
- •Кафедра – Информационно- Коммуникационные Технологии
- •Лекция 1. Введение в дисциплину – эвм и периферийные устройства
- •1.1 История развития вычислительной техники
- •1.2 Основные принципы построения эвм
- •Поколения эвм
- •Классификация эвм
- •Вопросы
- •Лекция 2. Компьютер – общие сведения
- •2.1 Основные узлы пк – «Материнская плата»
- •2.2 Основные компоненты компьютера:
- •2.3 Интерфейсные шины
- •2.4 Основные периферийные устройства компьютера
- •Вопросы и задания
- •Лекция 3. Представление данных в эвм.
- •3.1 Форматы файлов
- •3.2 Кодирование чисел
- •3.3 Кодирование текста
- •3.4 Кодирование графической информации
- •3.5 Кодирование звука
- •3.6 Типы данных
- •Лекция 4. Структурная организация эвм - процессор Введение
- •Что известно всем
- •4.1 Микропроцессорная система
- •4.2 Что такое микропроцессор?
- •4.3 Основной алгоритм работы процессора
- •Алу Запросы на пре-ия и пдп
- •4.4 Программный код и система команд
- •4.5 Микроархитектура процессора
- •512 Кбайт
- •Лекция 5. Микропрограммное устройство управления
- •5.1 Устройство управления
- •5.2 Микропроцессорная память
- •5.3 Структура адресной памяти процессора
- •5.4 Интерфейсная часть мп
- •5.5 Назначение и функции чипсета в микропроцессорной системе
- •Лекция 6. Организация памяти
- •6.1 Организация подсистемы памяти в пк
- •6.2 Оперативная память
- •6.4 Технологии оперативной памяти
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 7. Внешняя память компьютера Введение
- •Жесткий диск (Hard Disk Drive)
- •Общее устройство нжмд
- •Пластины (диски)
- •Головка записи-чтения
- •Позиционер
- •Контроллер
- •Производительность
- •Структура хранения информации на жестком диске
- •Кластер
- •Магнитооптические диски
- •Лазерные компакт-диски cd - rom
- •Дисковые массивы и уровни raid
- •Raid 0: Базовая конфигурация.
- •Raid1: Зеркальные диски.
- •Raid 2: матрица с поразрядным расслоением
- •Raid 3: аппаратное обнаружение ошибок и четность
- •Raid 4: внутригрупповой параллелизм
- •Raid 5: четность вращения для распараллеливания записей
- •Raid 6: Двумерная четность для обеспечения большей надежности
- •Флэш-память
- •Вопросы и задания
- •Лекция 8. Логическая организация памяти
- •Виртуальная память
- •Основная память
- •Дисковая память
- •Страничная организация памяти
- •Преобразование адресов
- •Сегментная организация памяти.
- •Свопинг
- •Вопросы и задания
- •Лекция 9. Методы адресации
- •Лекция 10. Архитектура risc-процессоров
- •10.1 Основные черты risc-процессоров
- •10.2 Risc-процессоры 3-го поколения
- •Структура процессоров Alpha: 21064, 21264
- •10.3Пиковая производительность risc-процессоров
- •10.4 Области применения risc-процессоров
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 11. Высокопроизводительные вс
- •11.1 Параллельная обработка данных на эвм
- •Закон Амдала
- •11.2 История появления параллелизма в архитектуре эвм
- •11.3 Классы параллельных систем
- •11.4 Технологии параллельного программирования
- •11.5 Оценки производительности супер-эвм
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 12. Особенности архитектуры современных высокопроизводительных вс Введение
- •Параллельные системы
- •Классификация архитектур по параллельной обработке данных
- •Вычислительные Системы
- •Параллелизм на уровне команд – однопроцессорные архитектуры
- •Конвейерная обработка
- •Суперскалярные архитектуры
- •Мультипроцессорные системы на кристалле
- •Технология Hyper-Threading
- •Многоядерность — следующий этап развития
- •Вопросы и задания
- •Лекция 13. Организация обмена в вычислительной системе
- •13.1 Система прерываний и исключений в архитектуре ia-32
- •13.2 Расширенный программируемый контроллер прерываний (apic)
- •13. 3 Обработка прерываний на основе контроллера 8259a
- •13.4 Подсистема прямого доступа к памяти
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 14. Интерфейсы вычислительных систем
- •14.1 Типы и характеристики интерфейсов
- •14.2 Архитектура системных интерфейсов
- •14.3 Системные интерфейсы для пк
- •14.5 Интерфейс pci
- •14.6 Порт agp
- •14.8 Интерфейсы накопителей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 15. Интерфейсы периферийных устройств
- •15.1 Интерфейсы scsi
- •15.2 Интерфейс rs-232c
- •15.3 Интерфейс ieee 1284
- •15.4 Инфракрасный интерфейс
- •15.5 Интерфейс usb
- •15.6 Интерфейс ieee 1394 - FireWire
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 16. Состав, классификация и характеристики периферийных устройств
- •16.1 Классификация периферийных устройств
- •16.2 Видеосистема
- •16.3 Видеоадаптеры
- •16.5 Аудиосистема
- •Контрольные вопросы
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Приложение Классификация и основные определения пу.
- •Общая характеристика клавиатуры.
- •Интерфейс клавиатуры и мыши.
- •Скан-коды и системная поддержка.
- •Манипуляторы-указатели
- •Общая характеристика методов вывода изображений.
- •Графический режим.
- •Текстовый режим.
- •Трехмерная графика и способы обработки видеоизображений.
- •Принципы передачи цветных телевизионных изображений.
- •Объединение компьютерной графики и телевизионного изображения.
- •Стандарты кодеков изображений mpeg.
- •Основные технические характеристики.
- •Управление монитором.
- •Плоские дисплеи.
- •Интерфейсы дисплеев.
- •Функциональная схема адаптеров дисплеев
- •Графический процессор адаптера, принцип работы тракта записи.
- •Принцип считывания со сравниванием цветов в графическом адаптере.
- •Параметры видеосистемы.
- •Принципы построения различных типов принтеров.
- •Форматы данных и интерфейсы принтеров
- •Системная поддержка принтеров.
- •Принципы хранения информации.
- •Хранение информации на магнитных дисках.
- •Накопители на гибких магнитных дисках (нгмд).
- •Интерфейс и контроллер нгмд.
- •Конструкция накопителя на жестких магнитных дисках (нжмд).
- •Основные характеристики винчестеров.
- •Особенности функционирования винчестеров
- •Магнитооптические диски.
- •Флэш-память.
- •Основы цифровой обработки сигналов.
- •Звуковая карта пк.
- •Интерфейсы звуковых карт.
- •Проводные интерфейсы связи.
- •40. Беспроводные интерфейсы связи. Инфракрасный интерфейс.
- •Беспроводные интерфейсы связи. Радиоинтерфейс Bluetooth.
- •Модемы. Структурная схема устройства.
- •Основные принципы шинной связи, управление шиной.
- •Арбитраж шин.
- •Передача информации шинами по блочно.
- •Шины расширения.
- •Параллельные шины.
- •Последовательные шины
Лекция 4. Структурная организация эвм - процессор Введение
В предыдущих лекциях мы познакомились с функциональными блоками ЭВМ, вычислительных систем и основными принципами их взаимодействия. Теперь мы можем приступить к более детальному анализу каждого из блоков и узлов в отдельности. Начнем, естественно, с процессора и истории его появления.
Что известно всем
В 1968 году Роберт Нойс, изобретатель кремниевой интегральной схемы (1958), Гордон Мур, автор известного закона Мура, и Артур Рок, капиталист из Сан-Франциско, основали корпорацию Intel для производства компьютерных микросхем.
Первоначальное название “NM Electronics” звучало не очень привлекательно, после ряда проб остановились на “Integrated Electronics”, утвердить не удалось, зато абривиатуру Intel теперь знают все и стоит она $31 млрд.
За первый год своего существования корпорация продала микросхем (аж!) на $3000. Но вот улыбка судьбы! В августе 1969 года крохотная фирма Intel Corporation, которая была совсем недавно зарегистрирована, получила заказ от небольшой японской фирмы Nippon Calculating Machines, на проектирование микросхем для семейства калькуляторов (10-12 различных несерийных микросхем-калькуляторов). Вместо того, чтобы делать 10-12 различных микросхем на «жесткой логике», т.е. специализированной системе, настроенной на одну, или несколько близких задач. Другими словами, микросхем в которых алгоритмы обработки и хранения данных жестко связаны со схемотехникой и изменения алгоритмов возможны только путем изменения схемотехники системы. Тед Хофман и его сотрудник Стен Мейзор решили разработать одну твердотельную 4-битную микросхему-процессор, представляющую из себя универсальный компьютер с программируемыми функциями, который мог работать в любом из заказанных калькуляторов. Далее грандиозный успех: ноябрь 1970 чип 4001 ----- декабрь 1970 чип 4004. В июне 1971 года Intel анонсировала микропроцессорное семейство 4004 и выкупила все права на микросхему у японской компании за те - же $60000, которые она заплатила. Nippon Calculating Machines отказалась от исключительных (!) прав на продукты Intel. Последняя в 1974 г. своими усилиями выпустила 8-разрядный процессор 8080, и наконец, покупатели стали проявлять к решениям микроэлектроники реальный интерес. Авторы разработки навечно были внесены в список лауреатов Национального зала Славы США, а само изобретение признано одним из величайших достижений XX века.
Процессор 4004 – 4-х разрядный, 2250 транзисторов, частота – 108 кГц, производительность – 60 000 операций в секунду, чип размером со шляпку гвоздя. Ну а дальше славная история компании Intel – 1978 год первый 16-бтный процессор 8086 (запомним эту дату!), 1982 год 80286, 1985 год 80386, 1989 год 80486 – 32 разрядный, способный адресовать 4 Гбайт памяти и наконец, линейка процессоров Pentium.
Что известно немногим.
В 1968 году (!) два американских инженера Рэй Холт и Стив Геллер создали 20 – разрядный микропроцессор SLF (Special Logic Function).
Чип SLF служил основой бортового компьютера CADC для новейшего истребителя с изменяемой стреловидностью крыла F14. SLF – 20 разрядный процессор с элементами параллельной логики и возможностью расширения (3 синхронно работающих SLF на бортовом компьютере, плюс элементы DSP процессора (!). Можно сказать, что CADC – гениальное для своего времени решение и заложенные в него принципы не устарели и по сей день. Так, в F-14 из-за больших объемов вычислений использовалось одновременно три (!) синхронно работающих микропроцессора SLF. Сравнительно недавно на мировом рынке появились первые общедоступные версии четырехпроцессорных ПК. Строжайшая секретность этой работы не позволила опубликовать результаты исследований, а широкий рынок микропроцессорной техники все больше становился вотчиной Intel.
Как мы упоминали, первый 16 разрядный Intel 8086 вышел в свет только в 1978 году. Он мог адресовать 1 Мбайт памяти (т.е. имел 20 разрядную шину адреса), при 5 МГц тактовой частоты его производительность достигала 0,33 MIPS.