
- •Понятие информации и ее виды; подходы к оценке количества информации. Аналоговая и дискретная форма представления информации. Единицы дискретной информации.
- •Понятие алгоритма. Операция. Программа. Команда. Укрупненная структура и принцип функционирования эвм.
- •Способы представления дискретной информации. Позиционные и непозиционные системы счисления.
- •Системы счисления, используемые в эвм - двоичная, восьмиричная, шестнадцатиричная и двоично-десятичные системы счисления.
- •Перевод чисел из одной позиционной системы счисления в другую. Диапазон представления чисел со знаком и без знака. Точность представления числа.
- •Прямой, обратный и дополнительный коды. Выполнение операций двоичной арифметики в прямом, обратном и дополнительных кодах.
- •Представление чисел с фиксированной точкой и с плавающей запятой. Символьные данные.
- •Булевы функции одной и нескольких переменных. Функционально полные системы булевых функций. Логические операции и элементы для их выполнения.
- •Нормальные формы логических функций. Минимизация булевых функций.
- •Логические элементы и комбинационные схемы. Сложность комбинационных схем по Квайну.
- •Выполнение арифметических операций на основе функционально-полной системы логических функций. Комбинационные сумматоры и алу.
- •Последовательностные схемы (цифровые автоматы). Запоминающие элементы - триггеры.
- •Основные типы операционных элементов эвм. Шины. Организация передач между операционными элементами.
- •Сдвигающие регистры. Регистровые файлы.
- •Счетчики. Дешифраторы.
- •Основные характеристики компьютеров.
- •Быстродействие и производительность компьютеров.
- •Структура процессора простейшей базовой эвм. Назначение основных функцинальных устройств и элементов процессора.
- •Структура операционного автомата базовой эвм.
- •Выполнение команд в базовой эвм (на примере арифметической команды).
- •Выполнение команд в базовой эвм (на примере команд условного перехода).
- •Выполнение команд в эвм (на примере базовой эвм).
- •Понятие архитектуры и организации эвм. Основные элементы архитектуры.
- •Принцип программного управления.
- •Каноническая структура компьютера. Принстонская и гарвардская архитектура эвм.
- •Достоинства и недостатки неймановской архитектуры эвм.
- •Организация системы памяти. Внутренняя память процессора,
- •Организация ввода-вывода данных.
- •Структура компьютера с программно-управляемым интерфейсом.
- •Структура компьютера с общей шиной
- •Структура компьютера с каналами ввода-вывода.
- •Понятие системного интерфейса. Контроллеры внешних устройств. Параллельная и последовательная передача данных.
- •Способы адресации, используемые в эвм.
- •Способы адресации с модификацией адреса.
- •Стековая адресация. Выполнение вычислений в стековых эвм (на примере).
- •Система команд компьютера. Основные виды команд.
- •Понятие cisc и risc-архитектуры
- •Характерные особенности risc-процессоров
- •Однопрограммный режим работы компьютера.
- •Мультипрограммный режим работы компьютера.
- •Средства мультипрограммирования.
- •Функции управляющих программ операционной системы.
- •Привилегированные операции и состояния процессора.
- •Организация прерывания программ. Источники прерываний.
- •Основные сведения об организации ввода/вывода информации. Программно-управляемая передача данных и режим прямого доступа к памяти.
- •Организация синхронного обмена.
- •Организация асинхронного обмена.
- •Организация обмена по прерыванию.
- •Организация системы прерываний. Вектор прерывания. Понятие глубины прерывания. Уровни прерывания.
- •Понятие приоритета прерываний. Абсолютный и относительный приоритет. Организация обработки запросов на прерывание.
- •Программирование приоритетов по маске и по порогу.
- •Организация обмена в режиме прямого доступа к памяти. Функции контроллера пдп.
- •Принцип микропрограммного управления. Операционный и управляющий автоматы, их взаимодействие.
- •Микрооперация. Микрокоманда. Виды микрокоманд .Микропрограмма.
- •Горизонтальное кодирование микрокоманд.
- •Вертикальное кодирование микрокоманд.
- •Смешанное кодирование микрокоманд.
- •Управляющий автомат с хранимой микропрограммой.
- •Управляющий автомат с жесткой логикой.
- •Каноническая структура процессора.
- •Цикл выполнения машинных команд и его фазы.
- •Синхронный конвейер команд. Оценка его производительности.
- •Причины снижения производительности при конвейерном режиме обработки команд.
- •Способы повышения производительности при конвейерной обработке команд.
- •Структура процессора i8086. Организация конвейера команд. Регистровый файл процессора.
- •Особенности организации процессора i80286. Конвейер команд. Организация защиты памяти на аппаратном уровне.
- •Особенности организации конвейера команд в процессорах Pentium. Структура процессора. Понятие суперскалярной архитектуры.
Мультипрограммный режим работы компьютера.
Мультипрограммный режим. Для уменьшения простоев устройств в память компьютера можно загрузить сразу несколько программ и выполнять их параллельно, совмещая во времени счет по одним программам с выполнением операций ввода – вывода для других программ. Режим работы компьютера, при котором обеспечивается параллельное выполнение нескольких программ путем совмещения во времени работы процессора и внешних устройств, называется мультипрограммным.
С увеличением числа одновременно обрабатываемых программ увеличивается вероятность того, что для каждого устройства в любой момент времени найдется работа, вследствие чего производительность компьютера возрастает.
Средства мультипрограммирования.
Для обеспечения мультипрограммирования, необходимо, чтобы компьютер обладал следующими средствами и функциональными возможностями.
1. Емкость памяти компьютера должна быть достаточна для размещения данных, относящихся к нескольким задачам, которые должны обрабатываться в мультипрограммном режиме. Это означает, что компьютер, предназначенный для мультипрограммной обработки, должен иметь основную и внешнюю память, емкость которой превышает емкость памяти однопрограммного компьютера.
2. В компьютере должна быть обеспечена возможность параллельной работы процессора и внешних устройств, что достигается соответствующей структурной организацией компьютера. Если в компьютере имеются Ν устройств, каждое из которых может функционировать параллельно с остальными устройствами, то одновременно может выполняться до Ν программ, обслуживаемых в каждый момент времени разными устройствами.
3. Компьютер должен быть оснащен средствами, обеспечивающими управление порядком выполнения задач, принятых на обработку. Управление сводится к следующим действиям: 1) вводу заданий, относящихся к новым задачам, в процессе обработки других задач; 2) обеспечению задач основной и внешней памятью, а также устройствами ввода-вывода, необходимыми для выполнения задач; 3) загрузке программ в основную память; 4) распределению времени работы процессора и внешних устройств между обрабатываемыми задачами; 5) обработки особых ситуаций, возникающих при выполнении программ (например, переполнений) и в процессе функционирования устройств (например, сбоев в работе), без останова компьютера. Алгоритм управления мультипрограммной обработкой очень сложен и потому реализуется в основном программными средствами – управляющими программами операционной системы. Управляющие программы реализуют перечисленные действия с помощью традиционной системы команд. Для уменьшения затрат времени на управление процессом мультипрограммной обработки в систему команд компьютера могут вводится специальные операции, например операции обращения к управляющим программам и инициирования программ.
4. Компьютер должен иметь систему прерывания программ, с помощью которой управляющие программы извещаются об определенных событиях в работе компьютера: моментах окончания операций ввода-вывода; особых ситуациях, возникающих в процессе выполнения программ и работе устройств, и т. д. При возникновении такого рода событий формируются специальные сигналы – сигналы прерывания, которые поступают в процессор и обеспечивают переключение его на выполнение программ, обслуживающих соответствующие события. Система прерывания расширяет функциональные возможности компьютера, обеспечивая такие переходы в программах, которые не могут быть учтены в процессе составления программ.
5. Для выполнения расчетов по программам, которые могут содержать ошибки, допущенные при программировании, компьютер должен иметь средства защиты памяти. Средства защиты памяти обеспечивают защиту данных, относящихся к программе, от помех, которые возникают при работе других программ, выполняемых в мультипрограммном режиме. Помехи возникают, когда одна программа из-за ошибок в программировании записывает данные в ячейки памяти, выделенные другой программе. Средства защиты памяти исключают возможность обращения программы к областям основной памяти, принадлежащим другим программам. За счет этого обработка программ в мультипрограммном режиме с точки зрения получаемых результатов протекает так же, как и в однопрограммном режиме.