- •Глава 1. Основные понятия 9
- •Глава 8. Организация виртуальной памяти 227
- •Глава 9. Организация кэш-памяти 246
- •Глава1. Основные понятия
- •1.1. Система программно-аппаратных средств обработки информации
- •1.2.Традиционная классификация эвм
- •1.3. Структуры эвм
- •1.4. Многомашинные комплексы и многопроцессорные системы
- •1.5. Эволюция режимов работы эвм
- •1.5. Особенности построения и эксплуатации современных многопроцессорные и многомашинных комплексов.
- •Глава 2. Программная модель процессора
- •2.1. Общие понятия
- •2.2. Виды используемых структур памяти по принципам размещения и поиска информации
- •2.3. Организация оперативной памяти
- •2.3.1. Оперативная память и адресные пространства процессора
- •2.3.2. Адресация многобайтовых объектов в оперативной памяти
- •2.3.3. Структура и типы команд
- •2.4. Режимы адресации
- •2.5. Типы машинных арифметик
- •2.6. Управление потоком команд.
- •2.7. Контекст программы
- •2.8. Команды cisc- и risc-архитектуры
- •Глава 3. Программная модель мп Intel
- •3.1. Режимы работы
- •3.2. Программная модель 16-ти битового микропроцессора мп ia-16
- •3.2.1. Модель памяти
- •3.2.2. Порты ввода/вывода
- •2.2.3. Регистровый файл
- •3.2.4. Структура команд
- •3.3. Программная модель 32-битового микропроцессора
- •3.3.1. Основные особенности организации
- •3.3.2. Модель памяти
- •3.3.3. Регистровый файл
- •3.3.4. Структура команд и режимы адресации
- •3.3.5. Структура данных
- •Глава 4. Программные модели мп корпорации dec
- •4.1. Программная модель процессоров семейства pdp-11
- •4.2. Программная модель процессоров эвм vax-11 (см 1700)
- •Глава 5. Система прерывания
- •5.1.Функции системы прерывания и общие решения по реализации
- •5.2. Система прерывания в мп intel
- •5.2.1. Система прерывания в мп ia-16
- •5.2.2. Особенности системы прерывания в мп ia-32
- •5.2.3. Организация системы прерывания в pdp 11
- •Глава 6. Организация ввода-вывода
- •6.1. Система ввод/вывода
- •6.2.Теоретические основы операций ввода/вывода
- •6.3. Синхронизация передачи данных при вводе/выводе
- •6.3.1. Ввод/вывод с проверкой готовности
- •6.3.2. Ввод/вывод с использованием системы прерывания
- •6.3.3. Ввод/вывод с использованием устройств прямого доступа к памяти
- •Глава 7. Шинные интерфейсы
- •7.1. Общие положения
- •7.2. Асинхронный системный интерфейс "Общая шина"
- •7.3. Системные интерфейсы мп ia
- •7.4. Локальный интерфейс микропроцессора i80386
- •7.4.1. Особенности локального интерфейса i80386
- •7.4.2. Диаграммы работы локального интерфейса мп i80386
- •7.4.3. Модель функционирования локального интерфейса мп i80386. (интерфейс с конвейерной передачей данных)
- •7.4.4. Специальные циклы
- •7.5. Локальный интерфейс микропроцессора i486 (интерфейс с пакетной передачей данных)
- •7.5.1. Особенности локального интерфейса i486
- •7.5.2. Диаграммы работы локального интерфейса мп i486
- •7.5.3. Модель функционирования локального интерфейса мп i486
- •7.6. Локальный интерфейс мп Pentium (интерфейс с пакетной передачей данных и конвейеризацией передачи адреса)
- •7.7. Интерфейсы с расщепленными транзакциями
- •Глава 8. Организация виртуальной памяти
- •8.2. Основные задачи виртуальной памяти
- •8.3. Страничная организации виртуальной памяти
- •8.3.1. Страничная организация памяти
- •8.3.2. Виртуальная память на основе таблицы математических страниц
- •8.3.3. Упрощенная схема виртуальной памяти на основе таблицы физических страниц
- •8.3.4. Схема виртуальной памяти на основе таблицы физических страниц.
- •Глава 9. Организация кэш-памяти
- •9.1. Назначение и общая схема подключения кэш-памяти
- •9.2. Системы адресации кэш-памяти
- •9.3. Режимы работы кэш-памяти
- •9.4. Иерархическая структура кэш-памяти и средства управления кэш-памятью
- •9.5. Организация когерентности системы кэш-памяти в многопроцессорных системах с общей оперативной памятью.
- •Основные переходы. При запросах на чтение (r):
- •Чтение (sr2):e в s. При запросах на запись (w):
- •Глава 10. Организация системы памяти на жестких дисках
- •10.1.Дисковые массивы и уровни raid
- •125Стр. Из 292
1.2.Традиционная классификация эвм
Основой классификации первых отечественных ЭВМ являлась их сложность. Различались малые («Минск», «Урал»), средние («Стрела») и большие (БЭСМ - Большая Электронная Счетная Машина) ЭВМ. Это первое поколение ЭВМ на электронных лампах. Возможности ламповых ЭВМ были ограничены из-за эксплуатационных параметров ламповых элементов. Например, устройство управления и исполнительное устройство ЭВМ «Урал-1» содержали около 1000 двойных ламп. По нормам ежемесячный выход бракованных ламп составлял около 70 штук, а потребляемая мощность составляла 7 КВт, что затрудняло модернизацию ЭВМ за счет увеличения аппаратных средств. Развитие архитектуры в значительной степени зависело от развития (смены) элементной базы.
Второе поколение ЭВМ – это ЭВМ на полупроводниковых дискретных компонентах. Смена элементной базы в ЭВМ первых поколений позволила реализовать многие идеи, рожденные в процессе эксплуатации этих ЭВМ.
Например, в ЭВМ IBM-7030 производительность была повышена в 100 раз, причем в 10 раз за счет быстродействия новых элементов и еще в 10 раз за счет внедрения дополнительных аппаратных решений, которые невозможно было реализовать в рамках элементной базы второго поколения.
Появление ЭВМ третьего поколения, а конкретно семейства IBM/360, стало этапным. Это было семейство программно-совместимых ЭВМ, производительностью от 10 тысяч операций для младших моделей и до одного миллиона – для старших. Причем, программы, разработанные для одной модели семейства, могли исполняться на любых ЭВМ этого семейства. С появлением программно-совместимых семейств моделей ЭВМ (семейства IBM/360), в которые входили модели разной производительности, стали говорить о младших и старших моделях семейств. Необходимость младших моделей семейств диктовалась потребностями малых предприятий. Но наилучшее отношение «производительность/стоимость» имели старшие, наиболее производительные модели. Появилась тенденция развития средних и старших, высокопроизводительных моделей семейств.
Эту тенденцию нарушило появление нового класса ЭВМ – миникомпьютеров или мини-ЭВМ. Это была новая идеология построения ЭВМ. Первой ЭВМ нового класса стала 12-разрядная ЭВМ PDP-5, созданная в 1963 году фирмой DEC в качестве контроллера для управления ядерным реактором. Эта была не первая машина с небольшой разрядностью. И до, и после появления PDP-5 разрабатывались малоразрядные ЭВМ, но не все из них можно было отнести к классу мини-ЭВМ.
Главной особенностью мини-ЭВМ была их ориентация не на вычисление, а на управление. Это были программируемые устройства управления – контроллеры. Слово "мини" в названии класса ЭВМ означало скорее не "миниатюрная", а "минимальная" (ограниченная, урезанная). В мини-ЭВМ урезывались вычислительные возможности (набор арифметических команд и точность вычисления). Для мини-ЭВМ была разработана своя упрощенная архитектура. С появлением мини-ЭВМ модели традиционных семейств ЭВМ с "нормальными" вычислительными возможностями получили название «ЭВМ общего назначения».
Мини-ЭВМ появились в нужный момент, когда область применения ЭВМ перемещалась из сферы расчётов в сферу управления и обработки символьной информации, где не требовалась большая точность вычислений и обработка чисел с плавающей запятой. Для таких работ использование ЭВМ общего назначение было неэкономично. Даже в научной сфере использование только ЭВМ общего назначения было нерентабельным. Поэтому многие фирмы переключились на производство мини-ЭВМ. Как и ЭВМ общего назначения, мини-ЭВМ выпускались в виде серий программно-совместимых моделей от мини до супермини. Большой спрос на мини-ЭВМ определил их быстрое развитие, падение цены и рост их вычислительных возможностей. Наступило время, когда мини-ЭВМ стало целесообразно использовать и для чисто вычислительных работ вместо младших моделей ЭВМ общего назначения. В настоящее время разработчики мини-ЭВМ, соблюдая программную совместимость с прежними моделями, увеличили разрядность своих ЭВМ до 32 и даже до 64 бит. Сейчас эти ЭВМ используются в качестве мощных рабочих станций.
Мини-ЭВМ разрабатывались как программируемые контроллеры (устройства управления) довольно крупных объектов: атомных реакторов, прокатных станов и т.д. С развитием технологии интегральных схем с большой степенью интеграции в 70-х годах стало возможным реализовать программируемые контроллеры и для более мелких объектов: стиральных машин, пылесосов и т.д. Появился новый класс ЭВМ на основе микропроцессоров – микро-ЭВМ.
Микро-ЭВМ ориентированы на управление объектами с малым количеством управляемых параметров. По этой причине основное "урезание возможностей" в микро-ЭВМ сводилось к ограничению по количеству точек управления и, возможно, разрядности данных.
Огромный спрос на мини- и микро-ЭВМ стимулировал как развитие цифровой микросхемотехники, так и развитие и расширение области применения мини- и микро-ЭВМ. В настоящее время достаточно сложные микроконтроллеры, имеющие на входах и выходах аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, конструктивно размещаются на одном кристалле. Это однокристальные ЭВМ.
Успехи микроэлектроники создали условия для возникновения нового продукта массового применения: ЭВМ типа "one on one - один для одного", т.е. персонального компьютера ПК (PC – Personal Computer).
РС появились в результате эволюции микро-ЭВМ после перехода элементной базы от интегральных схем с малой и средней степенью интеграции к большим и сверхбольшим интегральным схемам. Архитектура РС имеет существенные отличия от архитектуры микро-ЭВМ. Эти отличия определялись стремлением разработчиков получить полноценный процессор на одном кристалле и создать ЭВМ для широкого круга применений, используя простое и дешевое внешнее окружение процессора: память, систему ввода/вывода и т.д. Большое значение придавалось открытости системы – приспособленности к изменению конфигурации, наращиванию вычислительной мощности. Особое внимание придавалось простоте общения с РС.
Изначально персональный компьютер был ориентирован на использование непрофессионалами. Это фермеры и другие предприниматели, деятельность которых предполагает регулярные отчеты о доходах. Для этого круга пользователей важно было автоматизировать процедуры записи доходов, расходов и составления налоговых деклараций без найма "дорогих" программистов. По этой причине персональный компьютер должен был содержать простейшие программные продукты для ведения документооборота: базу данных, электронные таблицы, текстовый редактор и простейший язык программирования "Бейсик".
В настоящее время парк PC во всем мире насчитывает сотни миллионов единиц и продолжает расти. Наиболее распространенным типом PC являются компьютеры, разработанные фирмами Intel и Microsof в составе фирмы IBM. Впоследствии Intel (аппаратные средства) и Microsoft (программное обеспечение) вышли из состава IBM. Большинство PC этих фирм в настоящее время имеют небольшие отличия от базовой модели и называются IBM-совместимыми.
Другим весьма популярным типом PC являются компьютеры Maсintosh фирмы Apple. Они по своим показателям часто превосходят IBM-совместимые, но имеют большую стоимость.
PC завоевал хорошие позиции на компьютерном рынке благодаря своей низкой стоимости и усилиями разработчиков по ориентации PC на комфортабельную работу пользователя. Это разработка дружественных пользовательских интерфейсов (аппаратно-программных средств общения пользователя с PC) и инструментальных средств для автоматизации разработки прикладных программ.
Вопросы для самопроверки:
1. ЭВМ первого поколения.
2. ЭВМ второго поколения.
3. ЭВМ третьего поколения.
4. Основной признак смены поколения ЭВМ.
5. Причины появления семейств программно-совместимых ЭВМ.
6. Особенности мини-ЭВМ.
7. Особенности микро-ЭВМ.
8. Особенности и предназначение PC.