03.01.2025

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Ордера Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет «Радио и телевидение»

Кафедра «Радиотехнические системы»

УДК 004.09

Реферат

по дисциплине "Введение в информационные технологии"

на тему:

"Устройство и эволюция ЭВМ"

Проверил:

Руководитель НИР,

д–р техн. наук ______________________________________К.Ю.Рюмшин

Москва 2025

Список исполнителей

Студент 1 курса БИК2401 ф-т «РиТ» _________________А. И. Лебедева

Студент 1 курса БИК2401 ф-т «РиТ» __________________М. С. Павлов

Студент 1 курса БИК2401 ф-т «РиТ» __________________И. Н. Захаров

Студент 1 курса БИК2401 ф-т «РиТ» __________________М. Г. Холопов

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭВМ 8

1.1 Принципы фон Неймана 8

1.1.1 Двоичное кодирование информации 8

1.1.2 Память с линейно-адресной организацией 9

1.2 Основные компоненты ЭВМ 9

1.2.1 Процессор 9

1.2.2 Память 10

1.2.3 Устройства ввода-вывода (УВВ) 10

2 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ ЭВМ. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР 11

2.1 Основные функции ЦП 11

2.1.1 Выполнение команд 11

2.1.2 Управление данными 12

2.1.3 Синхронизация 12

3 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР 13

3.1 Примеры процессоров 13

3.2 Особенности 14

3.2.1 Широкий спектр задач 14

3.2.2 Многоядерность 14

3.2.3 Многозадачность 14

3.3 Технологии, используемые в современных процессорах 14

3.3.1 Гиперпоточность (Hyper-Threading) 15

3.3.2 Turbo Boost 15

3.3.3 Кэш-память 15

4 ГРАФИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР (GPU) 16

4.1 Примеры GPU 16

4.1.1 NVIDIA GeForce 16

4.1.2 AMD Radeon 16

4.2 Особенности 17

4.2.1 Параллельные вычисления 17

4.2.2 Использование в играх и профессиональных приложениях 17

4.2.3 Ускорение задач 17

4.3 Технологии, используемые в современных GPU 18

4.3.1 Ray Tracing 18

4.3.2 DLSS (Deep Learning Super Sampling) 18

4.3.3 CUDA и OpenCL 18

5 ПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ 19

5.1 Цифровой сигнальный процессор (DSP, ЦСП) 19

5.1.1 Применение 19

5.1.2 Особенности 19

5.2 Специализированные интегральные схемы (ASIC) 20

5.2.1 Применение 20

5.2.2 Особенности 20

5.3 Процессоры для искусственного интеллекта 20

5.3.1 Тензорные процессоры (TPU, Tensor Processing Unit) 21

6 ARITHMETIC LOGIC UNIT (ALU) – АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО 22

6.1 Структура и работа ALU 22

6.1.1 Регистры 22

6.1.2 Арифметические операции 22

6.1.3 Логические операции 23

7 CONTROL UNIT (CU) - УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ 24

7.1 Функции CU 24

7.1.1 Декодирование инструкций 24

7.1.2 Управление потоками данных 24

7.1.3 Синхронизация 24

8 РЕГИСТРЫ 25

8.1 Типы регистров 25

8.1.1 Регистры общего назначения 25

8.1.2 Специальные регистры 25

9 КЭШИРОВАНИЕ 26

9.1 Уровни кэша 26

9.1.1 Кэш 1-го уровня 26

9.1.2 Кэш 2-го уровня 26

9.1.3 Кэш 3-го уровня 27

10 32-БИТНЫЕ И 64-БИТНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ 28

10.1 32-битные процессоры 28

10.2 64-битные процессоры 28

11 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ 30

11.1 DRAM (Dynamic Random Access Memory) 30

11.2 SDRAM (Synchronous DRAM) 30

11.3 DDR RAM (Double Data Rate) 30

11.4 LPDDR (Low Power DDR) 30

11.5 GDDR (Graphics DDR) 31

11.6 ECC RAM (Error-Correcting Code RAM) 31

12 МОДУЛИ ПАМЯТИ 32

13 ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМАЯ ПАМЯТЬ 33

13.1 Флеш-память 33

13.1.1 ROM 33

14 ЭНЕРГОЗАВИСИМАЯ ПАМЯТЬ 34

14.1 Примеры энергозависимой памяти 34

15 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ ЭВМ. ШИНЫ СЕМЕЙСТВА PCI 35

15.1 Спецификация шины PCI 35

16 АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 36

16.1.1 Устройства управления (УУ) 36

16.1.2 Каналы обмена информацией 36

16.1.3 Процессоры 36

17 КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ФЛИННУ 37

18 КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ХОКНИ 38

19 КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ФЕНГУ 39

20 КЛАССИФИКАЦИЯ ХЕНДЛЕРА 40

21 КЛАССИФИКАЦИЯ СКИЛЛИКОРНА 41

22 ЭВОЛЮЦИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ШИН ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ 42

23 ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ВЗУ) 53

23.1 Примеры ВЗУ 53

23.1.1 Накопители на магнитной ленте 53

23.1.2 Накопители прямого доступа 55

23.1.3 Карты памяти 55