- •Теоретические вопросы: Вопрос № 1 Состав электронно-вычислительных машин. Структурная схема. Назначение узлов и блоков эвм. Характеристики эвм.
- •Вопрос № 2 Интерфейсы пэвм ibm классификация интерфейсов. Дать определение шин. Охарактеризовать шины в зависимости от их назначения, разрядности и направленности.
- •Вопрос № 4 Структурная схема материнской платы пэвм «Агат». Назначение узлов и блоков. Характеристика интерфейса.
- •Встроенный интерфейс ввода-вывода
- •Назначение узлов и блоков
- •Принцип работы
- •Технические характеристики
- •Вопрос № 5 Управление вычислительным процессам в эвм. Взаимодействие устройств эвм. Характеристика машинных команд.
- •Вопрос № 6 Составить схему асинхронного триггера r-s типа. Пояснить принцип ее действия в зависимости от состояния входных сигналов. Привести условное обозначение триггера r-s типа.
- •Р исунок 3. Электрическая схема, временные диаграммы и условное графическое обозначение однотактного асинхронного триггера построенного на логических элементах и-не.
- •Вопрос № 7 Структура машинных команд эвм. Назначение составляющих машинных команд. Характеристика одноадресных и двухадресных команд. Алгоритм работы процессора при их обработке.
- •Вопрос № 8 Рассказать о системах счисления. Дать определение основания систем счисления. Правила перевода из одной системы счисления в другую. Перечислить достоинства и недостатки.
- •Вопрос № 9 Адресация информации и обработка адресов в эвм. Непосредственная, прямая регистровая, косвенная, индексная, относительная, адресация.
- •Вопрос №15. Устройство управления эвм. Структурная схема. Назначение узлов.
- •Вопрос №19. Арифметико-логическое устройство эвм. Обобщенная структурная схема алу. Классификация алу.
- •Вопрос №21. Операционный блок для сложения и вычитания двоичных чисел с фиксированной точкой. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операций сложения и вычитания.
- •Вопрос №22. Оперативные запоминающие устройства на основе интегральных схем. Условное обозначение и структурная схема зу, организация поиска информации.
- •Вопрос №23. Операционный блок для умножения двоичных чисел с фиксированной точкой. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операции умножения.
- •Вопрос №24. Структурная схема материнской платы ibm pc. Назначение узлов и блоков, принцип действия.
- •Вопрос №25. Операционный блок для деления двоичных чисел с фиксированной точкой без восстановления остатка. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операции деления.
- •Вопрос №26. Схема управления режимами работы в пэвм «Агат». Назначение узлов и блоков, схемы, принцип действия.
- •Вопрос №27. Операционный блок для деления двоичных чисел с фиксированной точкой с восстановлением остатка. Назначение узлов и блоков. Алгоритм выполнения операции деления.
- •Вопрос №28. Статическая и динамическая память. Основное назначение сверхоперативного запоминающего устройства и кэш памяти. Характеристика кэш памяти.
- •Вопрос №29. Операционный блок десятичного сумматора. Структурная схема. Назначение узлов и блоков. Последовательность микроопераций при выполнении схемой алгоритма сложения и вычитания чисел.
- •Вопрос №30. Система прерываний микропроцессора. Алгоритм работы микропроцессора при обработки сигналов маскируемого и немаскируемого прерываний.
- •Вопрос №31. Структура операционных блоков для операций над двоичными числами с плавающей точкой. Структурная схема операционного блока выравнивания порядков двоичных чисел с плавающей точкой.
- •Вопрос №32. Микропроцессоры. Адресация и структура команд. Назначение регистров общего назначения и специальных регистров.
- •Вопрос№33. Дополнительный код положительных и отрицательных чисел. С какой целью он используется в эвм. Представление чисел в эвм с фиксированной точкой и плавающей точкой.
- •Вопрос№34. Архитектура современных пэвм. Логическая структура. Назначение узлов и блоков. Характеристика внутреннего и внешнего интерфейса.
- •Вопрос№35. Взаимодействие процессора и запоминающего устройства в процессе выполнения программы. Рассмотреть различные варианты машинных команд
- •Вопрос№37 Персональная эвм. Логическая структура. Назначение узлов и блоков. Характеристика внутреннего и внешнего интерфейса.
- •Вопрос №38. Правила перевода целых и дробных чисел из 10-й системы счисления в 2-ю, 8-ю, 16-ю и из 2-й, 8-й, 16-й в 10-ю систему счисления.
- •Вопрос №39. Поколения эвм. Идентичность и различие эвм всех поколений. Основные характеристики и особенности каждого поколения.
- •Вопрос№40. Распределение адресного пространства пэвм «агат» по функциональному назначению. Алгоритм работы процессора после включения питания.
- •Вопрос№42. Схемное и микропрограммное управление по эвм. Характеристики, достоинства и недостатки схемного и микропрограммного управления.
- •Вопрос№48. Архитектура процессоров, разработанных с использованием суперскалярной технологии. Алгоритм выполнения процессором двух команд одновреммено.
Вопрос №39. Поколения эвм. Идентичность и различие эвм всех поколений. Основные характеристики и особенности каждого поколения.
Цифровые ЭВМ — результат развития электронной вычислительной техники (ВТ). Ее создание связано с именем английского математика Ч. Бэббиджа, который в 1833 г. высказал идею программного управления для построения устройства, автоматически выполняющего арифметические действия. Однако его попытки построить механическое вычислительное устройство с программным управлением не увенчались успехом из-за низкого уровня развития техники и технологии того времени.
Фактически эта идея была реализована по проекту Г. Айкена фирмой ИБМ (США) в машине «Марк-1». «Марк-1» была построена на электромагнитных реле и имела программу, набираемую вручную на коммутационных досках и переключателях.
Первая цифровая ЭВМ была создана в 1945 г. под руководством Дж. Моучли и Дж. Эккерта (США). Она была названа ENIAC (аббревиатура слов Electronic Numerical Integrator And Calculator — электронный численный интегратор и калькулятор). Машина была построена на 18 000 электронных лампах, выполняла 5000 операций в секунду и имела память емкостью всего 20 десятиразрядных десятичных чисел. Управление работой машины осуществлялось помощью коммутационной доски, на которой набиралась программа вычислений.
В 1945 г. американский математик Дж. Фон Нейман выдвинул идеи, состоящие в управлении вычислениями с помощью программы, хранимой в памяти машины, и в использовании двоичной системы счисления. Первые ЭВМ с программным управлением появились практически одновременно в Англии, США, СССР. В Советском Союзе первой цифровой ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), созданная в 1951 г. в Институте математики АН УССР под руководством академика С. А. Лебедева. Несколько позже, в 1953 г., в Институте точной механики и математики АН СССР под руководством С. А. Лебедева эта машина была усовершенствована и выпущена под названием БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина). При сравнительно небольшом количестве оборудования (около 5000 электронных ламп) машина обладала средним быстродействием 10 тыс. оп/с, что являлось наивысшим достижением в мировом приборостроении.
Элементно-технологической базой первых ЭВМ были радиокомпоненты и методы монтажа, используемые при создании радиоаппаратуры связи. Конструктивно ЭВМ выполняются в виде стоек с разъемами.
Начиная с 1955 г. в развитии электронной ВТ можно выделить несколько этапов, каждый из которых характеризуется созданием определенного поколения машин. Поколения ЭВМ отличаются конструктивно-технологическими и схемно-логическими принципами построения ЭВМ.
Первое поколение ЭВМ (1955—1960) строилось на дискретных радиодеталях и электронных лампах. Отечественной промышленностью были освоены ламповые машины: БЭСМ-2, Стрела, М-2, М-3, Минск-1, Урал-1, Урал-4, М-20 и др., в основном предназначенные для решения, научно-технических задач. Эти машины имели быстродействие 10—20 тыс. операций в секунду (оп/с), малую емкость оперативной памяти (1024 слова — 1К), большие габариты, потребляемую мощность, имели недостаточное программное обеспечение), ограммы писались большей частью на языке машины) и невысокую надежность. Указанные недостатки ЭВМ первого поколения крайне затрудняли их применение в сфере управления.
В ЭВМ второго поколения (1960—1965) в качестве элементной базы использовались полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) и миниатюрные дискретные радиодетали, а в качестве технологической — печатный монтаж. По сравнению с ламповыми эти машины характеризуются повышенным быстродействием (500 тыс. и более оп/с), большей емкостью оперативной памяти (16—32 К слов), меньшими массами и габаритами, повышенной надежностью, значительным снижением потребляемой мощности.
Наряду с конструктивным улучшением совершенствовались также приемы и методы программирования. Стали применяться алгоритмические языки, ориентированные на специфику решаемых задач. Появились трансляторы для перевода программ с языка одной на язык другой модели ЭВМ. Были разработаны служебные программы для профилактики и контроля работы ЭВМ. Большинство этих программ хранилось в памяти ЭВМ. Значительно расширилась сфера применения ЭВМ для экономических, научных, инженерных расчетов. Появились управляющие машины для управления производственными технологическими процессами. Совершенствование ЭВМ второго поколения привело к появлению многопрограммных ЭВМ, позволяющих одновременно реализовывать несколько программ при параллельной работе устройств машины.
К ЭВМ второго поколения, выпускавшихся отечественной промышленностью, относятся полупроводниковые ЭВМ различных назначений: малые ЭВМ серий Наири и Мир; средние ЭВМ для научных расчетов и обработки данных со скоростью работы 5—30 тыс. оп/с — Минск-2, Минск-22, Минск-32, Раздан-2, Раздан-3, БЭСМ-4, М-220; быстродействующая машина со скоростью работы 1 млн, оп/с — БЭСМ-6; управляющие вычислительные машины Днепр, ВНИИЭМ-3 и др.
Третье поколение ЭВМ (1965—1970) создавалось на полупроводниковых интегральных схемах (ИС]. С применением И С значительно повысились надежность, быстродействие, уменьшены габариты и масса машин. Существенно изменился подход к проектированию ЭВМ. Были созданы ЭВМ с единой архитектурой и программно-совместимыми машинами различной мощности, что привело к созданию многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем (ВС).
Советский Союз и другие социалистические страны — члены СЭВ, реализуя программу социалистической интеграции, совместно разработали и организовали серийное производство Единой системы электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ) первого, второго и третьего ряда.
Все модели ЭВМ «Ряд-1» и «Ряд-2» относятся к ЭВМ третьего поколения. ЭВМ «Ряд-1» выполнены на интегральных схемах малой (МИС) и средней (СИС) степеней интеграции .
Большой - диапазон быстродействия (10—500 тыс. оп/с) ЭВМ «Ряд-1» обеспечивает возможность их использования для решения широкого круга задач.
В ЭВМ «Ряд-2» широко используются большие интегральные схемы (БИС), содержащие одно или несколько функционально законченных устройств (арифметическо-логическое устройство, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и т. п.) или его части. Это дало возможность в моделях ЭВМ «Ряд-2» увеличить быстродействие до 4,5 млн. оп/с, надежность в 2 раза и уменьшить стоимость выполнения одинакового объема операций в 4—5 раз по сравнению с ЭВМ «Ряд-1».
Особенность моделей ЭВМ «Ряд-2» — в них предусмотрены программно-аппаратурные средства для комплектования ЭВМ в многопрограммные и многопроцессорные комплексы.
Параллельно с созданием ЕС ЭВМ социалистическими странами разработаны и серийно выпускаются системы малых (мини) электронных вычислительных машин" (СМ ЭВМ), предназначенных для решения небольших по объему задач, для автоматизации измерений, контроля и управления технологическими процессами, предварительной обработки информации, поступающей по каналам связи.
Использование ЕС ЭВМ для этих целей дорого и неэффективно. К третьему поколению ЭВМ относятся модели СМ ЭВМ первой очереди: СМ-3, СМ-4, СМ-1М, СМ-2М, представляющие собой управляющие и сравнительно быстродействующие (200—800 тыс. оп/с) ЭВМ.
Четвертое поколение ЭВМ (с 1970 г.) выполняется на БИС и сверхбольших интегральных схемах), ИС), что способствует дальнейшему повышению быстродействия и надежности ЭВМ, уменьшает их габариты и потребляемую мощность. Высокая степень интеграции, достигнутая в БИС и СБИС, обеспечила создание нового класса машин — микроЭВМ на основе микропроцессора.
Микропроцессор — программируемое логическое устройство, реализованное на одной или нескольких БИС и СИС. Для решения той или иной задачи микропроцессор должен быть запрограммирован и соединен с другими устройствами (памятью, устройствами ввода-вывода). В нашей стране создано несколько серий микропроцессоров: К580, К588, К589, К1800, К1804 и др.
Отечественной промышленностью выпускаются микро-ЭВМ семейства «Электроника-60», «Электроника-НЦ», «Электроника С5», СМ 1800.
К ЭВМ четвертого поколения относятся ЭВМ «Ряд-3», «Эльбрус-2», а также модели СМ ЭВМ второй очереди: СМ 1300, СМ 1420 и др., модульная структура которых с помощью развитого программного обеспечения и мульти-системных средств управления позволяет создавать вычислительные системы высокой производительности и надежности.
Появлялись и нашли широкое применение так называемые персональные ЭВМ (ПЭВМ). Персональный характер микроЭВМ понимается не столько в плане личной эксплуатации, сколько в возможности эксплуатировать ее без помощи профессионального программиста, т. е. самостоятельно, персонально.
Отечественной промышленностью выпускаются ПЭВМ типа АГАТ,. предназначенные для работы в диалоговом режиме. ПЭВМ типа АГАТ выполнены на базе микроЭВМ «Электроника-НЦ» производительностью 200 тыс. оп/с. Среди выпускаемых моделей ПЭВМ также широко известны ЕС 1080, «Электроника ТЗ-29 МК» и ряд других.
Для ЭВМ пятого поколения, разрабатываемых в лабораторных условиях, элементная база основывается на СБИС и на оптико-электронных элементах. Для оптических ЭВМ носителями энергии служат не электроны, а фотоны, что значительно повышает скорость передачи сигналов, поэтому быстродействие ЭВМ может достигнуть сотен миллионов операций в секунду. Для преобразования и передачи оптических сигналов применяют лазеры, светоизлучающие диоды, счетоводы и различные фотоприемники.