- •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.
Дисковые массивы raid уровней 0, 1, 10: назначение, принципы реализации, свойства.
RAID0 – Striped Disk Array without Fault Tolerance – дисковый массив без отказоустойчивости. Свойства: наиболее эффективное использование дискового пространства, максимальная производительность, простота реализации, минимальные затраты, абсолютная незащищенность данных.
RAID1 – Mirroring – дисковый массив с дублированием («зеркалирование»). Свойства: высокая степень готовности системы, невысокая скорость передачи данных, высокая стоимость. Обычно: хранение загрузочных разделов, системного ПО.
RAID10 = RAID 1 + RAID 0 = страйп зеркал.
Дисковые массивы raid уровней 5, 6: назначение, принципы реализации, свойства.
RAID 5 - Independent Data disks with distributed parity blocks (отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью). Свойства:
(+)высокая скорость записи данных;
(+)достаточно высокая скорость чтения данных;
(+)высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения/записи данных;
(+)малые накладные расходы;
(-)низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;
(-)достаточно сложная реализация;
(-)сложное восстановление данных.
RAID 6 - Independent Data disks with two independent distributed parity schemes (отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности) – для каждого пояса формируются 2 контрольные суммы и сохраняются на два разных диска (минимальное количество дисков – 4). Свойства:
(+)позволяет восстановить информацию при отказе сразу двух дисков;
(+)относительно малые накладные расходы для реализации избыточности;
(-)увеличивается время на вычисление и запись паритетной информации;
(-)требуется дополнительное дисковое пространство;
(-)усложнение контроллера дискового массива.
Многопортовые озу и озу типа fifo.
Многопортовые ОЗУ:
отличие от стандартного, в n-портовом ОЗУ имеется n независимых наборов шин адреса, данных и управления, гарантирующих одновременный и независимый доступ к ОЗУ n устройствам. Свойства:
- существенно упрощается создание компьютерных систем c общей (совместно используемой) памятью;
- в рамках отдельного компьютера более эффективный, чем прямой доступ к памяти, обмен информацией между ЦП и УВВ.
ОЗУ типа FIFO:
Применяется для буферизации потока данных.
Поступление и выборка данных:
- происходят в одинаковой последовательности;
- обычно имеют различную скорость;
- могут выполняться одновременно.
ИМС представляет собой двухпортовое ОЗУ:
- один порт предназначен для занесения информации, а второй – для считывания;
- характерны технологические приемы, свойственные двухпортовой памяти (способы арбитража и т.п.).
Отличительные особенности:
- нет входов для указания адреса ячейки, занесение и считывание данных производится через одну входную точку и одну выходную;
- для слежения за состоянием очереди ИМС содержит:
= регистры-указатели адресов начала и конца очереди;
= специальные флаги, указывающие на две ситуации: отсутствие данных и полное заполнение памяти.