МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра КБ-3 «Управление и моделирование систем»
Материалы для подготовки
к экзамену по предмету:
“Организация ЭВМ и систем”
Выполнил: студент 2 курса
факультета КБ
группы КБ-1(1302)
Яковлев Илья
Москва 2015
Содержание.
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ 1
Кафедра КБ-3 «Управление и моделирование систем» 1
Материалы для подготовки 1
к экзамену по предмету: 1
“Организация ЭВМ и систем” 1
Выполнил: студент 2 курса 1
Москва 2015 1
1.Принципы построения ЭВМ по Фон Нейману. 6
2.История развития вычислительной техники. 7
3.Классификация ЭВМ по принципу действия. 9
4.Классификация ЭВМ по этапам создания. 10
1947 – изобретены транзисторы 10
Vперекл 0,3с 10
ЭС-ЭВМ 1022, 1030, 1052, 1025, 1035, 1045, 1055, 1066 11
5 Поколение 11
6 Поколение 11
5.Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям. 11
Большие ЭВМ 12
МикроЭВМ (ПК) 13
6.Классификация ЭВМ по Флинну. 13
7.Поколения компьютеров с архитектурой Фон –Неймана. 15
8.Особенности ЭВМ пятого поколения. 16
9.Персональные компьютеры, виды и типы. 17
10.Классификация ПК по поколениям процессоров. 18
Первое поколение 18
ОС – MS-DOS 18
Второе поколение 18
Третье поколение 18
DX: SX: 18
LX: 18
Четвертое поколение 18
Intel 80486DX имеет кэш 8 кб. 19
AMD K5: 19
11.Классификация ПК по типу используемого МП ( RISC и CISC ). 21
12.Обобщенный алгоритм функционирования классической ЭВМ. 21
13.ЭВМ с канальной организацией. 23
14.ЭВМ с шинной организацией. 23
15.Основные команды ЭВМ, классификация команд. 23
16.Система кодирования команд. 25
17.Определения «Организация ЭВМ» и «Конфигурация ЭВМ», «Архитектура ЭВМ». 25
18.Система шин ЭВМ.( шина управления, ШД, ША, и др.). 26
CPU (CentralProcessorUnit) – основная функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работы других блоков. Это наиболее сложный компонент ЭВМ, как с точки зрения электроники, так и с точки зрения функциональных возможностей. CPU состоит из АЛУ, УУ и регистров. 27
Регистры общего пользования – используются для любых целей и их назначение определяет программист при написании кода. 27
Устройство управления (УУ) – часть ЦПУ, которая вырабатывает распределенную во времени последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и управление команд. В простейшем случае УУ имеет в своём составе три устройства: регистр команд, который содержит код команды во время её выполнения; программный счетчик, в котором содержится адрес очередной, подлежащей выполнению команды; регистр адреса, где вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти. 27
19.Достоинства и недостатки шины VLB. 28
Шина VLB 28
20.Что такое POST. 29
Представление ошибок POST 30
Звуковые коды ошибок, выдаваемые процедурой POST 30
Звуковые коды POSTAwardBIOS 31
1 длинный, 3 коротких – Ошибка видеоадаптера 31
Первоначальная загрузка и самотестирование ПК 31
21.Принцип работы АЛУ. 31
22.Что такое BIOS. 32
Системная BIOS 32
BIOS платы адаптера 33
23.Отличие SIMM и DIMM. 34
Модуль памяти Registered DIMM 35
Модуль памяти SO-DIMM 35
Модуль памяти DDR DIMM 36
24.Обобщённая архитектура шин ЭВМ (ISA, EISA, VLB, PCI). 37
Шина ISA 37
8-разрядная шина ISA 37
16-разрядная шина ISA 37
Шина VLB 38
Шина PCI 39
25.Накопители на гибких и жестких дисках. 40
26.Интерфейсы SCSI (SAS), их типы. 42
27.Интерфейсы IDE, их типы. 44
28.Контроллеры, типы, назначения. 46
29.Контроллеры прерываний. 50
30.Контроллеры ПДП ( DMA ). 50
Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП, DMA - DirectMemoryAccess) - обеспечивает высокоскоростной обмен данными между устройствами ввода-вывода и ОЗУ без использования центрального процессора. 50
31.Тактовый генератор. 51
32.Системный таймер и часы реального времени. 51
33.Команды для работы с подпрограммами. Стек. 52
34.Регистры процессора. 54
35.Функционирование ЭВМ с шинной организацией. Инициализация. 54
36.Достоинства и недостатки ЭВМ с шинной и канальной организацией. 55
37.Устройства памяти и где они используются в ЭВМ. 57
38.Что такое AGP, его модификации, особенности. 58
39.Работа устройства управления (УУ) в составе ЦП. 59
40.Типы кэш-памяти ПК. 60
41.Порты COM, LPT и другие. Обозначение. 61
42.Что такое CMOS. 65
43.Отличие шины PCI от VLB. 66
44.Отличие шины ISA от EISA. 66
45.Отличия шины PCI&PCI-express. 66
46.Классификация поколений ЭВМ на основе элементной базы. 67
47.Емкость ОЗУ и HDD для различных операционных систем. 68
48.Состав и устройство ПК. Типы корпусов для ПК. 68
49.Состав и устройство ПК. Форм-факторы материнских плат их особенности. 70
50.Компоненты материнских плат для ПК. 70
Контроллер прерывания. 70
51.Архитектура МВ для Pentium II-III ( Intel 440 BX). 72
52Архитектура МВ для PentiumI11 ( Intel 810 ). 74
53.Архитектура современных материнских плат. 75
54.Основные правила по сборки ПК и подключению его компонентов. 75
55.Установка ОС Windows на ПК, особенности. 75
56.Шина USB, её особенности. 77
57.Шина IEЕЕ1349, её особенности. 79
58.Стандарт IEEE 802.11 b,g.WiFi. 82
59.Устройства памяти CD-ROM&DVD-ROM. 83
60.Описания своего ПК и материнской платы (описание МВ). 86
61.Принцип работы матричного, струйного и лазерного принтера. 86
62.Принцип работы механического и оптического манипулятора типа «мышь». 87
63.Принцип работы сканера. 88
64.Расширенная классификация Флинна компьютеров параллельного действия. Начертить и объяснить классификацию. 89
65.Архитектуры UMASMP с шинной организацией. 91
66.Мультипроцессоры UMA с координатными коммутаторами. 92
67.Мультипроцессоры UMA с многоступенчатыми сетями. 93
68.Системы с переменным временем обращения к памяти: NUMA-системы. 94
69.Системы с переменным временем обращения к памяти: CC-NUMA-системы. 94
70.Структура CC-NUMA-системы. 96
71.Мультипроцессоры COMA. 96
72.MPP – процессоры с массовым параллелизмом (CRAY- T3E). 97
73.Кластерная организация мультикомпьютеров( COW&NOW ). 98
74.Типы кластеров. Кластер “Beowulf”. 99
1.Принципы построения эвм по Фон Нейману.
Большинство современных ЭВМ строятся на базе принципов, сформулированных американским ученым, одним из отцов кибернетики, Джоном фон Нейманом. Впервые эти принципы были опубликованы им в 1945 году в статье ENIAC. Они сводятся и следующему:
1. Основными блоками фон Неймановской машины является устройство управления, АЛУ, память.
2
.
Информация в двоичном коде делится на
0 и 1 называется словами.
3. Алгоритм приведен в форме последовательно управляющих слов, которые определяют смысл операции. Эти слова называются командами, совокупность команд, представляющих алгоритм, называется программой.
4. Программа и данные хранятся в одной и той же памяти; разнотипные слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования.
5. УУ и АЛУ обычно объединяют в один блок, называемый центральным процессором, который определяет действия, подлежащие выполнению, путем считывания команд из оперативной памяти. Обработка информации, предписанная алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке однозначно определенным программой.
2.История развития вычислительной техники.
Первым механическим счетным устройством было суммирующее устройство, созданное Блезом Паскалем в 1632 году на основе часового механизма и называлась «Паскалина» (автору было всего 19 лет) для папы, сборщика налогов.
До этого были абаки, счеты, калькулятор.
Великий немецкий математик Готфрид Лейбниц (1646-1716) начал искать и изобретать средства для механизации вычислительных работ. Он говорил: «Это не достойно таких замечательных людей, подобно рабам терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машин». Лейбниц построил вычислительную машину, работающую в десятичной системе, обошлась она ему в 24 тысячи талеров (довольно много). Машина была деревянная, проблема заключалась в том, что невозможно было изготовить деревянные шестеренки с требуемой точностью.
Первую программу для машины Лейбница разработала Ада (дочка поэта Байрона; можно с уверенностью сказать, что она была первым программистом).
Идею Лейбница об использовании двоичной системы в вычислительных машинах остаётся забытой в течение 250 лет и только в 1931 году цифровые шестерёнки с восемью позициями запатентует во Франции Р. Вальта.
Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил в 1834 году английский математик и экономист Чарльз Беббидж (1792-1871) в своём неосуществленном проекте аналитической машины. Он содержал более 200 чертежей различных узлов , из которых особо надо выделить:
хранилище для чисел (в современных ЭВМ - память)
устройство для производства арифметических действий (в совр. – АЛУ – арифметическое логическое устройство); сам Беббидж называл её «фабрика».
устройство, управляющее операциями, включая перенос чисел из одного места в другое.
устройство для ввода и вывода чисел.
С 1834 года и до конца жизни он работал над проектом аналитической машины, не пытаясь её построить. Только в 1906 году его сын выполнил демонстрационные модели некоторых частей. Если бы машина была построена, то по оценкам Беббиджа на сложение и вычитание потребовалось 2 секунды, на умножение и деление 1 минута.
В 1890 г. бюро переписи населения США использовало перфокарты и механизмы сортировки, разработанные Германом Голлеритом, чтобы обработать поток данных десятилетней переписи. Компания Голлерита в конечном счета стала ядром фирмы IBM.
Первые электромеханические цифровые компьютеры были разработаны в Германии Конрадом Цузе и имели обозначение “Z”. Будучи студентом, он увлекся вычислительными устройствами, первое устройство он сделал механическим, оно работало по аналогии с машиной Беббиджа. После этого он сконструировал машину Z-1, которая работает на реле. В 1936 году Конрад Цузе начал работы над своим первым вычислителем, имеющим память и возможность программирования. В1941 году была построена машина Z-3, было использовано телефонное реле, она могла работать с числами, с плавающей запятой, использовала двоичную систему счисления. Программы на Z-3 хранились на перфорированной плёнке (фотопленке), и эта машина использовалась для расчета крыла ФАУ-1. В 1944 году была сконструирована Z-4, которая весила 1,5 тонны и так же использовалась для аэродинамических расчетов. В двух патентах 1936 года Конрад Цузе упоминал, что машинные команды могут храниться в той же памяти, что и данные, таким образом предугадав идеи архитектуры фон Неймана, которые были реализованы в 1949 году. В 1941-42 годах в Англии была построена машина Колосс, она состояла из электронных ламп и реле и использовала принципы Тьюринга. Данная машина использовалась во время войны для взломов немецких шифров. В 1942 годувСШАначалистроитьмашинуENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Основными разработчиками были Джон Маучли и Джон ПросперЭнкер. Машина состояла из 18 тысяч электронно-вакуумных ламп, 1,5 тысячи реле (электромеханических), имела производительность 5 тысяч операций в секунду, занимала площадь с баскетбольную площадку, весила 30 тонн, потребляла энергию 150 кВт. Разрабатывала расчеты таблиц стрельбы корабельной артиллерии. После войны – для расчета водородной бомбы.