Lections

for Students®

Архитектура

ЭВМ

методическое пособие для сдачи экзамена

27 Экзаменационных вопросов

УДК 54

ББК 22.3

Т81

Методическое пособие для экзамена по АЭВМ: ответы на основные вопросы экзамена.

Автор правок: студент 2 курса ИИиКТ, Кондратюк Кирилл

Общее содержание вопросов взято из лекций О.Л. Полончика, заведующего кафедрой ИТ.

Издание первое

Архангельск

2011

Оглавление

Вопрос 1. Поколения архитектуры ЭВМ. Основные характеристики. 5

Вопрос 2. Области применения и типы ЭВМ. Классификация по быстродействию и областям применения 7

Вопрос 3. Принципы архитектуры Фон-Неймана. 9

Вопрос 4. Пользовательские регистры. Регистры общего назначения. 10

Вопрос 5. Пользовательские регистры. Сегментные регистры. 13

Вопрос 6. Основные характеристики памяти. Адресная, ассоциативная и стековая организация памяти. 15

Вопрос 7. Ассоциативная организация памяти: регистровая косвенная адресация (базовая и индексная) 18

Вопрос 8. Ассоциативная организация: регистровая косвенная адресация со смещением 20

Вопрос 9. СТЕКОВАЯ ПАМЯТЬ 21

Вопрос 10. Динамическая память. Статическая память 22

Вопрос 11. Режимы работы кэш-памяти 23

Вопрос 12. Структура ЭВМ. Назначение и структура процессора 25

Вопрос 13. Системы команд. Классификация процессоров в соответствии с системой команд 28

Вопрос 14. Реальный режим процессора типа ИНТЕЛ 8086. Сегмент, граница параграфа, смещение 29

Вопрос 15. Защищенный режим работы процессора. Таблицы дескрипторов 30

Вопрос 16. Виртуальный режим работы процессора типа ИНТЕЛ 8086 32

Вопрос 17. Прерывания 32

Вопрос 18. Системы ввода-вывода. 35

Вопрос 19. Классификация процессоров. CISC, RISC, VLIW, суперскалярные процессоры, MISC. 38

Вопрос 20. Особенности RISC архитектуры. 42

Вопрос 21. Параллельная обработка. Конвейерная организация. Типы конфликтов. 44

Вопрос 22. Архитектура суперскалярных процессоров. Предварительная выборка команд и предсказание переходов. 47

Вопрос 23. Архитектура ЭВМ с длинным командным словом. 49

Вопрос 24. Процессор IA-64. Особенности построения и работы 50

Вопрос 25-26. Основные классы современных параллельных компьютеров. NUMA, PVP, кластеры. Основные классы современных параллельных компьютеров. MPP, SMP 52

Вопрос 27. Вычислительные системы, классы архитектур. 58

Вопрос 1. Поколения архитектуры эвм. Основные характеристики.

Поколение ЭВМ - все типы и модели вычислительных машин, разработанные разными конструкторами и выпускаемые в разных странах многими фирмами и организациями, но построенные на одних и тех же принципах.

Первое поколение (40-50).

Характерные черты – использование электровакуумных ламп в основных и вспомогательных схемах. Наличие параллельного вычислительного устройства. Разделение памяти на быстродействующую оперативную память ограниченного объема и медленную внешнюю память большего объема (накопители на магнитных барабанах и дисках). Применение перфолент и перфокарт как носителей информации. Характерные недостатки: большая занимаемая площадь, большое количество тепла, выделяемое используемыми лампами. Отсюда проблемы теплоотвода и низкие эксплуатационные характеристики с надежности. Примеры: США – ЕНИАК 1946, ЕДВАК 1950, UNIVAC; СССР – СТРЕЛА, УРАЛ 1, УРАЛ 2, БЭСМ-1.

Второе поколение (50-60).

В 1947 году в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор. Один транзистор = 1 лампа. Элементная база – транзисторы. Быстродействие увеличилось в десятки раз, память в сотни раз. Магнитная лента теперь для ввода и вывода, магнитные диски. Характерной чертой ЭВМ второго поколения – параллелизм в работе отдельных блоков. Одновременная работа нескольких программ и так далее. Появились языки программирования высокого уровня. В СССР ко второму поколению относится «МИР ОДИН», «МИНСК 22», «МИНСК 32», «МИР ДВА», «МАШИНА М-222», «БЭСМ-6». Самая быстродействующая из ЭВМ «БЭСМ-6» - 1М операций в секунду, был организован серийный выпуск. Использовали для решения задач с большим объемом вычислений. Достоинства. Меньше электропотребление. Значительная надежность. Широко используются языки высоко уровня. Резко возросло быстродействие. Машинное время стало дешевле, а использование машин более рентабельным. Недостатки: невозможность сопряжения машин различных классов по локальной и глобальной сети.

Третье поколение.

Основа – микросхемы. В 1969 году было образовано межправительственная комиссия по сотрудничеству стран Болгария, Венгрия, ГДР, Куба, Болгария, Польша, Румыния, СССР, Чехословакия в области вычислительной техники. Сотрудничество охватывало весь цикл. Результат – создание производство и распространение двух унифицированных ЭВМ – ЕС ЭВМ, и систем малых ЭВМ – ЭС ЭВМ. С большим набором периферийных устройств и программных средств. В США была создана система АЙБИЭМ 360.

Четвертое поколение.

В основе этих ЭВМ по настоящая время лежит большая интегральный микросхема. В августе 1981 года АЙБИЭМ объявила о создании первого персонального компьютера. Для использования в бизнесе, школе и дома. Ориентировочная цена 1965 долларов. Рынок оказался весьма выгодным. Устремились тысячи фирм. Тот кто будет продавать компьютеры по более низкой цене, тот победит. Превосходство над соперниками. Что фирма Интел и сделала. Рассказывать не буду.

Пятое поколение

Предполагается 2 существенных отличия. Произойдет переход от обработки данных к обработке знаний. Общение пользователя с ЭВМ будет производиться через интеллектуальный интерфейс. Можно предположить, что особенностями будет применение параллельных структур оптоэлектроники, способность производить не только числовые расчеты, но и обработка смысловой информации. Одним из направлений является создание квантовых компьютеров. Основой создания является теория гильбертово пространства, где один кубит равен 10 в 30 степени.

Основные характеристики:

Быстродействие - характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Имеет смысл характеризовать средним быстродействием ЭВМ, или предельным (для самых «коротких» операций типа «регистр-регистр»). Современные вычислительные машины имеют очень высокие характеристики по быстро­действию, измеряемые сотнями миллионов операций в секунду.

Емкость запо­минающих устройств. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти

Надежность - это способность ЭВМ при определенных условиях выпол­нять требуемые функции в течение заданного периода времени. У каждого прибора свой срок работы. У транзисторов Филлипс – 5 лет, поэтому космические аппараты не могут летать долго.

Точность - возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов обработки в основном оп­ределяется разрядностью ЭВМ.

Достоверность - свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных ре­зультатов.