Алгоритм. 2.Для i від 1 до 4 виконувати

1. Робоче число = X.

2.Для i від 1 до 4 виконувати

2.1. х_i = Робоче число mod 2.

2.2. Робоче число = Робоче число div 2.

У лабораторній роботі необхідно визначити значення вихідної напруги реального ЦАП для величин X, що змінюються в діапазоні від 0 до 15 з кроком 1, а також похибки цих значень за формулою:

%, (4.5)

де U_{k Ідеал} - ідеальне значення вихідної напруги ЦАП в точці Х_к;

U_{k реал} - реальне значення цієї напруги, визначене з врахуванням похибки виготовлення резисторів,

U_{k реал мах} - максимальна величина реального вихідної напруги,

k - номер (і значення) перетворюваного коду X, k = 0,1,2,...,15.

2. Порядок виконання роботи

У лабораторній роботі пропонується розрахувати номінали резисторів і змоделювати роботу чотирирозрядного ЦАП для всіх 4 класів точності виготовлення резисторів.

1. Побудувати графіки Uвих = F(X) ідеального і чотири “реальних” ЦАП (по числу пропонованих класів точності виготовлення резисторів) для діапазону значень коду X від 0 до 15. Значення “реальних” опорів R0 і Ri визначити як випадкові по формулі (3.4) з максимальним відхиленням від номіналу, рівним γ.

2. Оцінити максимальну похибку кожного з чотирьох ЦАП з використанням співвідношення (3.5).

3. Оцінити максимальну абсолютну теоретичну похибку ЦАП як результат непрямих вимірів по формулі (3.3) і порівняти її з отриманими результатами.

4. Для кожного з чотирьох класів точності виготовлення резисторів побудувати графік залежності похибки вихідної напруги від величини X.

3 Зміст звіту про виконану роботу

Звіт про роботу повинен містити

1. Формули для визначення ідеального і реального значень U_вих ЦАП.

2. Формули для знаходження реального значення опорів R_p

3. Значення класу точності ЦАП для чотирьох класів точності виготовлення резисторів.

4. Оцінку абсолютної теоретичної похибки ЦАП і її порівняння з отриманими результатами.

Контрольні питання

1. Які типи ЦАП Ви знаєте?

2. Як визначити коефіцієнт передачі операційного підсилювача?

3. Чим визначається діапазон зміни вихідної напруги?

4. Якому розряду відповідає опір R₁?

5. Як виключити аддитивну похибку ЦАП?

6. При яких значеннях перетворюваного коду ЦАП забезпечує мінімальну, а при яких - максимальну похибку?

7. При яких значеннях класу точності виготовлення резисторів ЦАП забезпечує мінімальну, а при яких - максимальну похибку?

8. Як впливає кількість розрядів ЦАП на похибку перетворення?

9. Який з вхідних опорів ЦАП найбільше впливає на похибку перетворення?

10. Чому значення абсолютної похибки обчислюється за формулою для непрямих вимірювань?

Лабораторна робота № 5

Визначення абсолютного значення швидкодії центрального процесора

Мета роботи: Вивчення методики визначення швидкодії центрального процесора ЕОМ і визначення цієї швидкодії за результатами експерименту.

Прилади, обладнання, інструменти: комп’ютер, прикладне програмне забезпечення, осцилограф, частотомір.

1. Загальні теоретичні відомості

Швидкодія центрального процесора є однією з найважливіших характеристик продуктивності ЕОМ і систем на їх основі. Сучасні персональні комп'ютери типу IBM РС оснащені програмами, що дозволяють оцінити рейтинг процесора (відносне значення швидкодії) в порівнянні з найближчими моделями (РС\АТ або Pentium). У теорії обчислювальних систем при аналізі і проектуванні ВС прийнято задавати швидкодію центрального процесора в абсолютних одиницях - середньою кількістю операцій, що виконуються ними в секунду.

В даний час використовуються дві основні одиниці виміру швидкодії:

1) MIPS - Million Instructions per Second (мільйон команд з

фіксованою крапкою в секунду);

2) MFLOPS - Million Floating Point Operations per Second (мільйон команд з плаваючою крапкою в секунду).

Традиційний спосіб оцінки цієї характеристики пов'язаний з визначенням часу виконання спеціальних тестів (синтетичних програм), які є типовим набором відповідних команд. Як стандартні тести довгий час використовувалися набори Гіббсона, Флінна, тест Dhrystone та інші.

У лабораторній роботі пропонується скласти свої синтетичні програми для оцінки швидкодії центрального процесора ЕОМ, на якій виконується робота, відлагодити ці програми і з їх допомогою виміряти швидкодію. Програм повинно бути дві:

перша - для визначення величини MIPS

а друга - для оцінки MFLOPS.

Обидві програми мають бути невеликими.

Перший тест повинен містити типові команди арифметики з фіксованою крапкою в наборі, приведеному в Додатку 3, в пропорції, яка наведена там же. Перелік команд сформований на основі стандартного набору Гіббсона, з якого видалені команди введення-виведення (12.2% від загального складу). Для простоти оцінки швидкодії центрального процесора тест доцільно написати на мові Асемблера. Після відладки програми необхідно вручну підрахувати середню кількість виконуваних в ньому команд (з врахуванням розгалужень, якщо вони є). Далі для отримання достовірніших результатів потрібно організувати виконання тесту в циклі, що повторюється 10000 - 100000 разів.

Другий тест призначений для визначення швидкодії центрального процесора в MFLOPS. Він має бути спрощеним варіантом відомих стандартних пакетів програм, використовуваних для аналогічних цілей: “Ліверморських циклів” і LINPACK. “Ліверморські цикли” є набором фрагментів фортран-програм, узятих з реальних систем, експлуатованих в Ліверморськой національної лабораторії ім. Лоуренса (США). LINPACK - це комплекс фортран-програм, призначених для вирішення систем лінійних рівнянь алгебри. В даний час він є загальноприйнятим стандартом для виміру швидкодії центрального процесора при виконанні операцій з плаваючою крапкою. У лабораторній роботі пропонується використовувати подібну програму: готову або розроблену самостійно. Останній варіант переважно, оскільки він дозволяє точніше оцінити середню кількість виконуваних програмою команд.

Середня кількість команд Q_с другого тесту може бути приблизно визначена по довжині об'єктного коду програми L. Якщо прийняти, що середня довжина команди рівна l (звичайно це 2 байти), то середню кількість команд в тесті можна оцінити величиною:

, (5.1)

де К - кількість числових констант в тесті.

Експериментальна оцінка швидкодії центрального процесора виконується таким чином. Тест 1 (або 2) викликається (ініціюється) з вимірюючої програми, написаної на мові високого рівня, виконується задану кількість разів і передає управління вимірюючій програмі. Перед викликом і після закінчення прогону тесту фіксуються значення системного часу t_поч і t_кін відповідно. У вимірюючій програмі у вигляді константи або змінної має бути задана середня кількість команд Q_с, виконаних під час прогону тесту (з врахуванням його повторень). Програма обчислює швидкодію центрального процесора за формулою

В_ЦПР = Q_с /(t_кін - t_поч) (5.2)

у мільйонах відповідних операцій в секунду.

2. Порядок виконання роботи

1. Розробити і відлагодити синтетичну програму для визначення швидкодії центрального процесора при виконанні операцій цілочисельної арифметики. Варіант складу набору задається викладачем.

2. Оцінити швидкодію центрального процесора в MIPS для ЕОМ, на якій виконується робота.

3. Розробити і відлагодити синтетичну програму для визначення швидкодії центрального процесора при виконанні операцій арифметики з плаваючою крапкою. Розмірність задачі і спосіб задання коефіцієнтів рівнянь підбираються викладачем.

4. Оцінити швидкодію центрального процесора в MFLOPS для ЕОМ, на якій виконується робота.

5. Взяти за тести по одній з програм своєї власної бібліотеки (для курсових проектів або лабораторних робіт по інших предметах): одну з цілочисельною арифметикою, а іншу - з плаваючою крапкою. Виконати їх на тій же ЕОМ, підрахувати середню кількість команд і швидкодію центрального процесора для цих, реальних, завдань. Потім порівняти результати, отримані на синтетичних тестах і реальних завданнях.

3. Вміст звіту про виконану роботу

Звіт про роботу повинен містити:

1. Опис тестів 1 і 2 (склад команд наборів і вигляд системи лінійних рівнянь з алгоритмом її рішення).

2. Визначені в роботі значення швидкодії процесора в MIPS і MFLOPS.

Контрольні питання

1. У яких одиницях прийнято вимірювати швидкодію процесора?

2. Які типи тестів центрального процесора вам відомі?

3. Чи застосовуються, на вашу думку, в дослідженому Вами процесорі методи прискорення виконання операцій?

4. Чи впливає на результати виміру швидкодії кількість повторень циклу запусків тестів?

5. Чи впливає на результати виміру швидкодії виклик асемблера або процедури знаходження кореня системи лінійних рівнянь?

6. У скільки разів більше швидкодія процесора при виконанні операцій з фіксованою крапкою в порівнянні з швидкодією на операціях з плаваючою крапкою і чому?

7. Як зв'язана тактова частота процесора з його швидкодією?

8. Що таке набір команд і для чого він потрібен?

9. Як визначити відповідність між кількістю команд тесту і його довжиною?

10. На скільки відрізняються результати, отримані на тестах, від швидкодії процесора при виконанні реальних програм?

Лабораторна робота № 6

Розробка простого програмного монітора

Мета роботи: Вивчення методики побудови програмних моніторів для персонального комп'ютера типу IBM РС і визначення за допомогою монітора деяких характеристик робочого навантаження.

Прилади, обладнання, інструменти: комп’ютер, прикладне програмне забезпечення, осцилограф, частотомір.

1. Загальні теоретичні відомості

Експериментальні методи дослідження ЕОМ і систем на їх основі використовують вимірювальні засоби для оцінки характеристик систем і процесів, що протікають в них. Ці засоби називаються моніторами.

В процесі роботи ЕОМ відбувається зміна її стану (зайнятості пристроїв). Вона пов'язана з виконанням певних команд, що здійснюють розподіл ресурсів системи. Зазвичай - це команди переривань операційної системи. Один з методів вимірювань характеристик обчислювальних процесів заснований на перехопленні таких команд і запису інформації із системних таблиць у вихідний файл монітора. Монітори, що використовують цей метод, називаються трасувальними. Вони фіксують події S1, S2,..., пов'язані з переходом процесу з одного пристрою на інший. Записи R1, R2,... вихідного файлу формуються у момент виникнення події (переривання) і можуть містити наступну інформацію:

а) ім'я програми, при якій відбулася подія;

б) ім'я ресурсу, з яким подія пов'язана;

в) системний час;

г) число даних (байт), що передаються і так далі.

Інформація, що зберігається у файлі, поміщається в архів і обробляється спеціальними програмами з метою побудови моделей процесів або систем, а також для оцінки характеристик ЕОМ.

У лабораторній роботі пропонується вивчити особливості побудови автономного програмного монітора типу трасування. Автономний монітор є резидентною програмою, що не входить до складу операційної системи.

Монітор повинен виконувати вимірювання характеристик заданої прикладної програми (тесту). Тест складається заздалегідь. Він може бути простою програмою, яка послідовно читає і виводить на екран інформацію з робочого текстового файлу, що знаходиться на жорсткому диску. Кількість записів у файлі і їх розмір повинні бути відомі до проведення експерименту. В процесі вимірювання монітор повинен фіксувати події, пов'язані із зверненням тесту до його робочого файлу і виконанням переривань MS DOS Int 21Н з наступними функціями

0FH, 3DH - відкрити файл,

10Н, 3ЕН - закрити файл,

14Н - послідовне читання,

27Н - читання блоку і, можливо, надалі з функціями,

15Н - послідовний запис,

28Н - запис блоку.

Після перехоплення переривання монітор формує в своїй робочій області запис, що містить наступні поля:

а) логічне ім'я (номер) пристрою, до якого виконане звернення (вибирається з байта 2 заголовка запиту драйвера блочно-орієнтованих пристроїв MS DOS);

б) кількість переданих байт (записів) при читанні/запису (вибирається з байта 18 заголовка запиту драйвера блочно-орієнтованих пристроїв MS DOS);

в) системний час - визначається в стандартному для MS DOS вигляді з наступних даних, що формуються драйвером Clock:

- байт 2 - хвилини;

- байт 3 - години;

- байт 4 - секунди /100;

- байт 5 - секунди.

Стандартне ім'я логічного пристрою (драйвера) - CLOCKS. Отримання значення часу забезпечується перериванням Int 21H з функцією 2СН - отримати час.

2.Порядок виконання роботи

1. Записати на вінчестер текстовий файл, що містить 25 - 40 рядків довільного тексту. Для простоти організації вимірювань розмір рядків у файлі повинен бути фіксований.

2. Розробити і відладити тестову програму для перевірки роботи монітора. Програма повинна послідовно, рядок за рядком, прочитувати дані з текстового файлу і виводити їх на екран.

3. Розробити і відлагодити автономний програмний монітор трасувального типу, що є резидентною програмою. Монітор повинен забезпечувати можливість визначення слідуючих характеристик:

а) кількість звернень тесту до текстового файлу;

б) якщо можливо, тривалість кожного звернення;

в) якщо можливо, кількість переданих байт (записів) за кожне звернення.

Характеристики можуть формуватися у вигляді:

а) записів файлу результатів (переважно);

б) масиву записів в оперативній пам'яті, який після закінчення вимірювань переписується у файл результатів;

в) сумарних характеристик (загальна кількість звернень до файлу, сумарний час роботи з файлом і середній час одного звернення, середня довжина передаваного блоку).

4. Оцінити характеристики тесту за допомогою розробленого монітора і порівняти їх із передбачуваними значеннями. Наприклад, кількість звернень до файлу (кількість переривань Int 21Н з функціями 0FH, 3DH, 10Н, 3ЕН, 14Н (27Н)) повинна дорівнювати (або пропорційно) сумарній кількості операцій відкриття, закриття файлу і читання.

5. Взяти за тести одну або дві програми своєї власної бібліотеки (для курсових проектів або лабораторних робіт по інших предметах). Виконати їх на тій же ЕОМ, підрахувати кількість звернень цих програм до файлів, середні довжини записів і середні часи цих звернень. Потім порівняти результати, отримані на тесті і реальних завданнях.

3. Зміст звіту про виконану роботу

Звіт про роботу повинен містити: 1) роздрук тексту програмного монітора; 2) роздрук траси результатів вимірювань і сумарних (середніх) значень характеристик звернення до файлів для тесту і інших програм.

Контрольні питання

1. Які типи вимірювальних моніторів Ви знаєте?

2. Який основний принцип покладений в основу роботи Вашого монітора?

3. Які характеристики можна визначити за допомогою моніторів?

4. Чи можна за допомогою вашого монітора оцінити такі характеристики накопичувачів, як середній час доступу або швидкість передачі інформації?

5. До якого класу програм відносяться програмні монітори?

6. Скільки операцій переривання Int 21Н доводиться на одне звернення до файлу?

7. Чи співпадають отримані Вами дані з результатами стандартних системних програм, таких як Syslnfo або ChecIt?

8. Яка структура запису монітора?

9. Де і в якому вигляді прийнято зберігати інформацію, зареєстровану монітором?

10. Для яких цілей можна використовувати отриману інформацію?

Дата добавления: 2015-05-23