Правительство Российской Федерации

 

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики"

Московский институт электроники и математики

Факультет информационных технологий

Конспект лекций

ЭВМ И ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

для направления 230100.62 «Информатика и вычислительная техника» подготовки бакалавра

Кафедра – Информационно- Коммуникационные Технологии

Мартиросян С.Т., к.т.н., доцент

МОСКВА – 2012

УДК

Мартиросян С.Т., конспект лекций по курсу «ЭВМ и периферийные устройства», для

для направления 230100.62 «Информатика и вычислительная техника» подготовки бакалавра.

Эффективность использования ЭВМ в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

Рецензенты:

Проректор по науке МГИЭМ и заведующий кафедрой «ИКТ», д.т.н., профессор Азаров В.Н.

Тем. план 2011. поз

Содержание

Лекция 1. Введение в дисциплину – ЭВМ и периферийные устройства 5

1.1 История развития вычислительной техники 6

1.2 Основные принципы построения ЭВМ 7

Поколения ЭВМ 9

Классификация ЭВМ 9

Вопросы 9

Лекция 2. Компьютер – общие сведения 10

2.1 Основные узлы ПК – «Материнская плата» 10

2.2 Основные компоненты компьютера: 11

2.3 Интерфейсные шины 13

2.4 Основные периферийные устройства компьютера 14

Выводы 17

Вопросы и задания 17

Лекция 3. Представление данных в ЭВМ. 19

3.1 Форматы файлов 19

3.2 Кодирование чисел 20

3.3 Кодирование текста 21

3.4 Кодирование графической информации 21

3.5 Кодирование звука 22

3.6 Типы данных 23

Выводы 24

Лекция 4. Структурная организация ЭВМ - процессор 25

Введение 25

4.1 Микропроцессорная система 26

4.2 Что такое микропроцессор? 28

4.3 Основной алгоритм работы процессора 28

28

28

28

28

4.4 Программный код и система команд 30

4.5 Микроархитектура процессора 31

Лекция 5. Микропрограммное устройство управления 33

5.1 Устройство управления 33

5.2 Микропроцессорная память 35

5.3 Структура адресной памяти процессора 35

5.4 Интерфейсная часть МП 37

5.5 Назначение и функции чипсета в микропроцессорной системе 38

Лекция 6. Организация памяти 39

6.1 Организация подсистемы памяти в ПК 39

6.2 Оперативная память 39

6.3 Кэш-память 41

6.4 Технологии оперативной памяти 44

Вопросы для самоконтроля 46

Лекция 7. Внешняя память компьютера 47

Введение 47

Жесткий диск (Hard Disk Drive) 47

Общее устройство НЖМД 48

Пластины (диски) 49

Головка записи-чтения 49

Позиционер 51

Контроллер 51

Производительность 52

Структура хранения информации на жестком диске 52

Таблица размещения файлов 53

Кластер 53

Магнитооптические диски 54

Лазерные компакт-диски CD - ROM 55

CD-R 55

CD-RW 56

DVD 56

Дисковые массивы и уровни RAID 57

RAID 0: Базовая конфигурация. 57

RAID1: Зеркальные диски. 58

RAID 2: матрица с поразрядным расслоением 58

RAID 3: аппаратное обнаружение ошибок и четность 58

RAID 4: внутригрупповой параллелизм 59

RAID 5: четность вращения для распараллеливания записей 59

RAID 6: Двумерная четность для обеспечения большей надежности 59

Флэш-память 60

Выводы 61

Вопросы и задания 61

Лекция 8. Логическая организация памяти 61

Виртуальная память 62

Страничная организация памяти 64

Преобразование адресов 65

Сегментная организация памяти. 66

Свопинг 68

Выводы 69

Вопросы и задания 69

Лекция 9. Методы адресации 69

Лекция 10. Архитектура RISC-процессоров 75

10.1 Основные черты RISC-процессоров 75

10.2 RISC-процессоры 3-го поколения 76

10.3Пиковая производительность RISC-процессоров 78

10.4 Области применения RISC-процессоров 78

Вопросы для самоконтроля 78

Лекция 11. Высокопроизводительные ВС 79

11.1 Параллельная обработка данных на ЭВМ 79

11.2 История появления параллелизма в архитектуре ЭВМ 80

11.3 Классы параллельных систем 80

11.4 Технологии параллельного программирования 83

11.5 Оценки производительности супер-ЭВМ 84

Вопросы для самоконтроля 84

Лекция 12. Особенности архитектуры современных высокопроизводительных ВС 85

Введение 85

Параллельные системы 86

Классификация архитектур по параллельной обработке данных 88

Параллелизм на уровне команд – однопроцессорные архитектуры 91

Конвейерная обработка 91

Суперскалярные архитектуры 94

Мультипроцессорные системы на кристалле 96

Технология Hyper-Threading  96

Многоядерность — следующий этап развития 99

Выводы 101

Вопросы и задания 101

Лекция 13. Организация обмена в вычислительной системе 101

13.1 Система прерываний и исключений в архитектуре IA-32 101

13.2 Расширенный программируемый контроллер прерываний (APIC) 104

13. 3 Обработка прерываний на основе контроллера 8259A 106

13.4 Подсистема прямого доступа к памяти 108

Вопросы для самоконтроля 111

Лекция 14. Интерфейсы вычислительных систем 111

14.1 Типы и характеристики интерфейсов 111

14.2 Архитектура системных интерфейсов 112

14.3 Системные интерфейсы для ПК 113

14.5 Интерфейс PCI 116

14.6 Порт AGP 118

14.7 PCI Express 119

14.8 Интерфейсы накопителей 121

Вопросы для самоконтроля 123

Лекция 15. Интерфейсы периферийных устройств 123

15.1 Интерфейсы SCSI 123

15.2 Интерфейс RS-232C 124

15.3 Интерфейс IEEE 1284 126

15.4 Инфракрасный интерфейс 129

15.5 Интерфейс USB 131

15.6 Интерфейс IEEE 1394 - FireWire 134

Вопросы для самоконтроля 136

Лекция 16. Состав, классификация и характеристики периферийных устройств 136

16.1 Классификация периферийных устройств 136

16.2 Видеосистема 137

16.3 Видеоадаптеры 142

16.4 3D-Акселераторы 145

16.5 Аудиосистема 146

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 147

СПИСОК ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 148

СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 148

ПРИЛОЖЕНИЕ 149

Классификация и основные определения ПУ. 149

Общая характеристика клавиатуры. 152

Манипуляторы-указатели 156

Общая характеристика методов вывода изображений. 158

Трехмерная графика и способы обработки видеоизображений. 163

Графический процессор адаптера, принцип работы тракта записи. 180

Принципы построения различных типов принтеров. 182

Основы цифровой обработки сигналов. 204

Модемы. Структурная схема устройства. 213

Шины расширения. 217