1.) ВС (Вычислительная система) – набор компьютерного оборудования, содержащего центральную часть и переферию.

ВС используют для управления технологическим процессом в реальном масштабе времени. От ВС требуется много: большое быстродействие, высокий уровень надежности, чрезвычайная оперативность.

Телекоммуникационные

системы

(ТКС) – ВС – Центральная Часть – Центральный

Процессор

Переферийные

Устройства Оперативная

Память

Основные принципы организации ЭВМ и ВС:

1. Однообразие представления программ и данных (в виде чисел или кодов)

2. Принцип хранения программ (и программы и данные хранятся в единой памяти – оперативной)

3. Линейная организация памяти (машинные слова хранятся последовательно в виде одномерного массива)

4. Последовательное выполнение (команды извлекаются из памяти и выполняются последовательно друг за другом)

5. Семантическая (смысловая) неразличимость кода (внутри нет информации, данные это или исполняемая программа)

6. Электронная реализация схемы и техники (ЭВМ должна быть электронная)

2.) Архитектура – общие принципы построения ЭВМ без вникания в подробности реализации (совокупность свойств аппаратуры, влияющая на процесс выполнения программы).

Микро архитектура – внутренняя реализация программной модели.

Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Совместное функционирование взаимосвязанных между собой элементов , представляемое совокупностью физических процессов, приводит к реализации заданных функций ЭВМ, т. е. к вычислениям на основе алгоритмов.

Организация ЭВМ содержит 7 уровней:

1. Физический уровень – описание физических процессов

2. Схемо - технический: логическое описание эл-тов и узлов (логика устройств)

3. Микропрограммный: может вообще отсутствовать. Микропрограмма – посл-сть действий, кот комп выполняет для любой прогр

4. Уровень машинного языка: определяется набор команд, кот могут быть выполнены

4,5. ОС (операционная система): промежуточный уровень, связывает аппаратные и программные средства.

5. Язык Assembler: машинный язык, позволяет делать с машиной практически все.

6. ЯПВУ(язык программирования высокого уровня): на этом языке работает пользователь (разработка приложений)

7. Концептуальный уровень: представляется задача.

Данная структура согласуется с принципами Фон Неймана.

3.) Принцип программного управления может быть реализован многими способами, как кардинально различными, так и различными фрагментарно. Один из принципов реализации программного управления был предложен Джоном Нейманом в 1945 году и этот принцип стал основополагающим для построения всех типов компьютеров. В основе неймановского принципа лежит представление алгоритмов в виде операторных схем.

Неймановский принцип программного управления состоит в следующем:

1. Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы информации, называемые словами. Различные слова разделяются не способами кодирования, а способами использования.

2. Слова размещаются в ячейках памяти компьютера и идентифицируются номерами ячеек, которые определяют адрес слова.

3. Алгоритм представляется как последовательность управляющих слов, называемых командами (инструкциями). Команда определяет наименование операции и слова, участвующие в операции в качестве операндов и результатов. Алгоритм представляется в виде терминов машинных команд, называемых программой.

4. Выполнение программы сводится к последовательному выполнению команд в порядке, определяемом самой программой.

Классическая архитектура Фон Неймана

Устройство Управления

А рифметическо - логическое устройство Оперативная Память

Устройство Ввода – Вывода

Одиночные стрелки – связь по управлению, двойные – связь по данным, пунктирные – первоначально такой связи не было, потом УВВ стало напрямую общаться с ОП.

Волна посередине – узкое место архитектуры Фон Неймана.

4.) CISC и RISC архитектуры, их основные особенности.

В зависимости от того на что делает акцент производитель (на аппаратные возможности или на программные), современную микропроцессорную технику можно разделить на два класса - RISC и CISC процессоров.

В RISC процессорах реализован неполный набор инструкций. Это значит процессор имеет несколько однородных в функциональном плане регистров и его набор инструкций состоит из простейших операций арифметического преобразования и загрузки/выгрузки в память. Даже самая простейшая программа использует почти все инструкции процессора. Такой подход уменьшает стоимость системы и вместе с тем создает трудности для программиста.

В CISC процессорах набор инструкций очень универсальный и позволяет реализовывать алгоритмы высокой сложности минимальным количеством инструкций, что облегчает программирование и в то же время повышает стоимость оборудования. Самым ярким представителем класса CISC процессоров является семейство 80x86 процессоров.

5.) Понятие архитектуры набора инструкций.

Алгоритм представляется как последовательность управляющих слов, называемых командами (инструкциями). Команда определяет наименование операции и слова, участвующие в операции в качестве операндов и результатов. Алгоритм представляется в виде терминов машинных команд, называемых программой.

6.) Назначение и последствия введения индексного регистра.

Индексный регистр – оборудование преобразования адресов. Появился на ЭВМ 2-ого поколения. Ранее для преобразования адресов нужно было наложить маску и произвести сложение в цикле (РПИ – ручное программное индексирование). РПИ требовало длительного выполнения и расхода памяти на маски.

Индексный регистр загружается инкрементными значениями (аналогично регистру IP, кот увеличивается на длину команды).

Последствия введения индексного регистра:

1. Увеличение производительности

2. Возможность создания защищенных областей памяти, кот нельзя изменять (хорошо при мультипрограммном режиме).

3. Возможность хранения программ в ПЗУ (пост запоминающ устрой-во).

4. Появился таймер (учитывание время ЭВМ для успешной синхронизации устройств друг с другом)

7.) Память аналогична одномерному массиву, к ней обращаются по адресату.

1 N

С

bb……………………………………b

лово:

b - 0 или1 бит

N- количество битов, определяющих длину слова. Биты называют разрядами слова. Кроме бита

в качестве единицы информации используют байт, состоящий из 8 бит.

Память – это склад для хранения данных, в котором ячейки нумеруются натуральными числами 0,1,2,3….Е-1 , где Е –емкость памяти. Чтобы записать слово или прочитать его необходимо указать адрес ячейки А (место, где хранится слово). Команды имеют определенную адресную структуру.

b…..bb……b………………b……..b

Код оп адрес 1 адрес К

области области

участв участв

в опер в опер

К од операции определяет наименование операции, исполняемой компьютером. Обычно команда представляется в следующем виде:

Это выражение определяет структуру команды. КО указывает на одну из 2 команд. Адреса А_1,,…А_к являются адресами операндов. Основные команды реализуются в следующем виде:

[А₁]*[А₂][А₃]

Содержимое ячеек [А₁][А₂][А₃]

Операция, определяемая КО *

Операция присваивания 

При использовании операции перехода, в адресной части которой указываются адреса последующих команд. Выбор направления перехода определяется признаком результата:

П оложительный или отрицательный результат. Чаще всего тип команды и тип данных неотделимы друг от друга и имеют вид двоичного слова:

Процесс вычисления по заданной программе состоит в последовательном выполнении команд.

Первая выполняемая команда задана начальным адресом. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе текущей команды. А, А+1, А+2,…………

Команда перехода определяет адрес следующей команды принудительно.

Процесс вычисления по заданной программе состоит в последовательном выполнении команд.

Первая выполняемая команда задана начальным адресом. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе текущей команды. А, А+1, А+2,…………

Команда перехода определяет адрес следующей команды принудительно.

Эволюция подсистемы формирования исполнительных адресов.

8.) Архитектура подсистемы ввода-вывода типа "общая шина".

Устройства ввода/вывода используются для обмена информацией с человеком или передачи данных. Ввод/вывод инициализируется процессором в соответствии с кодом операции. Операция ввода/вывода иначе называется операцией чтения/записи данных.

К операциям ввода/вывода относятся все операции, управляющие работой ВУ и обеспечивающие передачу данных между ВУ и ОП.

Операции в/в распространяются и на внешние ЗУ и на устройства в/в и образуют один класс внешних (периферийных) устройств компьютера.

Структура компьютера с общей шиной:

Процессор

ОП

ВУ

К

ВУ

К

КОШ

ОШ

КОШ – обеспечивает мультиплексный режим передачи данных.

ОШ – содержит шину адреса, по которой передаются адреса ячеек ОП и ВУ. ШД, по которой передаются слова, ШУ, по которой передаются запросы на передачу данных, тип передачи (запись/чтение) и так далее.

ОШ –обслуживает запросы под управлением контроллера ОШ (КОШ) в мультиплексном режиме.









t₀ t

ВУ ВУ ВУ ВУ

При этом пропускная способность шины разделяется между многими, параллельно работающими устройствами. Процесс разделения шины называется мультиплексированием.

Контроллеры ВУ сложнее, чем система с ПУИ, однако процессор только инициирует операции ввода/вывода, но не принимает участие в обслуживании в/в, поэтому пропускная способность ОШ выше, чем системы с ПУИ.

Длина ОШ обычно ограничена одним метром.

9.) История развития ЭВМ. Понятие поколения ЭВМ. Характеристика ЭВМ 1-го поколения.

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно — сразу же, как только люди стали продавать и покупать товары. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д.

Первая ЭВМ (электронная вычислительная машина) заработала в 1945 г. Электронный интегратор и вычислитель (ЭНИАК) – так назвали первую ЭВМ ее создатели инженеры Маучли и Эккерт. Строилась машина при Пенсильванском университете (США) в обстановке глубокой секретности.

В последующий период до 1955 г. происходило становление вычислительной техники. В это время определялись основные принципы организации ЭВМ. Затем с периодичностью 5-7 лет происходит переход к ЭВМ принципиально новых типов , использующих более совершенную элементную базу, имеющих новую структуру, расширяющую их возможности и обеспечивающие большие удобства при работе с ним человека. В связи с этим появилось понятие поколения ЭВМ.

1 Поколение (середина 40-х – начало 50-х)

Строилась на вакуумных полупроводниковых базах. Вакуумные проводниковые базы – электронные лампы, диоды, триоды. Использовались для решения вычислительных задач (2-3 тыс операций).

Монопольный доступ (персональное ЭВМ), решает одну задачу в один момент времени.

Носители информации – перфокарты, позднее – перфолента. Быстродействие – 2-3 тыс операций в секунду. Недостаток – низкая надежность (отказ после 5-7 часов работы), большие габориты (большой зал или маленькое здание), требовалась система охлаждения (вентиляция). Операционная система для каждой машины своя. Программное обеспечение (ПО) только начинает разрабатываться. Программа представляла собой стопку перфокарт, кот закладывались в приемник.

10.) Характеристика ЭВМ 2-го поколения