МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «лэти» им.В.И.Ульянова (Ленина)» (сПбГэту)

Кафедра математического обеспечение и применения ЭВМ

В. А. КИРЬЯНЧИКОВ

Доцент кафедры МОЭВМ

Архитектура компьютера

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2016

Оглавление

1Основные понятия архитектуры и организации компьютеров. 4

1.1. Состав компьютера 4

1.2. Виды (классы) компьютеров 4

1.3. Принцип программного управления и машина фон Неймана 5

1.4. Понятия архитектуры, организации и реализации компьютера 5

1.5. Многоуровневая организация компьютера 6

1.6. Понятие семантического разрыва между уровнями 6

1.7. Организация аппаратных средств ВМ 7

2Представление и обработка данных в ВМ 9

2.1. Целые числа 9

2.2.Представление и обработка вещественных чисел. 11

2.3. Логические операции над битовыми наборами 12

2.4. Представление и обработка символов. 12

2.5. Представление видеоинформации и аудиоинформации. 12

3Организация процессора и основной памяти ВМ 13

3.1. Типовая структура процессора и основной памяти 13

3.2. Основной цикл работы процессора 14

3.3. Организация процессора и памяти в архитекуре Intel X86. 15

3.3.1. Программно доступные регистры процессора 15

3.3.2. Организация стека в архитектуре Intel Х86 16

3.3.3. Организация выполняемых программ в MS DOS 16

3.3.4. Режимы адресации памяти в архитектуре Intel Х86 17

3.3.5. Краткая характеристика системы команд процессоров Intel Х86 19

3.3.6 .Арифметическая обработка чисел с использованием математического сопроцессора 20

3.3.7.Организация прерываний в процессорах Intel X86 21

3.3.8.Эволюция микроархитектуры Intel X86 24

4.Управление выполнением команд в компьютерах. 25

4.1. Аппаратный способ формирования управляющих сигналов 27

4.2.Микропрограммный способ формирования управляющих сигналов 28

5.Компьютеры с сокращенным набором команд 31

6.Организация памяти в компьютере 35

6.1. Назначение и основные характеристики памяти 35

6.2. Основные среды хранения информации 35

6.3. Методы доступа к данным. 36

6.4. Память с произвольным доступом (ППД) 36

6.5. Блочная организация основной памяти. 37

6.6. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ - ROM) 38

6.7. Ассоциативные запоминающие устройства (АЗУ) 38

6.8. Иерархическая система памяти 39

6.9. Организация кэш-памяти. 40

6.10. Организация виртуальной памяти 43

6.11. Организация виртуальной памяти в Intel 80386 и более старших моделях. 45

6.12. Защита памяти в процессоре Intel 80386 48

7.Организация работы с внешней памятью 48

7.1. Типы, виды, свойства дисковых накопителей информации. 48

7.2. Магнитные дисковые накопители. 49

7.3. Основные физические и логические параметры ЖМД 49

7.4. Контроллеры жестких дисков 50

7.5. Логическое хранение и кодирование информации 50

7.6.Интерфейсы жестких дисков 52

7.7. Работа накопителя 53

7.8.Внешняя память на CD и DVD дисках. 53

8.Принципы организации RAID массивов 55

8.1. Основные принципы построения RAID массивов 56

8.2.Одиночные уровни RAID 56

8.3. Составные уровни RAID массивов 60

8.4.Сравнительные результаты 62

9.Системные и локальные шины 63

9.1. Общие положения и требования к шинам 63

9.2. Основные виды, характеристики и параметры шин 64

9.3. Стандарты шин 66

10. Организация системы ввода-вывода в ВМ 70

10.1. Назначение и основные требования к системе ввода-вывода ВМ 70

10.2. Архитектура систем ввода-вывода 71

10.3. Способы выполнения операции передачи данных 72

10.4. Структуры контроллеров ВУ для различных режимов передачи данных 74

11.Программные средства управления вводом-выводом (ПС УВВ) 77

11.1. Состав ПС УВВ 77

11.2. Основные компоненты процедуры управления ввода-вывода общего вида 77

11.3 Состав и реализация устанавливаемого драйвера символьного типа 77

Список литературы 81

ПРИЛОЖЕНИЯ 82