- •Архитектура вычислительных систем. Вычислительные машины, системы и сети
- •7 Память. Организация памяти. 101
- •8 Управление памятью. Виртуальная память 123
- •9 Организация ввода-вывода информации. Системная шина 134
- •10 Вычислительные системы параллельной обработки. 154
- •11 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем 172
- •12 Организация компьютерных сетей 181
- •13 Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 189
- •Введение
- •Модуль 1. Вычислительные машины
- •1 Основные понятия вычислительной техники и принципы организации вычислительных систем
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.2 Принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.3 Основные характеристики вычислительных машин и систем
- •1.4 Многоуровневая организация вычислительных процессов
- •Вопросы для самопроверки
- •2 Простейшие типовые элементы вычислительных машин
- •2.1 Комбинационные схемы
- •1) Конъюнкция (логическое умножение) .
- •2) Дизъюнкция (логическое сложение) .
- •3) Отрицание (инверсия) .
- •4) Конъюнкция и инверсия (Штрих Шеффера) .
- •5) Дизъюнкция и инверсия (Стрелка Пирса) .
- •6) Эквивалентность .
- •7) Отрицание эквивалентности .
- •2.2 Автоматы с памятью
- •2.3 Триггеры
- •2.4 Проблемы и перспективы развития элементной базы вычислительных машин
- •Вопросы для самопроверки
- •3 Функциональные узлы комбинационного и последовательного типов
- •3.1 Функциональные узлы последовательного типа
- •3.1.1 Регистры
- •3.1.2 Счётчики
- •3.1 Функциональные узлы комбинационного типа
- •3.2.1 Шифраторы и дешифраторы
- •3.2.2 Компараторы
- •3.2.3 Сумматоры
- •Вопросы для самопроверки
- •4 Функциональная организация процессора
- •4.1 Основные характеристики и классификация процессоров
- •4.2 Физическая и функциональная структура процессора
- •4.2.1 Операционное устройство процессора
- •4.2.2 Шинный интерфейс процессора
- •4.3 Архитектурные принципы организации risc-процессоров
- •4.4 Производительность процессоров и архитектурные способы её повышения
- •Вопросы для самопроверки
- •5 Организация работы процессора
- •5.1 Классификация и структура команд процессора
- •5.2 Способы адресации данных и команд
- •5.2.1 Способы адресации данных
- •5.2.2 Способы адресации команд
- •5.3 Поток управления и механизм прерываний
- •Вопросы для самопроверки
- •6 Современное состояние и тенденции развития процессоров
- •6.1 Архитектурные особенности процессоров Pentium
- •6.2 Программная модель процессоров Pentium
- •6.2.1 Прикладная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.2 Системная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.3 Система команд и режимы адресации процессоров
- •6.3 Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium
- •6.4 Аппаратные средства поддержки многозадачности
- •6.5 Перспективы развития процессоров
- •Вопросы для самопроверки
- •7 Память. Организация памяти.
- •7.1 Иерархическая организация памяти
- •7.2 Классификация запоминающих устройств
- •7.3 Структура основной памяти
- •7.4 Память с последовательным доступом
- •7.5 Ассоциативная память
- •7.6 Организация флэш-памяти
- •7.7 Архитектурные способы повышения скорости обмена между процессором и памятью
- •Вопросы для самопроверки
- •8 Управление памятью. Виртуальная память
- •8.1 Динамическое распределение памяти
- •8.2 Сегментная организация памяти
- •8.3 Страничная организация памяти
- •8.4 Сегментно-страничная организация памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •9 Организация ввода-вывода информации. Системная шина
- •9.1 Организация шин. Системная шина
- •9.1.1 Структура системной шины
- •9.1.2 Протокол шины
- •9.1.3 Иерархия шин
- •9.2 Организация взаимодействия между периферийными устройствами и процессором и памятью вычислительных машин
- •9.3 Внешние интерфейсы вычислительных машин
- •9.3.1 Параллельный порт lpt и интерфейс Centronics
- •9.3.1 Последовательный порт com и интерфейс rs-232c
- •9.3.3 Универсальная последовательная шина usb
- •9.3.4 Беспроводные интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 2. Вычислительные системы
- •10 Вычислительные системы параллельной обработки. Многопроцессорные и многоядерные системы.
- •10.1 Параллельная обработка информации
- •10.2 Классификация систем параллельной обработки данных
- •10.2.1 Классификация Флинна
- •10.2.2 Классификация Головкина
- •10.2.3 Классификация многопроцессорных систем по способу организации памяти
- •10.3 Вычислительные системы на кристалле. Многоядерные системы
- •10.4 Тенденции развития вс
- •Вопросы для самопроверки
- •11 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.1 Общие сведения о системах управления
- •11.2 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.3 Области применения и тенденции развития мк
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 3. Телекоммуникационные сети
- •12 Организация компьютерных сетей
- •12.1 Обобщённая структура компьютерных сетей
- •12.2 Классификация компьютерных сетей
- •Вопросы для самопроверки
- •13 Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.1 Понятие «открытой системы». Взаимодействие открытых систем
- •13.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.3 Структура блоков информации
- •7 Прикладной 6 Представительный 5 Сеансовый 4 Транспортный 3 Сетевой 2 Канальный 1 Физический
- •Вопросы для самопроверки
- •Литература
- •Архитектура вычислительных систем. Вычисдительные машины, системы и сети
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ-УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»
О.В. Конюхова
Архитектура вычислительных систем. Вычислительные машины, системы и сети
Рекомендовано ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» для
использования в учебном процессе в качестве учебного пособия для высшего профессионального образования
Орел, 2013
УДК 004
ББК 32.81Я7
К 65
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационные
системы» Федерального государственного образовательного
учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс»
А.П. Гордиенко,
Доктор технических наук, профессор, заместитель директора филиала Федерального государственного унитарного предприятия «Радиочастотный центр Цетрального федерального округа» в Орловской области
А.П. Фисун
Конюхова, О.В.
Архитектура вычислительных систем. Вычислительные машины, системы и сети/ О.В. Конюхова. – Орел: ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 2013. – 195 с.
К 65 Учебное пособие содержит актуальную информацию об архитектуре современных вычислительных систем: принципах построения и функционирования вычислительных машин, вычислительных систем параллельной обработки и микроконтроллеров, компьютерных сетей, а также современном состоянии и перспективах развития данной отрасли компьютерной индустрии.
В учебном пособии рассматриваются основные понятия вычислительных машин, систем и сетей; принципы построения и функционирования вычислительных машин, систем и сетей и их компонентов.
Учебное пособие соответствует требованиям ФГОС и содержанию программ учебных дисциплины «Архитектура вычислительных систем» для студентов направлений 230400.62 «Информационные системы и технологии», 231000.62 «Программная инженерия»; дисциплины «Вычислительные машины, системы и сети» для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»; дисциплины «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» для студентов направления 230700.62 «Прикладная информатика».
УДК 004
ББК 32.81Я7
© ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 2013
Содержание
Введение 7
МОДУЛЬ 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ 8
1 Основные понятия вычислительной техники и принципы организации вычислительных систем 8
1.1 Основные понятия и определения 8
1.2 Принципы организации вычислительных машин и систем 11
1.3 Основные характеристики вычислительных машин и 16
систем 16
1.4 Многоуровневая организация вычислительных процессов 19
Вопросы для самопроверки 20
2 Простейшие типовые элементы вычислительных машин 22
2.1 Комбинационные схемы 23
2.2 Автоматы с памятью 25
2.3 Триггеры 27
2.4 Проблемы и перспективы развития элементной базы 29
вычислительных машин 29
Вопросы для самопроверки 34
3 Функциональные узлы комбинационного и 36
последовательного типов 36
3.1 Функциональные узлы последовательного типа 36
3.1.1 Регистры 36
3.1.2 Счётчики 38
3.1 Функциональные узлы комбинационного типа 40
3.2.1 Шифраторы и дешифраторы 40
3.2.2 Компараторы 42
3.2.3 Сумматоры 43
Вопросы для самопроверки 44
4 Функциональная организация процессора 46
4.1 Основные характеристики и классификация процессоров 46
4.2 Физическая и функциональная структура процессора 50
4.2.1 Операционное устройство процессора 51
4.2.2 Шинный интерфейс процессора 55
4.3 Архитектурные принципы организации RISC-процессоров 56
4.4 Производительность процессоров и архитектурные 59
способы её повышения 59
Вопросы для самопроверки 64
5 Организация работы процессора 65
5.1 Классификация и структура команд процессора 65
5.2 Способы адресации данных и команд 68
5.2.1 Способы адресации данных 68
5.2.2 Способы адресации команд 74
5.3 Поток управления и механизм прерываний 76
Вопросы для самопроверки 84
6 Современное состояние и тенденции развития процессоров 86
6.1 Архитектурные особенности процессоров Pentium 86
6.2 Программная модель процессоров Pentium 89
6.2.1 Прикладная программная модель процессоров Pentium 89
6.2.2 Системная программная модель процессоров Pentium 90
6.2.3 Система команд и режимы адресации процессоров 91
Pentium 91
6.3 Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium 92
6.4 Аппаратные средства поддержки многозадачности 96
6.5 Перспективы развития процессоров 99
Вопросы для самопроверки 100