Архитектура ЭВМ. Фон Неймана. Гарвардская.

Примерные вопросы на государственный экзамен

по направлению подготовки 230100

"Информатика и вычислительная техника"

Теоретические вопросы

ЭВМ и переферийные устройства

1. Архитектура ЭВМ. Фон Неймана. Гарвардская.

2. Программная модель периферийного устройства.

3. Магистрально-модульный принцип построения ВС.

4. Стандарты периферийных интерфейсов.

5. Накопители информации. HDD, Flash, SSD, CD, DVD и тп.

БАЗЫ ДАННЫХ

6. Классификация моделей данных. Иерархическая модель данных. Сетевая модель данных. Многомерная модель данных.

7. Реляционная модель данных. Базовые понятия. Отношения и свойства отношений. Составляющие реляционной модели данных (структурная, целостная и манипуляционная части).

8. Нормализация реляционной базы данных. Первая, вторая и третья нормальные формы, нормальная форма Бойса-Кодда.

9. Оператор выбора SELECT структурированного языка запросов SQL. Синтаксис, примеры запросов.

10. Жизненный цикл баз данных. Этапы проектирования баз данных. Модель сущность-связь. Модель IDEF1X.

СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. ИНТЕРНЕТ-ТЕХНОЛОГИИ

11. Основные прикладные протоколы. Особенности работы FTP, почтовой службы. HTTP-протокол. Гипертекстовые документы. Статические и динамические документы.

12. Адресация в сетях Интернет. Интернет и не Интернет сети.

13. Особенности передачи данных по протоколу ТСР и UDP. Программирование сетевых приложений. Особенности разработки клиент-серверных приложений.

14. Взаимодействие узлов с использованием стека протоколов TCP/IP. Модлеь OSI.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ. СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

15. Понятие алгоритма. Способы описания алгоритмов. Основные алгоритмические конструкции: линейный алгоритм, ветвление, цикл.

16. Понятие типа данных. Типы данных в Си/С++. Пользовательские типы данных.

17. Структуры данных «массив». Логическое и физическое представление массива. Примеры реализации статических и динамических массивов в Си/С++.

18. Структуры данных «запись», «таблица». Формальные правила построения записей. Примеры реализации записей в Си/С++.

19. Структура данных типа «стек». Логическая структура стека. Программные реализации стека. Основные операции над стеком.

20. Простые линейные списки. Программные реализации создания и ведения простого линейного списка.

21. Структуры данных типа «очередь». Логическая структура очереди. Машинное представление очереди FIFO и реализация операций. Очереди с приоритетами.

22. Деревья. Основные определения. Логическое представление и изображение деревьев. Бинарные деревья. Алгоритмы прохождения деревьев.

23. Алгоритмы поиска в упорядоченном и неупорядоченном целочисленном векторе. Возвращаемые значения при успешном и неуспешном поиске. Сравнительный анализ алгоритмов поиска: линейный, двоичный.

24. Простые алгоритмы сортировки целочисленного вектора.

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

25. Симметричные криптосистемы шифрования. Алгоритм шифрования DES.

26. Асимметричные криптосистемы шифрования. Цифровая подпись.

27. Общие сведения о технологии аутентификации.

28. Встроенные средства контроля доступа в современных ОС.

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

29. Объектно-ориентированное проектирование. Создание моделей на языке UML.

30. Классы и объекты в С++. Определение класса, создание объекта. Конструкторы и деструкторы. Спецификаторы доступа private, protected и public.

31. Шаблоны классов и шаблоны функций в С++. Специализация.

ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

32. Интерфейс. Пользовательский интерфейс. Классификация пользовательских интерфейсов.

33. Основные компоненты графических пользовательских интерфейсов.

34. Библиотеки и среды программирования для разработки пользовательских интерфейсов

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

35. Понятие модели: определение, назначение, требования к моделям. Классификация моделей

36. Имитационное моделирование. Структура типовой имитационной модели. Технология построения моделей.

САПР

37. Системы автоматизированного проектирования (САПР). Классификация САПР.

38. Обеспечение САПР: математическое, программное, информационное, лингвистическое, техническое, инструктивно-методическое, организационно-технологическое.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ И ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

39. Отношение и предикат Кванторы. Язык логики предикатов.

40. Объекты, термы и факты языка Пролог.

41. Правила и запросы языка Пролог.

ТЕОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

42. Программы и схемы программы. Формы стандартных схем программ. Интерпретация и свойства стандартных схем программ.

43. Трансляция схем программ. Обогащенные и структурированные схемы.

АИУС

44. Общая характеристика автоматизированных информационно-управляющих систем (АИУС). Основные классификационные признаки и классификация ИУС.

45. Основные проблемы, решаемые при разработке ИУС

46. Системный подход и последовательность разработки ИУС. Формализация структуры ИУС

47. Проблема принятия решения в ИУС. Формализация элемента принятия решения

47.

48. Особенности ИУС реального времени

49. Обеспечивающие системы ИУС и их характеристики

50. Перспективные направления развития ИУС

Архитектура ЭВМ. Фон Неймана. Гарвардская.

Архитектура ЭВМ - совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, определяющая функциональные возможности ВС при решении соответствующих типов задач.

Архитектура Фон Неймана.

В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти.

- компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода);

- арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти;

- управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера;

- данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме;

- программа, которая задает работу компьютера и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве;

- для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.
Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.
ОЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время.
Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации.
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.

Гарвардская архитектура

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

1. Хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства.

2. Канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Типичные операции требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий:

- выборку двух операндов,

- выбор инструкции и её выполнение,

- сохранение результата.

Идея заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных. В первом компьютере «Марк I» для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры. Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие компьютера.

В гарвардской архитектуре характеристики устройств памяти для инструкций и памяти для данных не обязательно должны быть одинаковыми. В частности, ширина слова, тактирование, технология реализации и структура адресов памяти могут различаться. В некоторых системах инструкции могут храниться в памяти только для чтения, в то время как для сохранения данных обычно требуется память с возможностью чтения и записи. В некоторых системах требуется значительно больше памяти для инструкций, чем памяти для данных, поскольку данные обычно могут подгружаться с внешней или более медленной памяти. Такая потребность увеличивает битность (ширину) шины адреса памяти инструкций по сравнению с шиной адреса памяти данных.

Отличие от архитектуры фон Неймана.

В чистой архитектуре фон Неймана процессор одновременно может либо читать инструкцию, либо читать/записывать единицу данных из/в памяти. Оба действия одновременно происходить не могут, поскольку инструкции и данные используют один и тот же поток (шину).

В компьютере с использованием гарвардской архитектуры процессор может читать инструкции и выполнять доступ к памяти данных одновременно, без использования кэш-памяти. Таким образом, компьютер с гарвардской архитектурой при определенной сложности схемы быстрее, чем компьютер с архитектурой фон Неймана, поскольку шины инструкций и данных расположены на разных, не связанных между собой физически, каналах.

Исходя из физического разделения шин команд и данных, разрядности этих шин (следовательно, и адресные пространства) могут иметь различные значения и физически не могут пересекаться друг с другом.