- •302030, Г. Орел, ул. Московская, 65
- •Содержание Введение
- •Модуль 1. Вычислительные машины Лекция 1. Основные понятия вычислительной техники и принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.2 Принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.3 Основные характеристики вычислительных машин и систем
- •1.4 Многоуровневая организация вычислительных процессов
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 2. Простейшие типовые элементы вычислительных машин
- •2.1 Комбинационные схемы
- •1) Конъюнкция (логическое умножение) .
- •2) Дизъюнкция (логическое сложение) .
- •3) Отрицание (инверсия) .
- •4) Конъюнкция и инверсия (Штрих Шеффера) .
- •5) Дизъюнкция и инверсия (Стрелка Пирса) .
- •6) Эквивалентность .
- •7) Отрицание эквивалентности .
- •2.2 Автоматы с памятью
- •2.3 Триггеры
- •2.4 Проблемы и перспективы развития элементной базы вычислительных машин
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 3. Функциональные узлы комбинационного и последовательного типов
- •3.1 Функциональные узлы последовательного типа
- •3.1.1 Регистры
- •3.1.2 Счётчики
- •3.1 Функциональные узлы комбинационного типа
- •3.2.1 Шифраторы и дешифраторы
- •3.2.2 Компараторы
- •3.2.3 Сумматоры
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 4. Функциональная организация процессора
- •4.1 Основные характеристики и классификация процессоров
- •4.2 Физическая и функциональная структура процессора
- •4.2.1 Операционное устройство процессора
- •4.2.2 Шинный интерфейс процессора
- •4.3 Архитектурные принципы организации risc-процессоров
- •4.4 Производительность процессоров и архитектурные способы её повышения
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 5. Организация работы процессора
- •5.1 Классификация и структура команд процессора
- •5.2 Способы адресации данных и команд
- •5.2.1 Способы адресации данных
- •5.2.2 Способы адресации команд
- •5.3 Поток управления и механизм прерываний
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 6. Современное состояние и тенденции развития процессоров
- •6.1 Архитектурные особенности процессоров Pentium
- •6.2 Программная модель процессоров Pentium
- •6.2.1 Прикладная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.2 Системная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.3 Система команд и режимы адресации процессоров Pentium
- •6.3 Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium
- •6.4 Аппаратные средства поддержки многозадачности
- •6.5 Перспективы развития процессоров
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 7. Память. Организация памяти.
- •7.1 Иерархическая организация памяти
- •7.2 Классификация запоминающих устройств
- •7.3 Структура основной памяти
- •7.4 Память с последовательным доступом
- •7.5 Ассоциативная память
- •7.6 Организация флэш-памяти
- •7.7 Архитектурные способы повышения скорости обмена между процессором и памятью
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 8. Управление памятью. Виртуальная память
- •8.1 Динамическое распределение памяти
- •8.2 Сегментная организация памяти
- •Лекция 9. Организация ввода-вывода информации. Системная шина
- •9.1 Организация шин. Системная шина
- •9.1.1 Структура системной шины
- •9.1.2 Протокол шины
- •9.1.3 Иерархия шин
- •9.2 Организация взаимодействия между периферийными устройствами и процессором и памятью вычислительных машин
- •9.3 Внешние интерфейсы вычислительных машин
- •9.3.1 Параллельный порт lpt и интерфейс Centronics
- •9.3.1 Последовательный порт com и интерфейс rs-232c
- •9.3.3 Универсальная последовательная шина usb
- •9.3.4 Беспроводные интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 2. Вычислительные системы Лекция 10. Вычислительные системы параллельной обработки. Многопроцессорные и многоядерные системы.
- •10.1 Параллельная обработка информации
- •10.2 Классификация систем параллельной обработки данных
- •10.2.1 Классификация Флинна
- •10.2.2 Классификация Головкина
- •10.2.3 Классификация многопроцессорных систем по способу организации памяти
- •10.3 Вычислительные системы на кристалле. Многоядерные системы
- •10.4 Тенденции развития вычислительных систем
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 11. Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.1 Общие сведения о системах управления
- •11.2 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.3 Области применения и тенденции развития мк
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 3. Телекоммуникационные сети Лекция 12. Организация компьютерных сетей
- •12.1 Обобщённая структура компьютерных сетей
- •12.2 Классификация компьютерных сетей
- •Лекция 13. Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.1 Понятие «открытой системы». Взаимодействие открытых систем
- •13.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.3 Структура блоков информации
- •7 Прикладной 6 Представительный 5 Сеансовый 4 Транспортный 3 Сетевой 2 Канальный 1 Физический
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 19. Безопасность информации в сети
- •19.2 Стеганография
- •19.2.1 Общие сведения о стеганографических системах
- •19.2.2 Методы стеганографии
- •Вопросы для самопроверки
- •Литература
9.1.2 Протокол шины
При обмене информацией по системной шине устройства должны быть уверены в её достоверности. Например, при параллельной передаче по линиям шины битов адреса или данных не гарантируется их одновременное поступление к ведомому устройству из-за различных искажений сигналов (наложение сигналов, затухание сигналов и т.п.). Данное явление называется перекосом сигналов.
При передаче данных также возникают сложности. Например, в транзакциях чтения имеет место задержка на время, пока ведомое устройство ищет затребованные данные, и оно должно каким-то образом известить о моменте, когда данные можно считать достоверными. Такое явление получило название перекоса данных.
Метод, выбираемый при проектировании шин для информирования о достоверности адреса, данных, управляющей информации и информации состояния, называется протоколом шины. Используются два основных класса протоколов: синхронный и асинхронный.
В синхронных шинах имеется центральный генератор тактовых импульсов (ГТИ), к импульсам которого «привязаны» все события на шине. Тактовые импульсы (ТИ) распространяются по специальной сигнальной линии и представляют собой регулярную последовательность чередующихся нулей и единиц. Один период такой последовательности называется тактовым периодом шины; он определяет минимальный квант времени на шине. Все подключённые к шине устройства могут считывать состояние тактовой линии, и все события на шине отсчитываются от начала тактового периода.
В транзакции чтения стартовый сигнал отмечает присутствие на линиях шины адресной или управляющей информации. Когда ведомое устройство распознаёт свой адрес и находит затребованные данные, оно помещает эти данные и информацию о состоянии и сигнализирует об их присутствии на шине сигналом подтверждения. Операция записи выглядит сходно. Отличие заключается в том, что данные выдаются ведущим устройством в тактовом периоде, следующем за периодом выставления адреса, и остаются на шине до отправки ведомым устройством сигнала подтверждения и информации состояния.
Данные могут перемещаться в обоих направлениях, и для каждого направления пересылки имеется свой сигнал подтверждения достоверности информации на шине. Сигналы управления и адрес всегда передаются от ведущего устройства; информация состояния всегда поступает от ведомого устройства.
Синхронные протоколы требуют меньше сигнальных линий, проще для понимания, реализации и тестирования. Однако они менее гибки, поскольку привязаны к конкретной максимальной частоте шины и не позволяют подключать более высокоскоростные устройства.
В асинхронном протоколе начало очередного события на шине определяется не тактовыми импульсами, а предшествующим событием и следует непосредственно за этим событием. Каждая совокупность сигналов, помещаемых на шину, сопровождается соответствующим синхронизирующим сигналом, который называется стробом. Синхросигналы, формируемые ведомым устройством, называются квитирующими (подтверждающими) сигналами.
В транзакции чтения ведущее устройство выставляет на шину адрес и управляющие сигналы, выжидает время перекоса сигналов, после чего выдаёт строб адреса, подтверждающий достоверность информации. Ведомые устройства следят за адресной шиной, чтобы определить, должны ли они реагировать. Ведомое устройство, распознавшее свой адрес, отвечает информацией состояния, которая сопровождается сигналом подтверждения адреса.
Когда ведущее устройство обнаруживает подтверждение адреса, оно знает, что соединение установлено, и готово к анализу информации состояния. Далее ведущее устройство меняет управляющую информацию, выжидает время перекоса и выдаёт строб данных. (В транзакции записи ведущее устройство одновременно с управляющей информацией выставляет на шину записываемые данные).
Когда ведомое устройство подготовит требуемые данные, оно выдаёт их на шину совместно с новой информацией о состоянии и формирует сигнал подтверждения данных. Когда ведущее устройство видит этот сигнал, оно читает данные с шины и снимает строб данных, чтобы показать, что действия с данными завершены.
Если переданы все необходимые данные, то ведущее устройство снимает и строб адреса. В более сложных вариантах транзакций строб адреса может оставаться на шине для поддержания соединения в течение нескольких циклов данных. При обнаружении отсутствия строба данных ведомое устройство снимает с шины данные и информацию состояния, переводя шину в свободное состояние.
В цикле асинхронной шины для подтверждения успешности транзакции используется двунаправленный обмен сигналами управления.
Во избежание бесконечного ожидания, когда по каким-либо причинам ведомое устройство не может послать квитирующий сигнал, в асинхронных шинах используется механизм тайм-аута. Он заключается в том, что задаётся время, спустя которое при отсутствии отклика транзакция принудительно прекращается.
Скорость асинхронной пересылки данных диктуется ведомым устройством, поскольку ведущему устройству для продолжения транзакции приходится ждать отклика.
Асинхронные протоколы по своей сути являются самосинхронизирующимися, поэтому шину совместно могут использовать устройства с различным быстродействием, построенные на базе как старых, так и новых технологий. Платой за эти преимущества служит увеличение сложности аппаратуры.