- •Базовые функции компьютера общего назначения. Взаимодействие компьютера с информационной средой.
- •«Узость» понятия «Архитектура компьютера». Структурная организация компьютера.
- •Уровни организации компьютера.
- •Концепция фон Неймана.
- •Машина фон Неймана: принцип разработки, базовые компоненты.
- •Цикл выполнения команды: состояния; детализированный граф переходов.
- •Архитектура системы команд: основные понятия, свойства, общая характеристика.
- •Команды компьютера общего назначения: основные группы.
- •Команды компьютера общего назначения: компоненты, формат, операционная часть.
- •Символическое представление команды. Критерии выбора формата команд.
- •Адресная часть команды компьютера общего назначения. Варианты реализации.
- •Режимы адресации: непосредственный, прямой, регистровый.
- •Адресация со смещением: общие принципы, относительная адресация, адресация через регистр базы.
- •Стековая адресация: принципы реализации, виды стека, управление стеком, стек-ориентированные операции.
- •Выполнение арифметических операций в компьютере со стековой архитектурой. Полиз.
- •Адресация с индексированием: общие принципы, разновидности.
- •Базовые типы операндов: данные логического типа, строки, адреса.
- •Базовые типы операндов: числа, разрядность основных форматов, размещение в памяти.
- •Данные символьного типа: юникод.
- •Данные символьного типа: общие сведения, принципы кодирования, стандарты ascii и iso 8859, кодовые страницы.
- •Архитектура на основе общей магистрали. Характеристики системной магистрали.
- •Алгоритм функционирования системной магистрали. Взаимодействие устройств.
- •Иерархия магистралей: двух- и трехшинная архитектура.
- •Шинный арбитраж: предпосылки введения, схемы приоритетов.
- •Шинный арбитраж: алгоритмы динамического изменения приоритетов.
- •Централизованный параллельный и многоуровневый арбитраж шины.
- •Централизованный последовательный арбитраж.
- •Децентрализованный арбитраж шин.
- •Опросные схемы арбитража шин.
- •Протокол шины: понятие, виды протоколов. Транзакции синхронной шины.
- •Асинхронные протоколы шины: транзакции, тайм-ауты.
- •Пакетный режим пересылки информации. Конвейеризация транзакций.
- •Расщепление транзакций. Увеличение полосы пропускания шины.
- •Система ввода-вывода: назначение элементов, организация адресного пространства.
- •Детализированные функции модуля ввода-вывода.
- •Структурная организация модуля ввода-вывода.
- •Алгоритм обмена информацией между центральным процессором и внешним устройством.
- •Способы организации ввода-вывода. Программно управляемый ввод-вывод.
- •Команды, используемые при программно управляемом вводе-выводе.
- •Ввод-вывод по прерываниям: принципы, механизм.
- •Методы идентификации устройств, запрашивающих прерывание.
- •Векторные прерывания: принципы реализации, виды.
- •Приоритеты прерываний. Отличие последовательной обработки прерываний от обработки вложенных прерываний.
- •Контроллер прямого доступа к памяти (кпдп): состав и назначение компонентов, инициализация.
- •Алгоритм обмена на основе пдп. Буферизация данных.
- •Варианты реализации механизма пдп. Достоинства и недостатки.
- •Понятия канала ввода-вывода и процессора ввода-вывода.
- •Канальная программа. Управляющее слово канала.
- •Алгоритм функционирования канала ввода-вывода. Способы организации взаимодействия ву с каналом.
- •Режимы канала ввода-вывода.
- •Методы доступа к данным в памяти компьютера.
- •Параметры оценки быстродействия памяти.
- •Иерархическая архитектура памяти компьютера: предпосылки внедрения, принципы реализации и функционирования.
- •Локальность по обращению: виды, использование в архитектурных решениях.
- •Иерархия памяти компьютера: характеристики, описание уровней.
- •Основная память компьютера: назначение, типы запоминающих устройств, способы организации
- •Адресная организация памяти компьютера.
- •Блочная организация памяти: назначение, виды, факторы эффективности применения.
- •Расслоение памяти и чередование адресов: назначение, принцип реализации.
- •Ассоциативная память: логическая организация, функционирование.
- •Логическая и функциональная организация кэш-памяти прямого отображения.
- •Логическая и функциональная организация полностью ассоциативной кэш-памяти.
- •Логическая и функциональная организация множественно-ассоциативной кэш-памяти.
- •Алгоритмы замещения информационных блоков в кэш-памяти: назначение, виды, реализация.
- •Согласование содержимого кэш-памяти и оп. Стратегии записи в кэш-памяти.
- •Многоуровневая кэш-память. Принстонская и гарвардская архитектуры кэш-памяти.
- •Виртуализация памяти компьютеров: предпосылки внедрения, принцип реализации, виды виртуальной памяти.
- •Концепция страничной организации памяти. Взаимодействие виртуальной памяти с кэш-памятью.
- •Ограничения страничной организации памяти. Сегментация памяти.
- •Проблемы динамического распределения памяти при сегментации. Сегментно-страничная организация памяти.
- •Метод колец защиты памяти.
- •Метод граничных регистров памяти.
- •Защита памяти по ключам.
- •Концепция raid: принципы построения массивов дисковой памяти, назначение, способы реализации.
- •Дисковые массивы raid уровней 0, 1, 10: назначение, принципы реализации, свойства.
- •Дисковые массивы raid уровней 5, 6: назначение, принципы реализации, свойства.
- •Многопортовые озу и озу типа fifo.
- •Прерывания: фаза прерывания, поток данных, классы прерываний.
- •Арифметический конвейер: назначение, принципы реализации. Понятие суперконвейера.
- •Конвейерная обработка данных: предпосылки внедрения, принципы реализации, способы синхронизации ступеней.
- •Синхронный конвейер: реализация 6-ступенчатого конвейера, метрики эффективности, оценка выигрыша от внедрения.
- •Виды рисков синхронного конвейера.
- •Методы снижения приостановок конвейера.
- •Risc-архитектура: предпосылки создания, принципы реализации.
- •Risc-архитектура: средства оптимизации использования регистров.
- •Параллелизм уровня команд. Концепция vliw-архитектуры.
- •Суперскалярные компьютеры: принципы построения, структура процессора.
Базовые функции компьютера общего назначения. Взаимодействие компьютера с информационной средой.
Компьютер – устройство, которое принимает данные, обрабатывает их в соответствии с хранимой программой, генерирует результаты и обычно состоит из блоков ввода-вывода, памяти, арифметики, логики и управления.
Базовые функции компьютера:
- хранение данных
- перемещение данных
- обработка данных
- управление.
Взаимодействие компьютера с информационной средой происходит с помощью устройств ввода-вывода. С помощью устройств ввода осуществляется предоставление информации компьютеру, с помощью устройств вывода информация передается от компьютера к информационной среде. Чаще всего компьютер рассчитан на работу с данными, представленными с помощью двоичных кодов. Внешняя среда иногда требует участия человека в обмене информацией с компьютером, что приводит к необходимости преобразование двоичной информации в формат, понятный пользователю.
«Узость» понятия «Архитектура компьютера». Структурная организация компьютера.
Архитектура компьютера - логическое построение компьютера, т.е. то, каким компьютер представляется программисту. Охватывает:
- перечень и формат команд;
- формы представления данных;
- механизмы ввода-вывода;
- способы адресации памяти и т.п.
Из рассмотрения исключены вопросы физического построения компьютерных средств, совокупность которых называют структурной организацией компьютера:
- состав устройств;
- число регистров процессора;
- емкость памяти;
- наличие специального блока для обработки вещественных чисел;
- тактовая частота центрального процессора и т.д.
Уровни организации компьютера.
уровень черного ящика:
(компьютер, его входы и выходы)
уровень общей архитектуры:
(ЦП - центральный процессор, МВВ – модуль ввода-вывода, ОП – основная память, и шины, их объединяющие)
уровень архитектуры ЦП:
(АЛУ – арифметико-логическое устройство, УУ – устройство управления, БПЗ – блок обработки данных с плавающей запятой( может быть частью АЛУ), регистры и шины, их объединяющие)
уровень архитектуры УУ:
(регистры УУ, ЛПП – логика программной последовательности, Память УУ, ЛФУ – логика формирования управления(сигналов), и шины, их объединяющие)
Концепция фон Неймана.
Синоним: концепция хранимой программы
Компьютер IAS (1952 г.) – прототип всех последующих компьютеров общего назначения с хранимой в памяти программой:
Четыре принципа концепции:
- двоичное кодирование:
Вся информация (как данные, так и команды) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. (Обычно: числа – поле знака, значащих разрядов; команды – поле кода операции и адресная часть).
- программное управление:
Все вычисления должны быть представлены в виде программы. Программа – последовательность команд. Каждая команда соответствует определенной операции; команды хранятся и выполняются в естественной последовательности (порядок выполнения может быть изменен специальными командами)
- однородность памяти:
Команды и данные:
- хранятся в одной и той же памяти;
- внешне в памяти неразличимы; распознаются только по способу использования.
- адресуемость:
ОП – совокупность пронумерованных ячеек памяти, каждая из которых в любой момент доступна ЦП. Команды и данные:
1. разделены на единицы информации – слова;
2. хранятся в ячейках памяти;
3. доступ производится по номерам ячеек – адресам.