- •Понятие архитектуры эвм. Эволюция универсальных эвм. Поколения эвм. Элементная база эвм.
- •Основы классификации эвм. Классификационные признаки. Принципы устройства последовательной эвм (архитектура фон Неймана). Технические показатели эвм.
- •Архитектура универсальной эвм с последовательным выполнением команд. Функциональное назначение, физические принципы действия и организация основных блоков.
- •Серия ibm-совместимых пэвм (ibm pc). Основные современные конфигурации. Технические показатели и характеристики. Другие типы аппаратных платформ пэвм.
- •Блочно-функциональное устройство персонального компьютера с магистральной организацией ( общей системной шиной ). Понятие открытой архитектуры.
- •Внутренние интерфейсы эвм. Системные и локальные шины. Контроллер шины. Иерархическая организация шин.
- •Контроллер шины
- •Основы систем счисления. Методы представления чисел и операции в позиционных системах счисления с различным основанием. Системы счисления в эвм.
- •Внутренняя организация числовых и символьных данных в эвм. Машинные форматы числовых данных пэвм. Стандарты кодировок символьной информации (ascii, unicode) и десятичных чисел (код bcd).
- •Кодировка ascii
- •Кодировка (encoding) Юникод - Unicode
- •Машинный формат с фиксированной точкой (Fixed Point Representation). Специальные коды для представления знаковых целых двоичных чисел и операций с ними(прямой, обратный, дополнительный).
- •11. Машинный формат с плавающей точкой (Float Point Representation). Параметры форматов сопроцессора intel (fpu 80x87).
- •Функционально-логическая организация микропроцессоров серии intel 80x86. Основные блоки и устройства: - назначение, функции, принципы действия. Режимы работы мп и способы адресации операндов.
- •Программная модель мп Intel (ia-32). Система регистров мп. Назначение, типы регистров. Регистры прикладного программиста. Флаги.
- •Специальные типы регистров защищенного режима мп (ia-32): управляющие, отладки, системные адресные регистры. Селекторы сегментов: - организация в разных режимах.
- •Регистровая (локальная) память мп. Сверхбыстрая буферная память. Внешний и внутренний кэш: - алгоритмы обслуживания. Стековая (магазинная) память. Fifo - буфера.
- •Специализированные процессоры. Числовой арифметический сопроцессор intel 80x87(fpu). Программная (регистровая) модель. Форматы данных. Система команд.
- •Оперативная (основная) память эвм (озу). Назначение, программная модель. Элементная база озу.
- •Системы памяти в эвм. Иерархия запоминающих устройств. Оперативная и долговременная внешняя память.
- •Типы запоминающих устройств внешней памяти эвм. Методы моделирования цифровых (двоичных) данных. Общая организация носителей данных, технические характеристики.
- •Программная модель памяти эвм. Иерархическая структура памяти. Концепция виртуальной памяти. Страничное распределение памяти.
- •21. Сегментная и страничная модели оперативной памяти (на платформе Intel). Системные адресные регистры цп, таблицы дескрипторов сегментов.
- •22.Специальные типы организации памяти: - стековая (магазинная) память, fifo-буфера. Сегмент стека, команды цп для работы со стеком
- •23. Физическая организация внешней долговременной памяти эвм (дзу). Дисковая магнитная память.
- •24. Постоянные запоминающие устройства (пзу). Базовая система ввода-вывода (bios) и ее функции. Конфигурационная память (cmos), ее свойства и назначение. Часы реального времени (rtc).
- •25. Интерфейсы пэвм. Системные и локальные шины. Интерфейсы дисковых накопителей и периферийных устройств. Стандарты и технические характеристики.
- •Интерфейс scsi
- •26. Организация взаимодействия элементов эвм под управлением цп. Цикл выполнения команд. Циклы шины. Система прерываний. Типы прерываний
- •27. Система прерываний эвм. Назначение, роль и место в общей организации управления и взаимодействия в эвм. Типы прерываний.
- •28. Обслуживание запросов внешних устройств. Аппаратные (асинхронные) прерывания. Контроллер прерываний pic. Линии запросов на прерывание - irq. Исключительные ситуации цп.
- •29. Программные (синхронные) прерывания, команды прерывания мп. Сервисы bios, как программные прерывания.
- •30. Процедуры обработчиков прерывания Таблицы дескрипторов (векторов) прерываний в защищенном и реальном режимах работы процессора intel.
- •31. Организация ввода-вывода. Принципы обмена информацией цп с внешними устройствами. Порты ввода-вывода. Устройства ввода: - клавиатура, мышь. Динамик pc.
- •32. Видеоподсистема пэвм. Принципы формирования изображений. Элементы видеоподсистемы: - монитор, видеоконтроллер, видеопамять. Видеорежимы.
- •33. Периферийное оборудование пэвм. Обзор основных устройств: - принципы действия, функциональное назначение, интерфейс с компьютером.
- •34. Системный (ассемблерный) отладчик ос ms-dos - debug. Интерактивные типы отладчиков.
- •35. Ассемблер для микропроцессоров с архитектурой intel 80x86. Общая характеристика языка, основные особенности и возможности. Инструментальные системы для разработки программ на языке Ассемблера.
- •36. Алфавит языка Ассемблер. Базовые синтаксические элементы (лексемы) языка. Предложения: - команды, директивы, комментарии. Синтаксис команд и директив. Резервированные идентификаторы.
- •37. Структура программ на языке Ассемблер. Программные сегменты. Типы, описание, назначение. Макроопределения. Специальные директивы компилятора. Определение именованных констант.
- •Include - Вложить другой файл
- •38. Форматы загрузочных (исполняемых) модулей типа *.Exe и *.Com. Загрузка программ, инициализация сегментных регистров. Префикс программного сегмента. (psp).
- •39. Типы данных Ассемблера. Константы. Директивы описания и инициализации данных, директивы эквивалентности (описания констант). Формат директив.
- •40. Директивы описания сегментов. Процедуры в Ассемблере. Вызовы и возвраты (дальние и ближние).
- •Система команд Ассемблера. Основные типы команд и их классификация. Синтаксис (формат записи) команд. Способы адресации операндов.
- •Методы адресации
- •Команды пересылки данных. Операции со стековой памятью. Арифметические команды Ассемблера. Команды пересылки данных
- •Арифметические команды
- •Логические команды. Команды сдвига. Команды прямой манипуляции с битами. Логические команды
- •44. Команды программной передачи управления. Команды переходов
- •Команды обработки строк. Префиксы повторения.
- •Организация циклов в Ассемблере. Команды управления циклами. Организация циклов
- •Режимы адресации операндов в командах Ассемблера. Косвенная адресация. Модификация адресов, и индексирование.
- •48. Команды управления состоянием микропроцессора.
- •Моделирование структурных типов данных в Ассемблере (строки, векторы, матрицы, записи, структуры). Организация обработки структурных данных.
- •Двухмерные массивы
- •Структуры
- •Описание шаблона структуры
- •Определение данных с типом структуры
- •Объединения
- •Описание записи
- •Определение экземпляра записи
- •Функциональное обслуживание устройств на уровне ос ms-dos. Прерывания dos. Программный интерфейс ms-dos - прерывание int 21h. Основные группы функций. Прерывания dos
- •Получение системной информации.
- •Символьный ввод/вывод.
- •Работа с файловой системой.
- •Управление программами.
- •Управление памятью.
- •Связь с драйверами устройств.
Архитектура универсальной эвм с последовательным выполнением команд. Функциональное назначение, физические принципы действия и организация основных блоков.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман.
Использование двоичной системы для представления чисел имеет преимущества для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации – текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Еще одной поистине революционной идеей, значение которой трудно переоценить, является предложенный Нейманом принцип "хранимой программы”. Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.
Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера). Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже.
Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров "многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ. но с существенно более медленным доступом (и значительно меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации). На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.
В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти. из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.
Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название "фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).
По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы.
Конструктивное устройство современной ПЭВМ: - основные узлы и их функциональное назначение. Схемотехнические элементы компьютера: - генплата, микропроцессор (МП), комплект интегральных микросхем окружения (Chipset). Микросхемы памяти (ОЗУ) и их типы. Контроллеры и адаптеры. Органы управления и внешние интерфейсы.
Основные узлы ЭВМ.
Основными узлами ЭВМ являются :
- центральный процессор (ЦП)
(ЦП) = (УУ) + (АЛУ)
- оперативная память (ОЗУ)
- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
- внешняя память (ВЗУ)
- устройства Ввода (УВв)
- устройства Вывода (УВыв)
Все устройства ЭВМ подсоединены к единой ИНФОРМАЦИОННОЙ
ШИНЕ
Материнская плата является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:
Процессоры
Память постоянная(BIOS), оперативная
Микропроцессорный комплект(чипсет – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.).
Системные шины
Разъемы для подключения дополнительных устройств(слоты)
Существуют и системные платы с интегрированными видео- и аудиоустройствами, адаптером локальной сети и прочими, обеспечивающими полную функциональность компьютера без всяких карт расширения.
Системная шина:
- это интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Микропроцессор(Central Processing Unit) – функционально законченное программно-управляемое устройство, обработка информации в котором управляется в виде БИС или СБИС.
Микропроцессор выполняет:
Чтение и дешифрацию команд из основной памяти
Чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств
Прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств
Обработка данных и их запись основную память и регистр адаптеров внешних устройств
Выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков PC
Группы микропроцессоров:
CISC(Complex Instruction Set Computing) – полный набор команд
RISC(Reduced Instruction Set Computing ) – сокращенный набор команд – рабочие станции, сервера
ОЗУ – служит для оперативной записи и хранения, считывания данных, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе. Является энергозависимой, после выключения питания никакие данные в ней не сохраняются.
Семейство ОЗУ содержит два важных типа запоминающих устройств: статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM). Главное различие между ними – это долговечность хранимых ими данных. SRAM сохраняет свое содержимое до тех пор, пока к микросхеме подается энергия. Если же энергия отключена, или временно отсутствует, содержимое чипа будет потеряно навсегда. DRAM, с другой стороны, имеет чрезвычайно короткий период продолжительности работы данных – обычно около четырех миллисекунд, даже если энергия подается непрерывно.
Словом, SRAM имеет все свойства памяти, с которыми ассоциируется слово RAM. В сравнении с ней, DRAM кажется, как будто бы, бесполезной. Сама по себе, она таковой и является. Однако можно использовать простой элемент конструкции, именуемый контроллером DRAM, для того, чтобы DRAM вела себя скорее как SRAM. Работа контроллера DRAM заключается в периодическом обновлении данных, хранящихся в DRAM. Обновляя данные до того, как они исчезнут, содержимое памяти может сохраняться так долго, как это необходимо. Таким образом, DRAM так же эффективна, как и SRAM.
Контроллер— устройство управления в электронике и вычислительной технике.
Контроллер прерываний (КП).
Таймер и ЧРВ, контроллеры шины и памяти, системный и периферийный контроллеры,
кэш-контроллеры.
Устройство управления (УУ) -- формирует и подает во все блоки машины управляющие импульсы; выдает адреса требуемых ячеек памяти, и передает их в другие блоки ЭВМ.