Архитектура ЭВМ. Учебное пособие (лабораторный практикум)

-число линков НТ, поддерживаемых одним процессором, воз- растает с трех до четырех;

-появляется возможность так называемого расщепления линков, при котором один линк разделяется на два, каждый из которых с вдвое меньшей ПСП. Таким образом, число линков увеличивается до восьми, что позволяет организовать многопроцессорную систему

со связью процессоров каждый к каждому с числом процессоров до восьми;

-новые процессоры, поддерживающие НТ2, будут совместимы сверху вниз с системным окружением (материнская плата) старого образца, поддерживающим НТ, но при этом будут поддерживать лишь старый протокол НТ.

Архитектура CSI

Разработана Intel. По своим архитектурным решениям совпадает с архитектурой НТ, но прямо не совместима с НТ. Появилась пер- воначально в системах с процессором Itanium и серверных Х86 си- стемах Intel (2008 год), а затем и в других системах (начиная с

2010).

Архитектура Deep

Deep – название научно-исследовательского проекта компании IBM. Одна из разработок центра, разработка новой архитектуры многопроцессорного вычислителя, реализующей свойства сильно- связанных вычислительных систем, но при числе процессоров, зна- чительно превышающем число процессоров в современных сильно- связанных системах.

Основные черты:

-каждый процессор имеет собственное ОЗУ для хранения ло- кальных данных;

-между процессорами устанавливаются связи с использованием относительно небольшого числа высокоскоростных низколатент- ных шин, подобных НТ;

-в отличие от НТ, распределение линков между процессорами гибкое, т. е. способ соединения процессоров зависит от решаемой задачи и может изменяться по ходу решения задачи;

-системное окружение обеспечивает требуемую перекоммута- цию процессоров.

71

Недостатки:

–сложность организации системного окружения, обеспечиваю- щего перекоммутацию линков;

–принципиально не решены еще некоторые научные вопросы, связанные с оптимизацией графа межпроцессорной связи.

Применение: Построены и испытываются несколько поколений системы Deep. Deep Blue известна тем, что выиграла шахматный матч у Г. Каспарова. Некоторые разработки предполагают до 64 000 процессоров в системе в целом и до 1 000 процессоров в кусте.

Оборудование и материалы

Для выполнения лабораторной работы необходим персональный компьютер со следующими характеристиками:

-процессор Intel Celeron G1850 OEMс,

-оперативная память не менее 512 Мбайт,

-свободное дисковое пространство не менее 320 Гбайт,

-устройство для чтения компакт-дисков, монитор типа Super

VGA (число цветов 256) с диагональю не менее 17².

Программное обеспечение – операционная система WINDOWS XP, пакет MathCAD, MicroSoft Office.

Указания по технике безопасности

См. Лабораторная работа 1.

Задания к лабораторной работе

Задание 1. Как согласно классификациям, описанным в преды- дущей работе, возможно классифицировать каждую из представ- ленных архитектур многопроцессорных ЭВМ?

Задание 2. Какая из архитектур в наибольшей степени соответ- ствует идеям сильносвязанной многопроцессорной системы?

Задание 3. Почему развитие многоядерных процессоров снижает шансы на применение в будущем архитектур, использующих об- щую шину?

Задание 4. Подумайте, почему создание сильносвязанной много- процессорной ЭВМ затруднено в рамках канонических архитектур, и почему в ЭВМ проекта Deep используется перекоммутация линков?

72

Содержание отчета и его форма

Отчет по лабораторной работе должен включать:

1)название лабораторной работы;

2)ответы на контрольные задания;

3)формулировки индивидуального задания и порядка его вы- полнения.

Отчет о выполнении лабораторной работы в письменном виде сдается преподавателю.

Контрольные вопросы

1.Многопроцессорная архитектура AMP. Общая характеристика.

2.Охарактеризуйте многопроцессорную архитектуру SMP.

3.Опишите двухшинную SMP-архитектуру.

4.Дайте характеристику S-matrix многопроцессорной ЭВМ.

5.Многопроцессорная архитектура HyperTransport (HT).

6.Приведите структурные схемы HyperTransport.

7.Каковы перспективы развития архитектуры HyperTransport?

8.Общая характеристика архитектуры CSI.

9.Охарактеризуйте архитектуру Deep.

Литература по данной теме

Основная: 1, 2, 3, 5, 6,

Дополнительная: 2, 4, 3, 6, 12.

73

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Максимов Н. В., Партыка Т. Л., Попов И. И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: учебник. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. 512 с.

2.Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуни- кации: учебник для вузов. СПб.: Питер, 2010. 704 с.

3.Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5 изд-е. СПб.: Питер, 2012. 848 с.

4.Воеводин В. В. Параллельные вычисления: учебное пособие для вузов. СПб.: БХВ-Питербург, 2011. 608 с.

5.Гук М. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. СПб.: Питер,

2012. 480 с.

6. Гук М. Шины PCI, USB и FireWire: Энциклопедия. СПб.: Пи-

тер, 2010. 544 с.

Дополнительная

1.Цилькер Б. Я., Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем: учеб- ник для вузов. СПб.: Питер, 2006. 668 с.

2.Пятибратов А. П., Гудыно П. П. Вычислительные системы, се- ти и телекоммуникации. М.: Финансы и статистика, 2007. 376 с.

3.Гордеев А. В. Операционные системы: учебник для вузов. 2-е

изд. СПб.: Питер, 2007. 416с.

4.Информатика: Базовый курс: учеб. пособие / под ред. С. В. Си- моновича. СПб: Питер,2001. – 640с.

5.Гук М. Аппаратные средства локальных сетей: энциклопедия.

СПб: Питер, 2001.

6.Танненбаум Э. Современные операционные системы. 2-е изд.

СПб.: Питер, 2006. 1038 с.

7.Дроздова В. И. Физические основы записи и хранения инфор- мации: учеб. пособие / М-о РФ. СевКавГТУ. Ставрополь: СевКавГ-

ТУ, 2004. 125 с.

8.Могилев А. В. Информатика: учеб. пособие / под ред. Е. К. Хен- нера. 2-е изд. М.: Академия, 2003. 816 с.

9.Мезенцева О. С. Информатика и программирование: учеб. пособие (курс лекций). Ч. 2 / Мин-во образования и науки РФ, ГОУ ВПО СевКавГТУ. Ставрополь: Издательство СевКавГТУ, 2006. 105 с.

74

10.Велихов В. А., Сафронов К. С., Леонтьев Б. К. Компьютер- ные сети: уч. пособие по администрированию локальных и объеди- нённых сетей. 3-е изд., испр. и доп. М.: ЗАО Новый Издательский Дом, 2005. 304 с.

11.Карпов В. Е., Коньков К. А. Основы операционных систем: уч. пособие (курс лекций) / под ред. В. П. Иванникова. М.: ИНТУИ-

РРУ, 2005. 536 с.

12.Танненбаум А., Вудхолл А. Операционные системы: разра- ботка и реализация (+CD). Классика CS. СПб.: Питер, 2006. 576 с.

75

ПРИЛОЖЕНИЕ

Перечень задач для проверки уровня усвоения компетенций

Задача 1. Код образован следующими кодовыми комбинациями:

К(1) = 00110011 К(2) = 11001100 К(3) = 11111111 К(4) = 11111100

Определить корректирующие способности кода, показать, как добавлением дополнительных разрядов они могут быть улучшены.

Задача 2. Требуется код, обеспечивающий корректирующие способности не ниже Кк = 1, Ко = 4. Предложите три комбинации, которые могли бы быть использованы в таком коде в качестве раз- решенных.

Задача 3. Определить, может ли код с общим числом разрядов

12(из них 4 корректирующие) исправлять однократные ошибки. Задача 4. Определить, может ли код с общим числом разрядов

12(из них 9 информационных) исправлять однократные ошибки.

Задача 5. Закодировать в код Хенмэна комбинацию

К(х) = 11110000.

Задача 6. Закодировать в код М-Хенмэна комбинацию К(х) = 11110000.

Задача 7. Декодировать из кода Хенмэна комбинацию В(х) = 111100001000.

Задача 8. Декодировать из кода Хенмэна комбинацию В(х) = 111100001000.

Задача 9. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Вероятность их появления в сообщении: Р(А) = 0,4, Р(Б) = 0,3, Р(В) = 0,2, Р(Г) = 0,1. Сколько символов необходимо передать, что- бы передать не менее 100 бит полезной информации? Какова абсо- лютная и относительная избыточность сообщения?

Задача 10. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Вероятность их появления в сообщении: Р(А) = 0,4, Р(Б) = 0,3, Р(В) = 0,2, Р(Г) = 0,1. Передано 200 бит полной информации.

76

Сколько символов передано? Какова абсолютная и относительная избыточность сообщения?

Задача 11. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Вероятность их появления в сообщении: Р(А) = 0,4, Р(Б) = 0,3, Р(В) = 0,2, Р(Г) = 0,1. Абсолютная избыточность сообщения равна 100 бит. Сколько символов передано? Сколько полезной информа- ции передано? Какова относительная избыточность сообщения?

Задача 12. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 200 символов. Абсолютная избыточность со- общения равна 100 бит. Сколько полной информации передано? Сколько полезной информации передано? Какова относительная избыточность сообщения?

Задача 13. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 200 символов и 100 бит полезной информации. Какова абсолютная и относительная избыточность сообщения? Сколько полной информации передано?

Задача 14. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 100 бит полезной и 200 бит избыточной ин- формации. Сколько полной информации передано? Какова относи- тельная избыточность сообщения? Сколько символов передано?

Задача 15. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 200 символов информации при относительной избыточности 0,5. Какова абсолютная избыточность сообщения? Сколько полной информации передано? Сколько полезной инфор- мации передано?

Задача 16. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 100 бит полезной информации при относитель- ной избыточности 0,5. Сколько полной информации передано? Сколь- ко избыточной информации передано? Сколько символов передано?

Задача 17. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 100 бит полной информации при относитель- ной избыточности 0,5. Сколько символов передано? Сколько полез- ной информации передано? Сколько избыточной информации пере- дано?

Задача 18. При передаче сообщения используются символы А, Б, В, Г. Передано 100 бит Избыточной информации при относитель- ной избыточности 0,5. Сколько полной информации передано? Сколько символов передано? Сколько полезной информации передано?

77

Задача 19. Определить коэффициент сжатия, при минимальном равномерном кодировании по сравнению с семибитовым кодом, для сообщения «Round midnight».

Задача 20. Закодировать в код Шеннона – Фано сообщение «Мама мыла раму».

Задача 21. Декодировать из кода Шеннона – Фано сообщение В(х) = 1010010011011101111000110001, если задана кодовая таблица

Задача 22. Найти определяющие быстродействие параметры для следующих видов памяти: SDRAM PC133, DDR-333, RAMBUS-800

при двух каналах.

Задача 23. Требуется память с параметрами не ниже следующих: производительность 3 000 MB/s; время доступа случайного 30 ns. Определить необходимую частоту памяти DDR.

78

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ……………………………………………………... 3

Лабораторные работы 1. Изучение информационных характеристик сообщений …… 6

2.Исследование методов неразрушающего сжатия информа- ции. Простейшие методы неразрушающего сжатия ……….. 10

3.Исследование методов неразрушающего сжатия информа- ции. Минимальное неравномерное кодирование ………….. 15

4.Исследование методов разрушающего сжатия информации. Основные приемы и алгоритмы разрушающего сжатия ….. 20

5.Исследование основ построения ОЗУ. Классификация и цикл доступа к памяти………………………………………... 26

6.Исследование основ построения ОЗУ. Специальные схемы памяти………………………………………………………….. 32

7.Исследование основ построения ОЗУ. Пользовательские

характеристики подсистемы памяти………………………… 36

8.Исследование компьютерных сетей и систем телеобработки ... 43

9.Изучение мультипроцессорных систем. Основные понятия

иклассификация ……………………………………………… 53

10.Изучение мультипроцессорных систем. Основные совре- менные архитектурные реализации ……………………….. 62

Литература………………………………………………………... 74 Приложение………………………………………………………. 76

79

Учебное издание

АРХИТЕКТУРА ЭВМ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ (Лабораторный практикум)

Авторы-составители:

Крахоткина Елена Васильевна Терехин Владимир. Иванович

Редактор, технический редактор Н. Б. Копнина Компьютерная верстка Ю. Г. Ибрагимова

Отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе Северо-Кавказского федерального университета

г. Ставрополь, пр-т Кулакова, 2

80