Lek2013 / lek1
.docЛекция 1
№3 Поколения ВС
В истории развития вычислительных систем можно выделить 5 этапов. Появление нового поколения ВС было связано с появлением новой элементной базоы.
-
нулевое поколение – механические машины
Недостаток: малое быстродействие отсутствие программного управления.
-
Первое поколение 1945-1955 (лампы)
Достоинство – гораздо большее быстродействие, по сравнению с нулевым поколением.
Недостаток: большое потребление энергии.
Первый компьютер ENIAC содержал 18000 ламп и весил 30 тонн. Программа задавалась по средствам коммутации связей между элементами.
Фон Найман предложил другой подход - хранить программу в памяти, вместе с данными, в одном адресном пространстве.
В фон-неймановской архитектуре не делается принципиальных различий между кодом и данными, при этом код может быть модифицирован вместе с данными.
(Это дает возможность писать полиморфные программы- когда программа модифицирует сама себя).
Схема фон-неймановской ВС:
-
Второе поколение 1955- 1965 (транзисторы)
Достоинство – меньшее потребление и габариты
В этот период появляется серийное производство.
(Модель PDP-1 фирмы DEC).
Появилась архитектура с общей шиной (Модель PDP-8 фирмы DEC).
Шина – это набор параллельно соединенных проводов для связи компонентов компьютера.
Компьютер с общей шиной:
-
Третье поколение. (Интегральные схемы) 1965 – 1980
Интегральная схема позволяет объединить в одном кристалле и в одном корпусе множество транзисторов.
Появились семейства ЭВМ. Более дешевые компьютеры за счет микропрограмм эмулировали работу более сложных ЭВМ, но работали медленнее.
-
Четвертое поколение. (СБИС) 1980-2000
Появился ПК, т.к. цена, габариты, масса уменьшились.
5)Пятое поколение – появились системы на кристалле – когда в одной микросхеме объединяеются процессор память блоки цифровой обработки сигнала, контроллеры ввода /вывода.
№4 Классификация ВС по назначению и области применения
-
Встраиваемые вычислительные системы
Строятся обычно на основе микроконтроллеров и являются неотъемлемой частью прибора, станка, или автомата (например торгового автомата).
Микроконтроллеры имеют недостатки: Малый объем памяти, невысокое быстродействие
Достоинство: малое энергопотребление, габариты, стоимость
-
игровые ВС
Характеризуются узкой областью применения.
-
ПК
Невысокая стоимость, неплохая производительность.
-
Серверы
Тоже что и ПК, но более дорогие и соответственно производительные
-
Кластерные ВС
Набор стандартных ПК объединенных через локальную сеть для решения одной вычислительной задачи. Кластерные системы требуют разработки параллельных алгоритмов, что усложняет программирование.
Число компьютеров от 10 до 10000
-
Мэйнфреймы
Значительно дороже кластерных ВС. Более производительны за счет лучшей коммуникационной среды.
№2 Уровни абстракции в представлении ВС
Электронные схемы компьютера могут выполнять только ограниченный набор команд, (такие как сложить два числа, проверить значение на ноль, копировать ячейку памяти). Набор таких команд для конкретного процессора называется машинным языком.
Обычно машинные языки примитивны и неудобны для непосредственного использования человеком. Для преодоления этого ограничения вводят многоуровневую организацию ВС. Каждый новый уровень вносит большую степень абстракции и использует нижележащий.
№13Тема: Цифровой логический уровень
Внизу структурной иерархии архитектуры вычислительной системы находиться цифровой логический или иначе аппаратный уровень.
Иерархия: 1) цифровой 2) микро архитектура 3) набор команд 4) ОС 5) ассемблер 6) языки высокого уровня
Есть два типа электронных схем аналоговые (сигнал может иметь бесконечное множество значений) и цифровые схемы (два значение лог 1 = +3-+5В и лог 0 = 0-+0,4 В.
Цифровые схемы состоят из вентилей. Вентили реализуют базовые логические функции – HE, ИЛИ, И, ИЛИ – НЕ, И- НЕ.
Цифровые схемы реализуются на транзисторах. Биполярный транзистор представляет из себя полупроводниковый прибор с тремя выводами: коллектор, база, эмиттер.
Работа транзистора: когда напряжение База-Эммитер мало – транзистор закрыт. При превышении некоторого порога – транзистор открыт и пропускает ток от эмиттера к коллектору.
Схема НЕ, И-НЕ, ИЛИ – НЕ
В общем случае число входов может быть больше двух.
Обозначение вентиля на схеме:
Описание логических схеме можно выполнить при помощи булевой алгебры. Булева функция от n переменных имеет 2^n комбинаций на входе и может быть описана при помощи таблицы (таблица истинности).
Пусть задана таблица значений булевой функции
|
X0 |
X1 |
X2 |
Y |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
По заданной таблице можно легко составить булеву функцию в виде суммы произведений аргументов. Каждый член этой суммы будет соответствовать единичному значению функции.
Имея булево выражение можно составить цифровую схему устройства состоящую из набора логических элементов НЕ, ИЛИ , И.
Пример схемы:
Одну и ту же Булеву функцию можно реализовать при помощи разных схем:
Пример: M=AB+AC
Получим схему
Используем дистрибутивный закон (выносим А за скобки)
M=AB+AC=A(B+C)
Получим схему
Вторая схема более предпочтительна, так как использует только два логических элемента с двумя входами вместо трех логических элементов в первой схеме.
#Минимизация логических функций
Используя теоремы булевой алгебры можно выполнять математические преобразования, целью которых будет упрощение исходной функции.
Булева алгебра представляет из себя набор аксиом и теорем.
Аксиомы:
Теоремы для одного аргумента
Теоремы для двух аргументов
Минимизация основана на использовании выражения
Где P – любое выражение
и B+B=B
Рассмотрим пример
Здесь можно объединить первый член суммы и последний
Второй и последний
Третьий и последний
Но если воспользоваться теоремой независимости
B+B=B
То можно записать
По данной функции можно составить цифровую схему из трех логических элементов И с двумя входами и одного элемента ИЛИ с тремя входами.
Задание – самостоятельно нарисовать схему.
Пример 2:
|
X0 |
X1 |
X2 |
X3 |
y |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
(объединяем первый член с четвертым)
(объединяем второй член с последним)
