- •Рабочая программа учебной дисциплины «Архитектура компьютеров»
- •Лист согласования
- •1. Пояснительная записка
- •1.1 Место дисциплины в структуре ооп.
- •1.2 Цели и задачи дисциплины
- •1.3 Перечень профессиональных компетенций
- •2. Тематический план
- •3. Содержание дисциплины
- •3.1 Содержание тем дисциплины
- •Тема 1.Введение
- •Тема 2. Класс simd
- •Тема 3. Класс mimd
- •Тема 4. Методы параллельных вычислений
- •Тема 5. Алгоритмы и методы организации функционирования вычислительных систем
- •Тема 6. Производительность вычислительных систем
- •Тема 7. Сети эвм и телекоммуникации
- •4. Вопросы для итогового контроля (зачет)
- •5. Критерии оценки знаний
- •6.Список рекомендуемой литературы.
- •6.1 Основная литература:
- •Учебно-методический блок
- •1. Теоретическая часть
- •Лекция №2 Формы представления чисел в эвм.
- •Алгебраическое представление двоичных чисел
- •Вычитание
- •Лекция №3 Основные термины и определения предметной области
- •Классическая схема эвм.
- •Системная шина
- •Лекция №4 Классификация эвм
- •Лекция №5 Центральный процессор
- •Регистр
- •О сегментах.
- •Лекция №7 Загрузка и выполнение программ на компьютере
- •Лекция №8 Параллельные вычислительные процессы и системы Виды параллелизма
- •Реализация параллельных систем
- •Параллельные вычислительные процессы и системы Нейровычислительные системы.
- •Сложности использования параллельных систем
- •Параллельные вычислительные процессы и системы Программирование параллельных систем
- •Лекция №10 Классификация вс по соотношению потока команд и потока данных
- •Сравнение параллельной и конвейерной организации вс
- •Лекция №11.
- •Лекция №12. Вычислительные сети
- •1 Лабораторные работы № 1, 2 «Работа клавиатуры»
- •2 Лабораторная работа № 3 «Работа видеосистемы»
- •3 Лабораторная работа № 4 «Работа внешних накопителей
- •4 Лабораторная работа № 5 «Работа дисковых накопителей
- •5 Лабораторная работа № 6 «Работа с портами
- •Приложение а справочная информация по вызовам bios
- •Приложение б справочная информация по вызовам функций ms-dos
- •Приложение в
- •Литература
Лекция №3 Основные термины и определения предметной области
Система (от греческого слова “целое”) – это совокупность взаимодействующих элементов, образующих определенное единство. Существует ряд иных определений, из которых мне более всего импонирует следующее: система состоит из подсистем, обладающих всеми свойствами системы.
Элементом системы называется такая ее часть, которая имеет определенное функциональное назначение. Сложные элементы систем в свою очередь состоят из более простых взаимосвязанных элементов. Такие сложные элементы называют подсистемами.
Организация системы – внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы. Взаимодействие элементов системы определяет возможные состояния системы. Количество таких состояний ограничено.
Структура системы – состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. В структуре системы выделяют подчиненное функционирование элементов (разные уровни иерархии) и относительно независимое функционирование элементов одного уровня иерархии.
Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для пользователя. В других литературных источниках архитектура ЭВМ определяется как абстрактное представление компьютера, которое отражает его структурную, схемотехническую и логическую организацию.
Целостность системы – принципиальная не сводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов (в системе проявляется дополнительный эффект взаимодействия подсистем). В то же время свойства элементов системы зависят от места элемента и его функций внутри системы
Под информационной системой (ИС) понимается система, организующая, хранящая и преобразовывающая информацию (это определение дается с точки зрения выполняемых функций). С другой точки зрения под информационной системой понимают комплекс взаимосвязанных методов и средств преобразования данных, необходимых пользователю ИС (структурное определение ИС).
По степени механизации процедур обработки информации различают системы ручной обработки, механизированной (сортировка писем), автоматизированной и автоматической (системы автоматического управления). В дальнейшем будем под ИС понимать именно автоматизированные информационные системы.
ИС можно классифицировать по следующим признакам:
функциональному назначению. В зависимости от выполняемых функций различают производственные ИС, коммерческие ИС, финансовые ИС, маркетинговые ИС и т.д.;
объектам управления. По этой классификации выделяют ИС автоматизированного проектирования (САПР), управления технологическими процессами (АСУ ТП), управления предприятием (АСУ), управления корпорацией (корпоративные ИС) и т.п.;
характеру использования результатной информации. В этой классификационной категории различают информационно-поисковые ИС (сбор, хранение и выдача информации по запросу пользователя), информационно-советующие (СППР – системы поддержки принятия решений) и информационно-управляющие (СРВ - системы реального времени).
Основу любой автоматизированной ИС составляет ЭВМ (отечественная терминология) или компьютер (зарубежная терминология). ЭВМ – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Первые ЭВМ были созданы в конце 40-х годов 20 века и представляли собой по нынешним масштабам гигантских монстров, которые использовались только для вычислительных целей. Элементной базой этих компьютеров были электронные лампы, в связи с чем они не только занимали большие площади, но и выделяли большое количество тепла. По мере изменения элементной базы ЭВМ уменьшились в размерах и обросли дополнительным оборудованием, которое расширило сферу их применения. В 70-х годах 20 века ЭВМ превратились сначала в вычислительные системы, а затем в информационно-вычислительные системы.
Вычислительная система – это совокупность одного или нескольких компьютеров или процессоров, программного обеспечения и периферийного оборудования, организованная для выполнения информационно-вычислительных процессов.
Первые ВС создавались с целью увеличения быстродействия и надежности работы путем параллельного выполнения вычислительных операций. Как это ни парадоксально, тормозом в дальнейшем увеличении быстродействия ЭВМ является конечная скорость распространения электромагнитных волн (300000 км/сек). Время распространения сигнала между элементами ВС может значительно превышать время переключения электронных схем. Поэтому чисто последовательная модель выполнения операций, характерная для классической структуры ЭВМ – структуры фон Неймана – не позволяет существенно увеличить быстродействие ВС.
В таблице 2.1 отражены те изменения, которые происходили с момента рождения ЭВМ и по настоящее время в характере использования вычислительной техники.
Далее рассмотрим классическую блок-схему ЭВМ и обсудим свойства ее составных частей.
Таблица 2.1
Период |
Преобладающий характер использования |
Режим работы |
Интег-рация данных |
Расположе-ние пользова-теля |
Тип пользователя |
Тип диалога |
50-е годы |
Научно-технические расчеты |
Одно-программный |
Низкая |
Машинный зал |
Инженеры-программист |
Работа за пультом |
60-е годы |
Технические и экономические расчеты |
Пакетная обработка |
средняя |
Отдельное помещение |
Профессио-нальные програм-мисты |
Обмен перфо-носителями и машино-граммами |
70-е годы |
Управление и экономические расчеты |
Разделение времени |
высокая |
Терминаль-ный зал |
Програм-мисты |
Интерак-тивный (через кла-виатуру и экран) |
80-е годы |
Управление, предоставление информации |
Персональная работа |
Очень высокая |
Рабочий стол |
Пользовате-ли с общей компьютер-ной подготовкой |
Интерак-тивный по жесткому меню |
90-е годы |
Телекоммуникации, информационное обслуживание и управление |
Сетевая обработка |
Сверх-высокая |
Произволь-ное, мобильное |
Слабо обученные пользовате-ли |
|