьютере реализована троичная память; иными словами, каждый байт (точнее, "трайт") состоит из 8 трит, а каждый трит может принимать значение О, 1 или 2. Сколько тритов необходимо для хранения 6-разрядного числа? Составьте формулу вычисления количества тритов, необходимых для хранения п бит.

9. Подсчитайте скорость передачи данных в человеческом глазу, используя следующую информацию. Поле зрения состоит приблизительно из 106 элементов (пикселов). Каждый пиксел может образовываться наложением трех основных цветов, каждый из которых имеет 64 степени интенсивности. Временное разрешение 100 миллисекунд.

10. Подсчитайте скорость передачи данных в человеческом ухе, исходя из следующих данных. Человек слышит звуки на частоте до 22 кГц. Чтобы определить всю информацию, содержащуюся в звуковом сигнале частотой 22 кГц, нужно взять его "образец" на удвоенной частоте - 44 кГц. 16-разрядного образца вполне достаточно для фиксации всех слуховых данных (потому как уху доступно не более 65 535 уровней интенсивности звука).

И. Генетическая информация у всех живых существ кодируется в молекулах ДНК. Молекула ДНК представляет собой линейную последовательность четырех основных нуклеотидов: А, С, О и Т. Геном человека содержит приблизительно 3 х 109 нуклеотидов в форме 100 ООО генов. Какова общая информационная емкость человеческого генома (в битах)? Какова средняя информационная емкость гена (в битах)?

12. Компьютер может содержать 268 435 456 байт памяти. Почему разработчики выбрали такое странное число вместо какого-нибудь хорошо запоминающегося, например 250 ООО ООО?

13. Придумайте 7-разрядный код Хэмминга с битами четности для разрядов от 0 до 9.

14. Придумайте код для разрядов от 0 до 9 с интервалом Хэмминга, равным 2.

15. В коде Хэмминга некоторые биты "пустые" в том смысле, что они используются для проверки и не несут никакой информации. Какой процент пустых битов содержится в посланиях, полная длина которых (данные плюс биты проверки) составляет 2п - 1? Подсчитайте значение этого выражения при п от 3 до 10.

16. Диск, изображенный на рис. 2.16, имеет 1024 сектора на дорожке и скорость вращения 7200 оборотов в минуту. Какова скорость передачи данных на одной дорожке?

17. Компьютер содержит шину с временем опроса 5 не. За 1 цикл опроса он может считать из памяти или записать в память 32-разрядное слово. Компьютер имеет диск икга4-8С81, который использует шину и передает информацию со скоростью 160 Мбайт/с. Центральный процессор обычно вызывает из памяти и выполняет одну 32-разрядную команду каждые 25 не. На сколько диск замедляет работу процессора?

18. Представьте, что вы пишете программное обеспечение для той части операционной системы, которая отвечает за управление диском. Логически вы представляете себе диск как последовательность блоков от 0 на внутренней стороне до какого-либо максимума снаружи. Когда создаются файлы, вам приходится выделять память в свободных секторах. Вы можете двигаться от наружного края внутрь или наоборот. Имеет ли значение, какую стратегию выбрать? Поясните свой ответ.

19. Сколько времени занимает считывание диска с 10 000 цилиндрами, каждый из которых содержит 4 дорожки по 2048 секторов? Сначала считываются все сектора дорожки 0, начиная с сектора 0, затем все сектора дорожки 1, начиная с сектора 0, и т. д. Оборот совершается за 10 мс, поиск между соседними цилиндрами занимает 1 мс, а в случае расположения считываемых данных в разных частях диска - до 20 мс. Переход от одной дорожки цилиндра к другой происходит мгновенно.

20. КАГО-массив уровня 3 может исправлять одиночные битовые ошибки, используя только один диск четности. А что происходит в КАГО-массиве уровня 2? Он ведь тоже может исправлять одиночные ошибки, но использует при этом несколько дисков.

21. Какова точная емкость (в байтах) диска CD-ROM типа 2, содержащего данные на 80 минут (нестандартный объем)? Какова емкость пользовательских данных на диске типа 1?

22. Чтобы записать диск CD-R, лазер должен включаться и выключаться очень быстро. Какова длительность пульсации (включения и выключения) в наносекундах, если компакт-диск типа 1 записывается со скоростью 10х?

23. Чтобы вместить фильм длительностью 133 минуты на односторонний DVD-диск с одним слоем, требуется небольшая компрессия. Вычислите, насколько нужно сжать фильм. Предполагается, что для записи дорожки изображения нужно 3,5 Гбайт, разрешающая способность изображения составляет 720 х 480 пикселов с 24-разрядным цветом, и в секунду меняется 30 кадров.

24. Данные с дисков Blu-Ray емкостью 25 Гбайт считываются на скорости 4,5 Мбит/с. Сколько времени требуется на считывание всех данных с такого диска?

25. Скорость передачи данных между центральным процессором и связанной с ним памятью на несколько порядков выше, чем скорость передачи данных с механических устройств ввода-вывода. Каким образом это несоответствие может вызвать снижение производительности? Как можно смягчить такое снижение производительности?

26. Производитель говорит, что его цветной графический терминал может воспроизводить 224 различных цвета. Однако аппаратное обеспечение имеет только 1 байт для каждого пиксела. Каким же образом получается столько цветов?

27. Графический терминал имеет монитор размером 1600 х 1200 пикселов. Изображение на мониторе меняется 75 раз в секунду. Как часто меняется отдельный пиксел?

28. Монохромный лазерный принтер может печатать на одном листе 50 строк по 80 символов определенного шрифта. Символ в среднем занимает пространство 2 х 2 мм, причем тонер занимает 25 % этого пространства, а оставшаяся часть остается белой. Слой тонера составляет 25 микрон в толщину. Картридж с тонером имеет размер 25 х 8 х 2 см. На сколько страниц хватит картриджа?

29. Когда текст в коде ASCII с проверкой на четность передается асинхронно со скоростью 5600 символов/с через модем, передающий информацию со скоростью 56 000 бит/с, сколько процентов битов от всех полученных содержат данные (то есть не содержат служебных сигналов)?

30. Компания, выпускающая модемы, разработала новый модем с частотной модуляцией, который использует 64 частоты вместо 2. Каждая секунда делится на п равных временных отрезков, каждый из которых содержит один из 64 возможных тонов. Сколько битов в секунду может передавать этот модем в случае синхронной передачи?

31. Предположим, что некий пользователь подключился к ADSL со скоростью передачи данных 2 Мбит/с, а его сосед - к линии кабельного Интернета с общей пропускной способностью 12 МГц. Применяется схема модуляции QAM-64. К кабелю подключено п домов, по одному компьютеру в каждом. Часть (/) этих компьютеров в любой отдельно взятый момент времени отключена от сети. При каких условиях скорость передачи данных по кабелю превысит скорость доступа в Интернет по линии ADSL?

32. В цифровой камере с разрешением 3000 х 2000 пикселов для передачи цветов модели RGB на каждый пиксел выделяется 3 байта. Производитель камеры хочет, чтобы изображение в формате JPEG с коэффициентом сжатия 5х можно было записать на карту флэш-памяти за 2 секунды. При какой скорости передачи данных это требование можно удовлетворить?

33. В профессиональной камере установлен формирователь сигнала изображения на 16 млн пикселов, причем для передачи цвета в каждом из пикселов выделяется по 3 байта. Сколько изображений можно сохранить на карте флэш- памяти емкостью 1 Гбайт при коэффициенте сжатия 5х? Допустим для упрощения вычислений, что 1 Гбайт равен 230 байт.

34. Оцените, сколько символов (включая пробелы) содержит обычная книга по информатике. Сколько битов нужно для того, чтобы закодировать книгу в коде ASCII с проверкой на четность? Сколько компакт-дисков нужно для хранения 10 000 книг по информатике? Сколько двухсторонних двухслойных DVD-дисков нужно для хранения такого же количества книг?

35. Напишите процедуру hamming(ascii, encoded), которая переделывает 7 последовательных битов ascii в И-разрядное целое кодированное число encoded.

36. Напишите функцию distance (code, n, к), которая на входе получает массив code из n символов по к бит каждый и возвращает статистическое отклонение символов.

Краткое содержание главы || Оглавление || Глава 3. Цифровой логический уровень