Лекция №1 [12.02.01]

В процессе развития ВС наблюдается эволюция терминов и понятий. В конце 60-х существовала следующая иерархия: Супер ЭВМ, ЭВМ среднего класса, Мини ЭВМ, Микро ЭВМ. Данная классификация верна до начала 80-х годов. В 80-х появились первые ПК. 1982 г. – IBM XT, но он не самый первый, но наиболее удачный.

Стало распространяться понятие «Распределенные ВС». Единство аппаратных и программных средств. Состав Вычислительных Средств (аппаратных):

1. CPU;

2. Память;

3. Устройства В\В + переферия;

4. Шины и интерфейсы.

Объединение ПК в ту или иную структуру образует понятие архитектуры.

Процессор – основное назначение это исполнение программы. Из памяти программ извлекаются последовательные инструкции, которые предписывают выполнение некоторых действий: пересылка данных или операнд вычисления, управление потоком команд, вычисления, связь всего процесса команд. Количественные параметры: разрядность данных, разрядность шины адреса.

Память – хранение инструкций, данных. Существуют системы имеющие объединенную память команд и данных, или раздельную. Имеет иерархическую структуру.

Устройства ВВ + переферия – связь с внешним миром.

Параметры и характеристики ЭВМ:

1. Разрядность;

2. Производительность;

3. «Быстродействие».

Оценка быстродействия – по времени выполнения команд и операций, количество элементарных операций. Измеряется в абсолютных или относительных единицах. Отсчет чаще производиться в относительном времени и осуществляется перевод в абсолютное время. Разработаны специальные тесты для целочисленной арифметики – MIPS (на этот показатель сильно влияет система команд), арифметики с плавающей запятой – MFLOPS.

Лекция №2 [19.02.01]

MIPS , MFLOPS – приблизительная оценка . Влияние оказывает сис-ма команд процессора а также компилятора который «переводил» , поэтому разрабатываются специальные тесты для конкретных задач . Например:

Тест Linpack - набор программ (14 и 24 цикла)

Это – численные методы , работа с векторами (матричные операции)

Specint92

Specfp92 – плав.точка

В основе этих тестов – реальные прикладные задачи, ориентированные изначально на UNIX , позже и на другие ОС.

Specint92 – написаны на СИ (6 программ)

1 – задача из теории цепей – ТОЭ

2 – интерпретатор языка Lisp

3 – разработка логических схем

4 – упаковка/распаковка файлов

5 – электронные таблицы

6 – компиляция программ

Specfp92 – пл.точка (14 программ) (проектирование аналоговых схем , моделир. с использованием м-да Монте-Карло , оптика , робототехника, прогноз погоды).

Это методы оценки однопроцессорной системы . Для многопроцессорной сис-мы – другие тесты(тут учитывают использование ресурсов для реал-ии задачи;кол-во одновременно выполняемых задач)

Классификация компьютеров по областям применения :

1 – векторные машины

2 – скалярные машины

1 – это по сути своей мощные выч-е сис-мы кот-ые работают с векторами в цифровом исполнении

2- работа с наборами данных кот-ые ориентированы – могут работать с величинами переменного размера .

В реальных ВС существуют блоки , кот-е реал-ют элементы векторных вычислений (паррал-ая обработка).

В наст.время сохранилось понятие суперкомпьютера (сейчас это – многопроцессорная система)

Остаётся понятие MainFrame (машина крупного предприятия) Рабочая станция – пользовт-ий комп-р ; Сервер – упр-ет работой , общими уст-ми и др. Сервер может иметь больше ОЗУ,HDD, в идеале он – многопроцессорная система, но не обязательно хорошая видеосистема.

Настольные/стационарные – мобильные . мини/микрокомпьютеры

Архитектура вс

Это набор разных определений . Часто говорят об архитектуре в широком смысле слова и в узком.

Набор команд – в узком смысле. Орг-ия ВС – в широком смысле.

Компоненты : система памяти , процессоры (кол-во) , орг-ия ввода/вывода , интерфейсные каналы , которые между этими компонентами.

Многоуровневая система :

1. уровень разделения вычислительных средств и человек и внешние процессы.

2. Взаимодействие программных уровней

3. Уровень программного обеспечения и аппаратного

1	ч	ч	ч	ч
2			ос	Ос
3		п	п
4	а	а	а	А

Существуют различные варианты уровней и их функционального назначения . Многоуровневая организация носит иерархический характер.

В ВС требуется гармоническое взаимодействие , функционирование всех уровней .

Пример архитектур :

1. гарвардская

раздельная память

2. принстонская

общая память / эта архитектура позволяет программировать в широком смысле слова

Лекция №3 [26.02.01]

CPU,RAM,I/O соединены шинами. Разрядность магистралей 18,16,32,64,256…

Архитектура более-менее реальная :

(в общем случае 3 типа блоков – CPU,ОЗУ,I/O) М1,М2,М3 – мосты / AGP – 64 разрядная / PCI – 32(64) разрядная , 33 МГц / ISA.

Смысл – получить сбалансированную структуру с оптимальным быстродействием(нет конфликтов, быстрота работы)

Архитектура системы команд

CISC – Complete Instruction Set Computer – система с полным набором команд

RISC – Reduced Instruction Set Computer – система с сокращённым набором команд

При усложнение вычислительной ф-ии требуется усложнение аппаратуры (вычисление ряда …) и время на это требуется.

RISC – команд или инстр-ий меньшее и отсутствуют команды реализующие сложные функции . Команды простые выполняются по одному шаблону. Существуют и развиваются направления когда внешняя система команд имеет расширенный набор . внутри CPU она разлагается на последовательность или цепочку простых команд и ядро процессора выполненное по RISC технологии работает с сокращённым набором команд.

Упрощённая структура CPU

АЛУ сейчас – более сложное уст-во из спец.блоков состоит

(Регистр памяти, аккумулятор , рег-ры общего назначения, стековые регистры)

На практике сущ-ет мало процессоров с чётким разделением (есть общие рег-ры , нет аккум-ов и наоборот)

В архитектурах RISC процессоров имеется большое кол-во регистров общего назначения чем в CISC процессорах.

+ регистр и регистр команд(команды дешифрируются перед выполнением)

Методы адресации

1. Регистровая адресация (операнды – в А,РОН) А<-A+B / код команды +2-а адреса операнда

2. Непосредственная А<-А+const

3. Косвенная регистровая А<-А+Mem[В] – ячейка памяти – адрес её в В

4. Косвенная А<-А+Mem[Mem[В]]

5. По базе со смещением А<-А+Mem[В+10]

6. Прямая (абсолютная) А<-А+Mem[30] 30 – указывает реальный адрес

7. Индексная А<-А+Mem[В+С] В-базовый адрес С-адрес в массиве

8. Автоинкрементная А<-А+Mem[] В<-В+/\

Резюме : существуют более простые методы адресации

Существуют часто используемые методы адресации и реже используемые методы.

	Си	Spice	Edytor
Косв Регистр Непоср Базов	6% 3% 17% 53%	1% 11% 9% 40%	1% 24% 43% 32%

Типы команд. 5.03.01

1. Пересылка данных.

2. Арифметические и логические команды.

3. Управления потоком команд: 60-70% - условные переходы; 10-20% - вызов подпрограмм; до 20% - безусловные переходы.

4. Операции над строками и массивами – векторные (требуют некоторой подготовки).

5. Системные операции.

Специфика некоторых типов операций.

При обращении к какой-л. процедуре требуется сохранить состояние системы на момент вызова. Эти команды предъявляют повышенные требования к регистрам системы; они либо универсальные, либо операции по сохранению регистров прописываются отдельными командами. Но затраты при этом на чтение цепочки команд больше, чем при универсальном варианте.

Большинство переходов выполняется относительно текущего положения счетчика команд. Чаще всего переходы осуществляются вперед.

Условие (при условных переходах) – в основном следствие выполненной операции (арифметической или логической). Переход не всегда удобно выполнять сразу после этой операции, поэтому для отложенного перехода используется механизм установки флагов (разрядов регистра признаков). Усл. переходы, также, могут выполняться по состоянию какого-л. регистра общего назначения, а также с помощью команды, выполняющей непосредственно сравнение и переход.

Логические операции – это чаще всего: =, >, <. В основном используется сравнение с 0.

Формат команд определяется набором команд. В коде команды:

• функциональное назначение, группа (арифметическая, логическая и т.п.)

• тип адресации.

При этом 8-ми разрядов может оказаться недостаточно, код команды может определять и операнды, следующие за этой командой. Минимальный размер кода команды – байт; в RISC-процессорах стремятся к 8-ми разрядным командам, в CISC – команда может быть 2, 3 и более байт.

Типы данных: вещественные числа, многоразрядные числа с плавающей точкой.

Т. о., формат команды: код команды_операнд 1_операнд2_операнд 3. Операнды 2, 3 и т.д. могут отсутсвовать.

Команды хранятся в так называемой памяти команд. Для того, чтобы команда выполнялась, требуется УУ, для того, чтобы последовательность команд записать, т.е. для этого требуется время, а также для сохранения результата. Для доступа к операндам может потребоваться разное время. То, как быстро будут команды и операнды помещаться в УУ МП (для дешифрации и т.д.), зависит от внешних шин. Они могут быть 8-ми-, 16-ти-,32-х- и т.д. разрядными.