- •Базовые функции компьютера общего назначения. Взаимодействие компьютера с информационной средой.
- •«Узость» понятия «Архитектура компьютера». Структурная организация компьютера.
- •Уровни организации компьютера.
- •Концепция фон Неймана.
- •Машина фон Неймана: принцип разработки, базовые компоненты.
- •Цикл выполнения команды: состояния; детализированный граф переходов.
- •Архитектура системы команд: основные понятия, свойства, общая характеристика.
- •Команды компьютера общего назначения: основные группы.
- •Команды компьютера общего назначения: компоненты, формат, операционная часть.
- •Символическое представление команды. Критерии выбора формата команд.
- •Адресная часть команды компьютера общего назначения. Варианты реализации.
- •Режимы адресации: непосредственный, прямой, регистровый.
- •Адресация со смещением: общие принципы, относительная адресация, адресация через регистр базы.
- •Стековая адресация: принципы реализации, виды стека, управление стеком, стек-ориентированные операции.
- •Выполнение арифметических операций в компьютере со стековой архитектурой. Полиз.
- •Адресация с индексированием: общие принципы, разновидности.
- •Базовые типы операндов: данные логического типа, строки, адреса.
- •Базовые типы операндов: числа, разрядность основных форматов, размещение в памяти.
- •Данные символьного типа: юникод.
- •Данные символьного типа: общие сведения, принципы кодирования, стандарты ascii и iso 8859, кодовые страницы.
- •Архитектура на основе общей магистрали. Характеристики системной магистрали.
- •Алгоритм функционирования системной магистрали. Взаимодействие устройств.
- •Иерархия магистралей: двух- и трехшинная архитектура.
- •Шинный арбитраж: предпосылки введения, схемы приоритетов.
- •Шинный арбитраж: алгоритмы динамического изменения приоритетов.
- •Централизованный параллельный и многоуровневый арбитраж шины.
- •Централизованный последовательный арбитраж.
- •Децентрализованный арбитраж шин.
- •Опросные схемы арбитража шин.
- •Протокол шины: понятие, виды протоколов. Транзакции синхронной шины.
- •Асинхронные протоколы шины: транзакции, тайм-ауты.
- •Пакетный режим пересылки информации. Конвейеризация транзакций.
- •Расщепление транзакций. Увеличение полосы пропускания шины.
- •Система ввода-вывода: назначение элементов, организация адресного пространства.
- •Детализированные функции модуля ввода-вывода.
- •Структурная организация модуля ввода-вывода.
- •Алгоритм обмена информацией между центральным процессором и внешним устройством.
- •Способы организации ввода-вывода. Программно управляемый ввод-вывод.
- •Команды, используемые при программно управляемом вводе-выводе.
- •Ввод-вывод по прерываниям: принципы, механизм.
- •Методы идентификации устройств, запрашивающих прерывание.
- •Векторные прерывания: принципы реализации, виды.
- •Приоритеты прерываний. Отличие последовательной обработки прерываний от обработки вложенных прерываний.
- •Контроллер прямого доступа к памяти (кпдп): состав и назначение компонентов, инициализация.
- •Алгоритм обмена на основе пдп. Буферизация данных.
- •Варианты реализации механизма пдп. Достоинства и недостатки.
- •Понятия канала ввода-вывода и процессора ввода-вывода.
- •Канальная программа. Управляющее слово канала.
- •Алгоритм функционирования канала ввода-вывода. Способы организации взаимодействия ву с каналом.
- •Режимы канала ввода-вывода.
- •Методы доступа к данным в памяти компьютера.
- •Параметры оценки быстродействия памяти.
- •Иерархическая архитектура памяти компьютера: предпосылки внедрения, принципы реализации и функционирования.
- •Локальность по обращению: виды, использование в архитектурных решениях.
- •Иерархия памяти компьютера: характеристики, описание уровней.
- •Основная память компьютера: назначение, типы запоминающих устройств, способы организации
- •Адресная организация памяти компьютера.
- •Блочная организация памяти: назначение, виды, факторы эффективности применения.
- •Расслоение памяти и чередование адресов: назначение, принцип реализации.
- •Ассоциативная память: логическая организация, функционирование.
- •Логическая и функциональная организация кэш-памяти прямого отображения.
- •Логическая и функциональная организация полностью ассоциативной кэш-памяти.
- •Логическая и функциональная организация множественно-ассоциативной кэш-памяти.
- •Алгоритмы замещения информационных блоков в кэш-памяти: назначение, виды, реализация.
- •Согласование содержимого кэш-памяти и оп. Стратегии записи в кэш-памяти.
- •Многоуровневая кэш-память. Принстонская и гарвардская архитектуры кэш-памяти.
- •Виртуализация памяти компьютеров: предпосылки внедрения, принцип реализации, виды виртуальной памяти.
- •Концепция страничной организации памяти. Взаимодействие виртуальной памяти с кэш-памятью.
- •Ограничения страничной организации памяти. Сегментация памяти.
- •Проблемы динамического распределения памяти при сегментации. Сегментно-страничная организация памяти.
- •Метод колец защиты памяти.
- •Метод граничных регистров памяти.
- •Защита памяти по ключам.
- •Концепция raid: принципы построения массивов дисковой памяти, назначение, способы реализации.
- •Дисковые массивы raid уровней 0, 1, 10: назначение, принципы реализации, свойства.
- •Дисковые массивы raid уровней 5, 6: назначение, принципы реализации, свойства.
- •Многопортовые озу и озу типа fifo.
- •Прерывания: фаза прерывания, поток данных, классы прерываний.
- •Арифметический конвейер: назначение, принципы реализации. Понятие суперконвейера.
- •Конвейерная обработка данных: предпосылки внедрения, принципы реализации, способы синхронизации ступеней.
- •Синхронный конвейер: реализация 6-ступенчатого конвейера, метрики эффективности, оценка выигрыша от внедрения.
- •Виды рисков синхронного конвейера.
- •Методы снижения приостановок конвейера.
- •Risc-архитектура: предпосылки создания, принципы реализации.
- •Risc-архитектура: средства оптимизации использования регистров.
- •Параллелизм уровня команд. Концепция vliw-архитектуры.
- •Суперскалярные компьютеры: принципы построения, структура процессора.
Локальность по обращению: виды, использование в архитектурных решениях.
Локальность по обращению позволяет эффективно реализовывать многоуровневую систему памяти. Принцип локальности в численной форме представляют в виде правила «90/10»: 90% времени работы программы связано с доступом к 10% адресного пространства этой программы.
Существуют три вида локальности:
- пространственная локальность программы: с очень высокой вероятностью адрес очередной команды программы: = следует непосредственно за адресом, по которому была считана текущая команда; = расположен вблизи него.
- пространственная локальность данных: обрабатываемые данные, как правило, структурированы, и такие структуры обычно хранятся в последовательных ячейках памяти.
- временная локальность данных: программы содержат множество небольших циклов и подпрограмм. Небольшие наборы команд могут многократно повторяться в течение некоторого интервала времени.
Программу представляют в виде последовательно обрабатываемых фрагментов – компактных групп команд и данных (кластеров).
Помещая такие фрагменты в более быструю память, можно существенно снизить общие задержки на обращение:
- команды и данные, будучи один раз переданы из медленного ЗУ в быстрое, затем могут использоваться многократно;
- среднее время доступа к ним в этом случае определяется уже более быстрым ЗУ.
К архитектуре иерархической системе: локальность по обращению позволяет хранить программы и данные в дешевых емких ЗУ, а в процессе обработки активно использовать дорогую, быструю память малой емкости.
Иерархия памяти компьютера: характеристики, описание уровней.
Характеристики эффективности уровней памяти:
- коэффициент попаданий (hit rate) – отношение числа обращений к памяти, при которых произошло попадание, к общему числу обращений к ЗУ данного уровня иерархии;
- коэффициент промахов (miss rate) – отношение числа обращений к памяти, при которых имел место промах, к общему числу обращений к ЗУ данного уровня иерархии;
- время обращения при попадании (hit time) – время, необходимое для поиска нужной информации в памяти верхнего уровня, плюс время на фактическое считывание данных;
- потери на промах (miss penalty) – время, требуемое для замены блока в памяти более высокого уровня на блок с нужными данными, расположенный в ЗУ следующего (более низкого) уровня; включает в себя:
= время доступа (access time);
= время пересылки (transfer time).
Характеристики уровней иерархии памяти:
- размещение блока – как выделяется место для блока с нижнего уровня;
- идентификация блока – поиск блока на примыкающем сверху уровне;
- замещение блока – выбор блока, замещаемого при промахе (для освобождения блока);
- согласование копий (стратегия записи) – обеспечение согласованности копий одних и тех же блоков, расположенных на разных уровнях (при записи на более высоком уровне).
Обычно иерархия представлена такими уровнями памяти:
1. Регистры ЦП – СверхОЗУ, СОЗУ – очень быстрые, минимальные по емкости; обычно количество регистров невелико.
2. Кэш-память (может быть представлена несколькими уровнями; обозначается Li, где i = номер уровня) – меньше по емкости, чем ОП, но быстрее.
3. ОП
4. Дисковая кэш-память
5. Магнитные диски, RAID
6. Оптические диски
7. ЗУ на магнитных лентах