Информатика мамандығы студенттерін имитациялық модельдеуге үйрету әдістемесі

 немесе мынадай рекуррент  теңдеумен көрсетіледі:

 

Корреляциялық функцияның түрі параметрлері және олардың мәндерімен анықталады. Бұл алгоритмдер қарапайымдығымен өзгешеленеді және кез келгенше ұзындықтағы процестерді имитациялау мүмкіндігін береді.

Параметрлердің мәндері  әртүрлі әдістермен табылады; зертхана жұмыстарында оларды берілген деп есептеу  де мүмкін.

Жоғарыдағы  теңдеулер  дискрет (импульсті) сызықтық фильтрдің  моделі болып, оның кіруіне дискретті “ақ кедергіні” бергенімізде, оның шығуында берілген корреляциялық-спектралдық характеристикалы   дискретті кездейсоқ процес қалыптасады. Мұнда фильтрдің өткізу функциясы шығу сигналының Лапластық дискрет түрлендіруінің кіру сигналының Лапластық дискрет түрлендіруіне қатысы түрінде көрсетіледі;

                        ,                          

Өткізу функциясының аргументі z комплексті айнымалы болып, оның модулі бірге тең болады. Мұнда символын дискретті кіру сигналын  k периодқа тежеуші (задержка) оператордың көрінісі деп түсіну керек, яғни .

Лапластың z түрлендіруі  сызықтық қасиетке ие болады; яғни дискрет  функциялардың қосындысының түрленуі сол функциялардың түрленуінің қосындысына тең болады; функцияның тұрақтыға көбейтіндісінің түрленуі түрленген функцияның сол тұрақтыға көбейтіндісіне тең болады; тізбекті (параллель) түрде қосылған дискретті сызықты фильтрлердің өткізу функциясы жеке фильтрлердің дискретті өткізу функцияларынның көбейтіндісіне ( қосындысына) тең болады.

Лапластың z түрлендіруінің аталған қасиеттерін қолдана  отырып, жоғарыда көрсетілген теңдеулермен берілген фильтрлердің құрамын шығарса болады

Жылжымалы қосындылау формуласы ашық дискрет сызықтық жүйені көрсетсе, ал рекуррент теңдеу формуласы тұйық сызықтық дискрет жүйені көрсетеді.

Сонымен, кездейсоқ процесті жылжымалы қосындылау және рекуррентті  айырымдау теңдеулері жәрдемінде цифралық моделдеу мәселесін сызықты дискрет қалыптастырушы (формирующий) фильтрді синтездеу мәселесі ретінде қарау мүмкін болады; мұндай фильтр кіруіндегі “ақ кедергіні” берілген корреляциялық-спектралдық характеристикаға ие болған корреляцияланған дискрет кездейсоқ процеске түрлендіреді. Мұнда процестердің өткізу функцияларынан уақыт бойынша дискрет фильтрлеу процесін көрсетуші теңдеулерге өтуді дискрет өткізу функцияларын идентификациялау деп атайды. Сонымен, дискретті фильтрлеу теориясы негізінде стохастикалық стационарлы процестерді моделдеуші алгоритмдер құрылады. Мұнда дискретті “ақ кедергі” ретінде [0,1] интервалында біркелкі таралған псевдокездейсоқ сандар алынып, оларды программалық генератор шығарады.

Стационарлы кездейсоқ процестерді  моделдеуде салмақтық коэффициенттерді табу үшін дискрет өткізу функциясын идентификациялау керек болады; соның бірнеше әдісін қарастырамыз;

қисық сызықты алгебралық теңдеулер жүйесін шешу әдісі, спектралдық  тығыздық функциясын Фурье қатарына жіктеу әдісі, факторизация әдісі және басқа арнайы әдістер.

  Стационарлы кездейсоқ процестерді моделдеуде салмақтық коэффициенттерді табу әдістері; қисық сызықты алгебралық теңдеулер жүйесін шешу әдісі, спектралдық тығыздық функциясын Фурье қатарына жіктеу әдісі, факторизация әдісі және басқа арнайы әдістер.

1). Тиісті характеристикаларға ие болған дискрет фильтрлерді синтездеудің ең қарапайым әдісі - коэффициенттерді төмендегі сызықсыз алгебралық теңдеулер жүйесін шешу;

 мұнда  .

Бұл әдісте коэффициенттерін және тізбегінің мәндерін сақтау үшін

2N жады керек  болады.

 

Зертханалық жұмыс №3

Тақырыбы: Басқару, ақпараттарды өңдеу және жанамалы көрсеткіштерді есептеу алгоритмдерін  ЭЕМ-де зерттеу.

Жұмыстың  мақсаты:Студенттерге басқару, ақпараттарды өңдеу және жанамалы көрсеткіштерді есептеу алгоритмдерін  ЭЕМ-де зерттеуді көрсету.

 

Теориялық мәлімет

 «Intel» фирмасының «МП 4004» атты маркасы жасалынып, қолданысқа шықты. Қазіргі уақытта бірнеше жүздеген микропроцессорлар жарыққа шығуда. Ең көп таралған болып, «Intel» фирмасының микропроцессорлары саналады. Себебі, оның жасалу технологиясы қарапайым және де қолдануға өте ыңғайлы.

Қазіргі уақытқа дейін «Intel» фирмасының процессорлары дүниежүзінде ешкімге жол берер емес. Статистика бойынша «Intel» фирмасының процессорларымен жабдықталған 187 млн-ға жуық дербес компьютерлер болды. Бұл көрсеткіш дүниежүзілік микропроцессор рыногінің 80%-ын құрады.

Рыногінде «Intel» фирмасына тек америкалық «AMD» фирмасы ғана бәсекелес бола алды. «AMD» фирмасының шығарған процессорлары «Intel» процессорларына өте ұқсас болғанымен, кейбір қасиеттері жағынан басымдылығы болды және де бағасы қолданушыға тиімді яғни «Intel» процессорына қарағанда арзанырақ болды. Сөйтіп, «AMD» фирмасы «Intel» фирмасын дүниежүзілік процессор рыногінде монополист болуына жол бермеді.  

Барлық микропроцессорлар  негізінен 3 түрге бөлінеді.

1. CISC (Complete Instruction Set Computing) архитектуралы процессорлар. Бұл процессорлар толық командалар жиынымен жұмыс істеуге арналған, яғни универсал процессорлар.
2. RISC (Reduce Instruction Set Computing) архитектуралы процессорлар – қысқартылған командалар жиынымен, бірақ жылдам жұмыс істейтін процессорлар тобы. Бұлар негізінен белгілі бір салада жұмыс істеуге арналған, яғни тек осы  салаға байланысты командалар жиыны бар.
3. MISC (Minimal Instruction Set Computing) – бұлар минималды командалар жиынымен, бірақ өте жылдам істейтін микропроцессорлар. Қазіргі кезде қолданысқа түсе қойған жоқ.

Бұлардың ішінде болашақта  перспективалысы ол – «RISC» архитектуралы процессорлар. Себебі, жылдан жылға мұндағы командалар саны толығуда.

Микропроцессор  архитектурасы деген термин түсінігі негізінен оның конструкциясы мен  процессордың системалық командаларынан тұрады.

Сопроцессор – орталық процессорға көмек ретінде қолданылатын арнайы микросхема. Сопроцессор негізінен спецификациялық функцияларды орындауға арналған. Бұл жылжымалы нүкте түріндегі арифметикалық операцияларды аппараттық түрде өңдейді. Бұл программалық түрге қарағанда жылдам орындалады. Сопроцессорлардың кеңінен таралған түрі – математикалық сопроцессорлар. Бұл сопроцессорлар – жылжымалы нүкте түріндегі сандық информацияларды өңдеуге арналған;

Графикалық сопроцессорлар – графикалық бейнелер мен геометриялық құрылымдарды өңдеуге арналған;

Ендіру-шығару сопроцессорлары – орталық процессордан күрделі емес, бірақ көптеген операцияларды алып өңдейді. Негізінен өңделетін операциялардың барлығы құрылғылармен байланысты болып табылады.

Арифметика-логикалық  құрылғы (АЛУ) – микропроцессордың маңызды бөліктерінің бірі. Ол негізінен (+, -, *, /) арифметикалық операцияларды тек үтірлі екілік санақ жүйесі бойынша келген информацияларды (командаларды) ғана орындайды. АЛУ-дың операцияны орындау түрін программист яғни қолданушы анықтайды. Жедел жадта (ОЗУ) сақталып тұрған бағдарлама өз кезегімен процессорға беріледі және сонда өңделеді. Яғни, процессор программист берген нұсқауларды ғана орындайды. Процессор командалар мен сигналдарды екілік санақ жүйесі (0, 1) бойынша қабылдайды және нәтиже де екілік жүйесі бойынша беріледі. Мысалы, қолданушылар көбінесе жоғары дәрежелі «Turbo Pascal», «Visual Basic», «C++» тілдерінің көмегімен бағдарламалар жазады. Ол командалар трансляция кезінде текст түрінде жазылған бағдарлама екілік санақ жүйесіне ауысады.

Сумматр – есептеу схемасы. Екілік санақ жүйесі бойынша келген көбейту (*) процедурасын орындайды.

Регистр - әр түрлі ұзындықтағы жылдам іс-әрекет ететін жадтың ұяшықтары.

Микропроцессорлық жад – көлемі аз, бірақ өте жылдам жұмыс істейтін жад. Бұл информацияны аз уақыт сақтауға арналған жад. Бұл жад екі регистрден тұрады: жалпы регистр, арнайы регистр. Арнайы регистр - әр түрлі адресті сақтауда қолданылса, жалпы регистр – универсал регистр, кез-келген мәліметті сақтауға арналған.

Микропроцессор немесе орталық процессор (Central Processing Unit) дербес компьютердің ең негізгі бөлігі. Оны дербес компьютердің «миы» деп те атайды. Микропроцессор – көптеген жартылай өткізгішті элементтерден тұратын және компьютерде барлық есептеулер мен ақпаратты өңдеу жұмыстарын орындайтын электрондық микросхема. Қазіргі кезде компьютерлерде бір немесе бірнеше процессорлар жұмыс істейді.

Микропроцессор  тікелей компьютердің класын анықтайды. Егер екі процессордың командалар жүйесі бірдей болса, онда олар программалық деңгейде толығымен үйлесімді болады. Яғни, бұл бір процессор үшін жазылған программа екінші процессор үшін де орындалатынын білдіреді. Шектелген үйлесімділікке ие болған процессорлар тобын процессорлар топтамасы деп атайды. Мысалы, барлық «Intel Pentium» процессорлары «x86» топтамасы деп атайды. Бұлардың негізін қалаушы 16-разрядты «Intel 8086» процессоры болып табылады. IBM PC компьютерінің ең алғашқы моделі осы процессордың негізінде құрастырылған. Кейінірек «Intel 80286», «Intel 80386» т.б 90-шы жылдары «Pentium MMX», «Pentium Pro», «Pentium II» және қазіргі уақытта «Intel Celeron», «Intel Pentium IV», «Pentium Dual Core» т.б көптеп қолдануда. Бұрын дербес компьютерлер үшін процессорлар шығаратын тек «Intel» фирмасы болса, кейінірек «AMD»,

«Cyrix» т.б  фирмалары да процессор шығарумен айналыса бастады.

«AMD» фирмасының        Eкі ядролы «Intel» фирмасының   «Intel»  фирмасының Athlon’’64» процессоры     мультипроцессоры                     «Celeron» процессоры.

Процессорлардың бір-бірінен өзгешелігі олардың  типтері мен ырғақтық жиіліктерінде. Ырғақтық жиілік – олардың жұмыс істеу жылдамдығының көрсеткіші. Ол мегагерцпен (мГц) кейінірек гигагерцпен (гГц) өлшенеді. Мысалы, ең алғашқы «Intel» процессорлары 75/233 мГц жиілікпен жұмыс істеді.Процессордың жұмыс істеу режимдері.

32-биттік процессорлар  төмендегі режимдер бойынша жұмыс  істей алады.

Нақты адрестеу режимі (Режим реальной адресаций) – немесе нақты режим. «Intel 8086» процессорымен толық программалық деңгейде жұмыс істей алады. Бұл режимде физикалық жадыға 1мб – қа дейін адрестеу мүмкін.

Виртуальді  адрестеудің қорғалған режимі (Защищенный режим виртуальной адресаций). Бұл режимде процессордың сегменттік және беттік трансляция механизмдері іске қосылады. Сегментация механизмі виртуальді  жадының 64 Тбайтқа дейінгі көлемін жұмыс істеуіне демеу болады. Тәжірибе жүзінде тек қана беттік трансляция қолданылады, осының арқасында әр тапсырмаға виртуальді жадының 4 Гбайтқа дейінгі көлемін бере алады. Бастапқыда адрестің де, операндының да разряды 32 битке тең болады. Қорғалған режимде процессор мынадай қосымша іс-әрекеттер орындай алады. Және де бұл іс-әрекеттер нақты режимде орындалмайды. Басқару жүйесімен байланысты бір қатар инструкцияларды сонымен қатар үзілістерді өңдеу және т.б. операциялар нақты режимдегіге қарағанда өзгешелеу орындалады.

8086 процессорының  виртуальді режимі (виртуальный режим процессора 8086). Бұл режим қорғалған режимінің айрықша тапсырмаларының күйі болып табылады. Бұл режимде процессор 8086 сияқты функцияналады. (16 биттік адрес ) Бұл жерде бір процессорда бірнеше тапсырмалар параллель орындалуы мүмкін. Тапсырмалар ресурстары бір-бірімен байланыссыз. Физикалық адрестің жад кеңістігі сегменттік механизм және беттік трансляция тарапынан басқарылады. Белгісіз командаларды орындау барысында, берілген жад кеңістігінен шығып кеткен жағдайда, ендіру-шығару операциялары қорғалған системаның бақылауында болады. Бұл режимге қарағанда 8086 виртуальді процессорының кеңейтілген режимі өте ыңғайлы. Бұл режимде виртуализациялық үзілістер ретке қойылған.

Нақты емес режим. Бұл бейресми режим бұлар 32 биттік процессорлармен жұмыс істей алады. Ол 4 Гбайттың жад кеңістігінде адрестеуге мүмкіндік береді. Бұл режим нақты режим сияқты операцияларды тәртіп ретімен орындайды. Бірақ, қосымша сегменттік регистрдің көмегімен орындайды. FS  және  GS бағдармалары физикалық жадтан кез-келген уақытта құжатты ала алады.

Системалық  басқару режимі. Бұл режимде процессор жад кеңістігінде басқа режимдермен байланыссыз болады. Бұл режим қызметші және кейінге қалдыру (отладочных) мақсатында қолданылады.

Х86 процессорлары үшін жоғарыда айтылған режимдер legacy  mode деген түсінікпен бірлескен. Бұдан басқа Long mode атты жаңа режим бар.

Тапсырма  1.

Тапсырма ретінде  қандайда бір қысқа «бағдарлама» (1.14 кесте) беріледі. Келесі орын алмастыру  алгоритмдерінің екі варианты үшін қадамдық режимінде қосылған кэш жады арқылы (4 және 8 ұяшық көлемі) орындалу керек (1.13 кесте).

1. кесте. Тапсырма 7 вариантының түсіндірмесі

Варианттар  нөмірі	Жазу режимі	Орын алмастыру  алгоритмі
1,7,11	Өтпелі	С3, жазу битін ескермегенде
	Кері	0, жазу битін  есептегенде
2,5,9	Өтпелі	БИ, жазу битін  ескермегенде
	Кері	0, жазу битін  есептегенде
3,6,12	Өтпелі	0, жазу битін  ескермегенде
	Кері	С3, жазу битін  есептегенде
4,8,10	Өтпелі	БИ, жазу битін ескермегенде
	Кері	БИ, жазу битін  есептегенде

                                                  

                                                                        2. кесте. Тапсырма 7 варианттары

Вар.№	Бағдарлама  командаларының нөмірі
	1	2	3	4	5	6	7