Persondatorers och datorsystems allmänna sammansättning och struktur. programvara


ARKITEKTUR AV DATORER OCH SYSTEM

föreläsningsanteckningar

Datorns huvudsakliga egenskaper. Allmänna principer för att bygga moderna datorer. Allmän information och klassificering av minnesenheter. Arkitektonisk organisation av datorprocessorn. Maskininstruktionsstruktur. Adresseringsmetoder. Funktioner hos mikroprocessorarkitekturer. Superskalär mikroprocessorarkitektur. Principer för organisationen av programavbrottssystemet. Klassificering av datorsystem.

Källa / fil / 14319 /

Föreläsning 1. PRINCIPER FÖR KONSTRUKTION OCH ARKITEKTUR AV DATOR

1.1. Datorns huvudsakliga egenskaper

Elektronisk dator - en uppsättning tekniska och mjukvaruverktyg utformade för att automatisera förberedelse och lösning av användaruppgifter.

Struktur - en uppsättning element och deras kopplingar. Skilja mellan strukturerna för teknik, mjukvara och hårdvara mjukvaruverktyg.

Datorarkitektur - det är en hierarki på flera nivåer av hårdvara och mjukvara, från vilken en dator är byggd. Var och en av nivåerna möjliggör multivariat konstruktion och tillämpning. Den specifika implementeringen av nivåerna bestämmer funktionerna i datorns strukturella konstruktion.

En av de viktigaste egenskaperna hos en dator är dess fart, vilket kännetecknas av antalet kommandon som exekveras av datorn per sekund. Eftersom sammansättningen av datorkommandon inkluderar operationer som är olika i varaktigheten av exekvering och sannolikheten för deras användning, är det vettigt att karakterisera den antingen av datorns genomsnittliga hastighet eller av den begränsande (för den "kortaste" operationer av typen "register-register"). Moderna datorer har mycket höga prestandaegenskaper när det gäller hastighet, mätt i hundratals miljoner operationer per sekund. Till exempel har den nyaste Merced-mikroprocessorn, samtillverkad av Intel och Hewlett-Packard, en toppprestanda på över en miljard operationer per sekund.

Annan väsentlig egenskap Stordator är lagringskapacitet. Denna indikator låter dig bestämma vilken uppsättning program och data som kan finnas samtidigt i minnet. För närvarande kan persondatorer teoretiskt ha en kapacitet random access minne 768MB (chipset BX). Denna indikator är mycket viktig för att avgöra vilken mjukvarupaket och deras ansökningar kan behandlas samtidigt i maskinen.

Tillförlitlighet - det är en dators förmåga att under vissa förhållanden utföra de nödvändiga funktionerna under en given tidsperiod. Till exempel har moderna hårddiskar en MTBF på upp till 500 tusen timmar. (ca 60 år gammal).

Noggrannhet - förmågan att särskilja nästan lika värden. Noggrannheten för att erhålla bearbetningsresultaten bestäms huvudsakligen av datorns bitkapacitet, såväl som de strukturella enheter som används för att representera information (byte, ord, dubbelord). Med hjälp av programmeringsverktyg för högnivåspråk kan detta intervall ökas flera gånger, vilket gör det möjligt att uppnå mycket hög noggrannhet.

Trovärdighet- informationens egendom ska uppfattas korrekt. Tillförlitlighet kännetecknas av sannolikheten att få felfria resultat. Den specificerade tillförlitlighetsnivån tillhandahålls av hård- och mjukvarukontrollen av själva datorn. Metoder för tillförlitlighetskontroll är möjliga genom att lösa referensproblem och upprepade beräkningar. I särskilt kritiska fall tas kontrollbeslut på andra datorer och resultaten jämförs.

1.2 Klassificering av elektronisk utrustning

Traditionellt är elektronisk datorteknik (EVT) uppdelad i analog och digital. Sällsynta prover av analoga datorer används främst i design- och forskningsinstitutioner som en del av olika stånd för utveckling av komplexa utrustningsprover. Genom sitt syfte kan de betraktas som specialiserade datorer.

Det som ansågs vara en modern stordator för 10-15 år sedan. för närvarande är det en föråldrad teknik med mycket blygsamma möjligheter. Under dessa förhållanden blir alla föreslagna klassificeringar av datorer mycket snabbt föråldrade och måste korrigeras. Till exempel i klassificeringar för tio år sedan användes namnen på mini-, mellan- och mikrodatorer flitigt, som nästan har försvunnit från vardagen.

Akademikern V.M. Glushkov påpekade att det finns tre globala sfärer av mänsklig aktivitet, som kräver användning av kvalitativt olika typer av datorer.

Den första riktningen är traditionell - användningen av datorer för automatisering av beräkningar. Ett utmärkande drag för denna riktning är närvaron av en bra matematisk grund, som fastställs av utvecklingen av matematiska vetenskaper och deras tillämpningar. De första och sedan efterföljande datorerna i den klassiska strukturen skapades i första hand för att automatisera beräkningar.

Det andra tillämpningsområdet för datorer är förknippat med deras användning i kontrollsystem. Det föddes på 60-talet, när datorer började introduceras i kontrollslingorna för automatiska och automatiserade system. Den matematiska grunden för detta område skapades under de kommande 15-20 åren. Ny ansökan datormaskiner krävde en ändring av deras struktur. Datorerna som användes för kontroll var inte bara tänkta att tillhandahålla beräkningar, utan också för att automatisera insamlingen av data och distributionen av bearbetningsresultat.

Den tredje riktningen är förknippad med användningen av datorer för att lösa problem med artificiell intelligens. Låt oss komma ihåg att uppgifterna för artificiell intelligens innebär att inte erhålla ett exakt resultat, utan oftast ett medelvärde i statistisk, probabilistisk mening. Det finns många exempel på sådana problem: robotproblem, satsbevisande, maskinöversättning texter från ett språk till ett annat, planering med hänsyn till ofullständig information, göra prognoser, modellera komplexa processer och fenomen osv. Denna riktning tar fart mer och mer. Inom många områden inom vetenskap och teknik skapas och förbättras databaser och kunskapsbaser, expert system... Mjölkning teknisk support I denna riktning behövs kvalitativt nya datorstrukturer med ett stort antal datorer (datorer eller bearbetningselement) som ger parallellitet i beräkningar. I huvudsak ger datorer vika för de mest komplexa datorsystemen.

En annan klass av de mest utbredda elektroniska datorerna är inbyggda mikroprocessorer. Framsteg inom mikroelektronik gör det möjligt att skapa miniatyrberäkningsenheter, upp till enkristalldatorer. Dessa enheter, universella till sin natur, kan byggas in i enskilda maskiner, objekt, system. De hittar allt större tillämpning i hushållsapparater (telefoner, tv-apparater, elektroniska klockor, mikrovågsugnar etc.), i stadsekonomin (energi, värme, vattenförsörjning, trafikstyrning etc.), i produktionen (robotteknik, processtyrning). Gradvis kommer de in i vårt liv och förändrar mer och mer den mänskliga miljön.

Sålunda kan man föreslå följande klassificering datorteknik, som bygger på deras uppdelning efter hastighet,

Superdator för att lösa storskaliga beräkningsproblem. för att betjäna de största informationsdatabankerna.

Stora datorer för anskaffning av avdelningar, territoriella och regionala datorcentra.

Datorer för allmänna ändamål för att hantera komplexa tekniska produktionsprocess... Datorer av denna typ kan också användas för att styra distribuerad informationsbehandling som nätverksservrar.

Personliga och professionella datorer , tillåter att tillfredsställa individuella behov användare. På basis av denna klass av datorer byggs automatiserade arbetsstationer (AWS) för specialister på olika nivåer.

Inbyggda mikroprocessorer som automatiserar kontrollen av enskilda enheter och mekanismer.

1.3. Allmänna principer för att bygga moderna datorer

Den grundläggande principen för konstruktion av alla moderna datorer är programkontroll. Den bygger på presentationen av en algoritm för att lösa alla problem i form av ett beräkningsprogram. Metoden som beskrevs av J. von Neumann 1945 under konstruktionen av de första modellerna av datorer blev standarden för konstruktionen av praktiskt taget alla datorer. Dess väsen är som följer.

Alla beräkningar som föreskrivs av algoritmen för att lösa problemet bör presenteras i form av ett program som består av en sekvens av styrkommandoord. Varje kommando innehåller indikationer på en specifik operation som utförs, placeringen av operanderna (adresserna till operanderna) och ett antal servicetecken. Operander - variabler vars värden är involverade i datatransformationsoperationer. En lista (array) över alla variabler (indata, mellanvärden och beräkningsresultat) är en annan viktig del av alla program.

För att komma åt program, kommandon och operander används deras adresser. Adresserna är antal datorminnesceller avsedda för lagring av objekt. Olika typer av objekt som finns i datorminnet identifieras av kontexten.

En sekvens av bitar i ett format som har en viss betydelse kallas fält. Till exempel skiljer varje programkommando mellan ett opcodefält och ett operandadressfält. När det gäller numerisk information särskiljs teckenbitar, ett fält med signifikanta siffror av siffror, bitar av hög ordning och låg ordning.

En sekvens som består av ett visst antal byte som accepteras för en given dator anropas ord.

Ris. 1.1. Blockschema över datorer av första och andra generationen

I vilken dator som helst finns det informationsinmatningsenheter (IWD), med hjälp av vilka användare anger programmen för de uppgifter som ska lösas och data för dem i datorn. Den inmatade informationen, helt eller delvis, lagras först i random access memory (RAM), och överförs sedan till en extern lagringsenhet (VCU), avsedd för långtidslagring av information, där den konverteras till en fil . När en fil används i en beräkningsprocess överförs dess innehåll till RAM. Därefter läses programinformationen kommando för kommando in i styrenheten (CU).

Styrenheten är avsedd för automatisk exekvering av program genom påtvingad koordinering av alla andra datorenheter. Styrsignalkretsarna visas i fig. 1.1 med streckade linjer. Kommandon som anropas från RAM dekrypteras av kontrollenheten: koden för operationen som ska utföras härnäst och adresserna till operanderna som deltar i denna operation bestäms.

Beroende på antalet operander som används i kommandot finns det en-, två-, tre-, fyraadress- och icke-adresskommandon. I unicast-kommandon indikeras var en av de två operander som bearbetas finns. Den andra operanden måste placeras i förväg i den aritmetiska enheten.

Tvåadresskommandon innehåller instruktioner om de två operanderna som är allokerade i minnet (eller i register och minne). Efter att kommandot har utförts skickas resultatet till en av dessa adresser, och operanden som finns där går förlorad.

I instruktioner med tre adresser anger vanligtvis två adresser var källoperanderna finns, och den tredje anger var resultatet ska placeras.

I oadresserade instruktioner bearbetas vanligtvis en operand, som före och efter operationen finns i ett av registren för aritmetisk-logisk enhet (ALU). Dessutom används oadresserade kommandon för att utföra tjänsteoperationer (avbrottsavbrott, utgång från en subrutin, etc.).

Alla programkommandon exekveras sekventiellt, kommando för kommando, i den ordning de skrivs i datorns minne (kommandonas naturliga ordning) eller om kommandot är fyra-adress (typiskt för de första datorerna) adress följande kommandoär i fältet för den fjärde operanden. Denna ordning är typisk för linjära program, dvs. program som inte innehåller förgreningar. För att organisera grenarna används kommandon som bryter mot den naturliga ordningen för kommandona. Separata resultatindikatorer r (r= 0, r < 0, r> 0, etc.) som styrenheten använder för att ändra ordningen för exekvering av programkommandon.

ALU utför aritmetiska och logiska operationer på data. Huvuddelen av ALU är en operationsautomat, som inkluderar adderare, räknare, register, logiska omvandlare, etc. Den konfigureras om varje gång för att utföra nästa operation. Resultaten av utförandet av individuella operationer sparas för senare användning i ett av ALU-registren eller skrivs till minnet. Resultaten som erhålls efter utförandet av hela beräkningsprogrammet överförs till informationsutmatningsenheterna (UVv). En bildskärm, en skrivare, en plotter etc. kan användas som UV-utgång.

Moderna datorer har tillräckligt utvecklade system för maskindrift. Till exempel har datorer av IBM PC-typ cirka 200 olika operationer (170 - 300, beroende på typ av mikroprocessor). Varje operation i en dator utförs enligt ett specifikt mikroprogram, som implementeras i ALU-kretsarna genom en motsvarande sekvens av styrsignaler (mikroinstruktioner). Varje enskild mikroinstruktion är den enklaste elementära datatransformationen såsom algebraisk addition, skiftning, informationsomskrivning, etc.

Redan i de första datorerna, för att öka deras produktivitet, användes kombinationen av operationer flitigt. I det här fallet utfördes de sekventiella faserna av exekveringen av individuella programkommandon (bildning av operandadresser, val av operander, exekvering av en operation, sändning av resultatet) av separata funktionsblock. I sitt arbete bildade de en pipeline, och deras parallella arbete gjorde det möjligt att bearbeta olika faser av ett helt block av kommandon. Denna princip utvecklades vidare i kommande generationers datorer. Men ändå hade de första datorerna en mycket stark centralisering av styrningen, enhetliga standarder för kommando- och dataformat, en "stel" konstruktion av cykler för att utföra individuella operationer, vilket till stor del beror på funktionshinder elementbasen som används i dem. Den centrala styrenheten betjänade inte bara beräkningsoperationer, utan också in- och utdataoperationer, dataöverföring mellan lagringsenheter etc. Allt detta gjorde det möjligt att något förenkla datorutrustningen, men begränsade kraftigt tillväxten av deras produktivitet.

I den tredje generationens dator har strukturen blivit mer komplex på grund av separationen av processerna för input-output av information och dess bearbetning (Fig. 1.2).

De tätt kopplade ALU- och UU-enheterna namngavs CPU, G.e. en enhet utformad för att behandla data. Dök också upp i datorkretsen ytterligare enheter, som hade namn: input-output-processorer, informationsutbytesstyrenheter, input-output-kanaler (KVV). Efternamnet fick störst spridning i förhållande till stordatorer. Här finns en tendens till decentralisering av styrning och parallelldrift av enskilda enheter. vilket gjorde det möjligt att dramatiskt öka hastigheten på datorn som helhet.

Ris. 1.2. Blockschema över tredje generationens dator

Bland ingångs-utgångskanalerna urskiljdes multiplexkanaler, som kan betjäna ett stort antal långsamt arbetande ingångs-utgångsenheter (I/O-enheter). och väljarkanaler som betjänar externa höghastighetslagringsenheter (VCM) i flerkanalslägen.

I persondatorer tillhörande datorer av fjärde generationen skedde en ytterligare förändring i strukturen (fig. 1.3). De ärvde det från en minidator.

Ris. 1.3. Strukturdiagram av en persondator

Anslutningen av alla enheter till en enda maskin tillhandahålls med hjälp av en gemensam buss, som är en dataöverföringslinje, adresser, styrsignaler och strömförsörjning. ett system hårdvarusammankoppling har avsevärt förenklat strukturen, vilket gör den ännu mer decentraliserad. All dataöverföring på bussen sker under kontroll av serviceprogram.

Kärnan i PC:n består av en processor och ett huvudminne (RAM), som består av slumpmässigt åtkomstminne och läsminne (ROM). ROM:en är avsedd för permanent lagring av PC:s initiala testprogram (POST) och OS-start. Anslutning av alla externa enheter (VNU), skärm, tangentbord, externa lagringsenheter och andra tillhandahålls genom lämpliga adaptrar - hastighetsadaptrar för de ihopparade enheterna eller kontrollerna - speciella enheter för att styra kringutrustning. Styrenheter i en PC spelar rollen som ingångs-utgångskanaler. Som speciella enheter bör en timer urskiljas - en enhet för att mäta tid och en styrenhet för direktåtkomst till minne (KPD) - en enhet som ger tillgång till OP, förbi processorn.

Decentralisering av konstruktion och förvaltning har väckt följande element till liv, som är den allmänna standarden för strukturerna hos moderna datorer:

modularitet av konstruktion, ryggrad, ledningshierarki.

Modulariteten i konstruktionen förutsätter allokeringen av tillräckligt autonoma, funktionellt och strukturellt kompletta enheter (processor, minnesmodul, hårddisk eller flexibel Main-nite-disk) i datorstrukturen.

Datorns modulära design gör det öppna system kan anpassa och förbättra. Ytterligare enheter kan anslutas till datorn, vilket förbättrar dess tekniska och ekonomiska indikationer... Det finns en möjlighet att öka datorkraften, förbättra strukturen genom att ersätta enskilda enheter med mer avancerade, ändra och hantera konfigurationen av systemet, anpassa det till specifika användningsförhållanden i enlighet med användarnas krav.

I moderna datorer utvidgas principen om decentralisering och parallelldrift både till kringutrustning och till själva datorerna (processorer). Det har dykt upp datorsystem som innehåller flera miniräknare(Datorer eller processorer), som arbetar tillsammans och parallellt. Inuti själva datorn skedde en ännu skarpare funktionsfördelning mellan bearbetningsmedel. Separata specialiserade processorer dök upp, till exempel samprocessorer som behandlar flyttal, matrisprocessorer, etc.

Alla befintliga typer av datorer tillverkas familjer, där senior- och juniormodeller urskiljs. Det finns alltid möjlighet att ersätta en svagare modell med en mer kraftfull. Detta tillhandahålls av information, hårdvara och programvarukompatibilitet... Programvarukompatibilitet i familjer etableras på en bottom-up-basis, d.v.s. program utvecklade för tidiga och yngre modeller kan bearbetas på äldre, men inte nödvändigtvis tvärtom.

Datorstrukturens modularitet kräver standardisering och förening av utrustning, en rad hårdvara och mjukvara, gränssnittsmedel, designlösningar, förening av standardersättningselement, elementbas och normativ och teknisk dokumentation. Allt detta bidrar till förbättringen av datorers tekniska och operativa egenskaper, tillväxten av tillverkningsbarheten för deras produktion.

Decentralisering av styrning innebär hierarkisk organisation av datorstrukturen. Centraliserad styrning utförs av huvud- eller centralprocessorns styrenhet. Moduler anslutna till den centrala processorn (kontroller och KVV) kan i sin tur använda speciella buss eller ryggrad för utbyte av styrsignaler, adresser och data. Initieringen av modulerna tillhandahålls av kommandon centrala enheter, varefter de arbetar vidare egna program förvaltning. Resultaten av att utföra de nödvändiga operationerna presenteras av dem "upp i hierarkin" för korrekt samordning av allt arbete.

Datorminnessystemet är byggt enligt den hierarkiska principen. Så ur användarens synvinkel är det önskvärt att ha ett datorminne med stor informationskapacitet och hög hastighet. Minneskonstruktion på en nivå tillåter oss dock inte att samtidigt uppfylla dessa två motstridiga krav. Därför är minnet hos moderna datorer byggt på en pyramidal princip på flera nivåer.

Processorerna kan inkludera ett superoperativt minne med liten kapacitet bildat av flera dussin register med snabb tidåtkomst (ns enheter). Den lagrar vanligtvis data som används direkt i behandlingen.

Nästa nivå är cacheminnet. Det är en buffertlagringsenhet utformad för att lagra aktiva sidor på tiotals och hundratals Kbyte. Dataåtkomsttiden är 2-10 ns, och associativ datasampling kan användas. Cacheminne, som ett snabbare minne, är avsett att påskynda valet av programinstruktioner och bearbetade data. Användarprogrammen själva och data för dem placeras i direktminnet (kapacitet - miljoner maskinord, åtkomsttid 10-70 ns).

Vissa av de maskinprogram som ger automatisk kontroll av beräkningar och som används oftast kan placeras i läsminne (ROM). På de lägre nivåerna i hierarkin finns externa lagringsenheter på magnetiska media: hårda och flexibla magnetiska skivor, magnetband, magneto-optiska skivor, etc. De kännetecknas av lägre prestanda och mycket hög kapacitet.

Organisation av ett tidigt utbyte informationsflöden mellan minne på olika nivåer med decentraliserad hantering av dem gör det möjligt att betrakta minneshierarkin som ett enda abstrakt virtuellt minne. Det samordnade arbetet på alla nivåer tillhandahålls under kontroll av operativsystemens program. Användaren har förmågan att arbeta med minne som är mycket större än RAM-minnets kapacitet.

Decentralisering av kontroll och struktur av datorer gjorde det möjligt att gå över till mer komplexa multiprogram (flerprogram) lägen. I det här fallet kan datorn bearbeta flera användarprogram samtidigt.

I datorer med en processor är flerprogramsbehandling uppenbar. Den förutsätter parallell drift av enskilda enheter som är involverade i datoranvändning olika uppgifter användare. En dator kan till exempel skriva ut alla dokument och ta emot meddelanden som tas emot via kommunikationskanaler. I det här fallet kan processorn bearbeta data med hjälp av ett tredje program, och användaren kan ange data eller ett program för en ny uppgift, lyssna på musik, etc.

I datorer eller datorsystem med flera bearbetningsprocessorer kan flerprogramsarbete vara djupare. Automatisk kontroll av beräkningar innebär komplikationen av strukturen på grund av inkluderingen i dess sammansättning av system och block som separerar olika beräkningsprocesser från varandra, exklusive möjligheten för ömsesidig störning och fel (avbrotts- och prioriterade system, minnesskydd). De har ingen självständig betydelse i beräkningar, men det är de väsentligt element strukturer för att stödja dessa beräkningar.

Som du kan se, har ett halvsekels historia av utvecklingen av datorer gett ett inte särskilt brett utbud av grundläggande strukturer för datorer. Alla ovanstående strukturer går inte utöver den klassiska von Neumann-strukturen. De förenas av följande traditionella egenskaper:

Datorkärnan bildar en processor - den enda räknaren i strukturen, kompletterad med informationsutbyteskanaler och minne -

Linjär organisation av celler av alla typer av minne av en fast storlek;

Ennivåadressering av 11 minnesceller, vilket raderar skillnaden mellan alla typer av information:

Interiör maskinspråk låg nivå, där instruktioner innehåller elementära operationer för att konvertera enkla operander;

Konsekvent centraliserad förvaltning beräkningar;

Snarare primitiva kapaciteter hos input-output-enheter.

Trots alla framgångar som uppnåtts ger den klassiska strukturen hos en dator inga möjligheter att ytterligare öka produktiviteten. En kris har uppstått på grund av ett antal betydande brister:

Dåligt utvecklade sätt att bearbeta icke-numeriska data (strukturer, symboler, meningar, grafiska bilder, ljud, mycket stora datamängder, etc.);

Inkonsekvens av maskindrift med operatörer av högnivåspråk;

Primitiv organisation av datorminne;

Låg effektivitet hos datorer vid problemlösning som tillåter parallell bearbetning etc.

Alla dessa brister leder till en överdriven komplikation av komplexet av mjukvaruverktyg som används för att förbereda och lösa användarproblem.

I datorer av framtida generationer, med användning av "inbyggd artificiell intelligens", förväntas ytterligare komplikation av strukturen. Först och främst handlar det om förbättring av processerna för kommunikation mellan användare och datorer (användning av ljud- och videoinformation, multimediasystem, etc.), tillhandahållande av tillgång till databaser och kunskapsbaser, organisering parallell beräkning... Det råder ingen tvekan om att nya parallella strukturer med nya principer för sin konstruktion bör motsvara detta. Som ett exempel, låt oss påpeka att den snabbaste IBM-datorn för närvarande ger en hastighet på 600 MIPS (miljoner instruktioner per sekund), medan det största hyperkubsystemet, nCube, ger en hastighet på 123,10 3 MIPS. Beräkningar visar att kostnaden för en maskinoperation i ett hypersystem är ungefär tusen gånger mindre. Förmodligen kommer sådana system att tjäna stora informationslagringar.

Frågorna om organisation och funktion av datorenheter, maskiner och system beaktas. De logiska, informationsmässiga, algoritmiska och beräkningsgrunderna för byggnadssystem beskrivs. Stor uppmärksamhet ägnas åt datorernas och systemens arkitektur, deras klassificeringar, komponentkomponenter - information och beräkningar
miljöer och växlings- och kommunikationsmiljöer. Som ett exempel presenteras tekniska, strukturella, arkitektoniska komponenter i personliga maskiner och metoder för deras integration i detalj.
För studenter vid institutioner för gymnasieutbildning, som studerar i gruppen av specialiteter "Informatik och datorteknik".

Fysisk representation av den bearbetade informationen.
Här är distingerade analoga (kontinuerliga); digital (diskret handling); hybrid (vid vissa stadier av bearbetningen används olika sätt fysisk representation av data).

AVM - analoga datorer, eller datorer med kontinuerlig drift, arbetar med information,
presenteras i kontinuerlig (analog) form, det vill säga i form av en kontinuerlig serie värden av vilken fysisk kvantitet som helst (oftast elektrisk spänning):

Digitala datorer - digitala datorer, eller datorer med diskret handling, arbetar med information som presenteras i diskret, eller snarare, digital form. På grund av mångsidigheten hos den digitala formen av informationsrepresentation
Datorn är ett mer mångsidigt sätt att bearbeta data.

INNEHÅLL
Inledning 3
Kapitel 1. DATORNHETER OCH ENHETER. ALGORITMER OCH BERÄKNINGAR 7
1.1. Datorenheter och enheter, historik över problemet ("Tid - händelser - människor") 8
1.2. Klasser av datorer 20
1.3. Information, kodning, datorbehandling 33
1.4. Logiska grunder för datorer, element och noder 65
1.5. Algoritmer och program 87
Kapitel 2. ARKITEKTUR OCH STRUKTUR HOS DATORMASKINER OCH -SYSTEM 97
2.1. Grundläggande begrepp för datorarkitektur 97
2.2. Processor, struktur och drift 103
2.3. Processor Performance Technologies 115
2.4. Organisation av direktminnet 124
2.5. Gränssnitt 149
2.6. Externa enheter 173
Kapitel 3. DATORSYSTEM 227
3.1. Grundläggande definitioner. Klasser av arkitektur för datorsystem 228
3.2. Exempel på vissa datorsystemarkitekturer 251
3.3. Generaliserade idéer om arkitekturen för datorer, system och nätverk 264
3.4. Lovande typer av datorprocessorer 269
3.5. Minnessystem 290
3.6. Kommunikationsmiljöer 304
3.7. Omkopplare för datorsystem med flera processorer 311
3.8. Klustrade och massivt parallella system olika tillverkare 322
Kapitel 4. PERSONDATORER 334
4.1. PC-enhet på Intel 336-processorer
4.2. Intel 349-processorer
4.3. Processorlägen. Kommandosystem verkligt läge processorer 180x86. Assembler Interpretation (MASM) 368
4.4. Skyddat läge 419
4.5. BIOS och dess konfiguration 426
Slutsats 435
Referenser 440
Bilaga 1. Ordlista över termer och förkortningar (ryska) 443
Bilaga 2. Ordlista ( engelsk) 478
Bilaga 3. Kronologi för informatik och datateknik 496
Bilaga 4. Huvudtabellen över ASCII-tecken och deras kodningar.

Gratis nedladdning e-bok i ett bekvämt format, titta och läs:
Ladda ner boken Architecture of computers and computing systems, Maksimov N.V., Partyka T.L., Popov I.I., 2005 - fileskachat.com, snabb och gratis nedladdning.

Ladda ner pdf
Nedan kan du köpa den här boken på bästa pris med rabatt med leverans i hela Ryssland.

RYSKA FEDERATIONENS UTBILDNINGSMINISTERIET OCH VETENSKAP

FEDERAL UTBILDNINGSMYNDIGHET

SARAPUL INDUSTRIELL OCH EKONOMISK TEKNISK KUM

SPECIALITET 230103

TESTA

FÖR DISCIPLINEN "ARKITEKTUR AV DATORER OCH TILLBEHÖR"

GÖR AV EN STUDENT

GR. ASU-31SZ DRY A.V.

KONTROLLERADE

LÄRARE GABBASOVA F.F.

Sarapul

2005 - 2006 akademisk. år


1. DATORSYSTEM MED FLERA MASKINER .............. 3

2. KLASSIFICERING AV DATORER EFTER SYFTE OCH FUNKTIONELLA Förmåga ........................................ ................................... 6

3. FUNKTIONSDIAGRAM FÖR LOGISKA ELEMENT ...... 10


1. DATORSYSTEM FÖR MULTI-MASKIN

Datorsystem (ВС) - en uppsättning sammankopplade och interagerande processorer eller datorer, kringutrustning och programvara utformade för att samla in, lagra, bearbeta och distribuera information.

Skapandet av Försvarsmakten har följande huvudmål:

· Öka systemets prestanda genom att påskynda databehandlingen;

· Öka beräkningarnas tillförlitlighet och noggrannhet;

· Tillhandahållande av tilläggstjänster till användare m.m.

en utmärkande egenskap hos ett flygplan i förhållande till klassiska datorer är närvaron i det av flera datorer som implementerar parallell bearbetning .

Parallelliteten i utförandet av operationer ökar avsevärt systemets hastighet; det kan också avsevärt öka både tillförlitligheten (om en komponent i systemet misslyckas, kan dess funktioner tas över av en annan), och tillförlitligheten av systemets funktion, om operationer dupliceras, och resultaten av deras exekvering jämförs.

Parallellism i beräkningar komplicerar avsevärt kontrollen av beräkningsprocessen, användningen av hård- och mjukvaruresurser. Dessa funktioner utförs av flygplanets operativsystem.

Trots att klassikern är det multimaskin variant av flygplanet, i flygplanet kan det bara finnas en dator, men aggregerad med multifunktionell kringutrustning (kostnaden för kringutrustning är ofta många gånger högre än kostnaden för datorns centrala enheter). En dator kan ha både flera processorer (då finns det även en klassisk multiprocessorversion av BC), och en processor (om vi inte tar hänsyn till de specialiserade processorerna som ingår i kringutrustningen).

I ett multidatorberäkningssystem har flera processorer som ingår i beräkningssystemet inte ett gemensamt RAM-minne, utan var och en har sin egen (lokala) sådan. Varje dator in flera maskinsystem har en klassisk arkitektur, och ett sådant system används ofta. Effekten av att använda ett sådant datorsystem kan dock endast erhållas när man löser problem som har en mycket speciell struktur: det måste delas upp i lika många svagt sammankopplade deluppgifter som det finns datorer i systemet.


2. KLASSIFICERING AV DATORER EFTER SYFTE OCH FUNKTIONELLA Förmåga

Elektronisk datormaskin (ECM), dator - en uppsättning tekniska medel utformade för automatisk behandling av information i processen för att lösa beräknings- och informationsproblem.

Datorer kan klassificeras enligt ett antal egenskaper, särskilt:

· Fysisk presentation av den bearbetade informationen;

Generationer (skapelsestadier och elementbas);

· Användningsområden och användningsmetoder (samt storlek och processorkraft).

Beroende på tillämpningssfärerna och metoder för att använda datorer kan den delas in i följande grupper (Fig. 2.1).


Ris. 2.1. Klassificering efter användningsområden och användningsmetoder

3. FUNKTIONSDIAGRAM FÖR LOGISKA ELEMENT

Ett logiskt element i en dator är en del av en elektronisk logisk krets som implementerar en elementär logisk funktion.

De logiska elementen i datorer är elektroniska kretsar AND, OR, NOT, AND-NOT, OR-NOT och andra (även kallade grindar), samt en trigger.

Med hjälp av dessa scheman kan du implementera vilken logisk funktion som helst som beskriver driften av datorenheter. Vanligtvis har ventiler två till åtta ingångar och en eller två utgångar.

För att representera två logiska tillstånd - "1" och "0" i grindarna, har motsvarande ingångs- och utsignaler en av två inställda spänningsnivåer. Till exempel +5 volt och 0 volt.

En hög nivå är vanligtvis sann ("1") och en låg nivå är vanligtvis falsk ("0").

Varje logiskt element har sin egen symbol, som uttrycker dess logiska funktion, men indikerar inte vilken typ av elektronisk krets som är implementerad i den. Detta gör komplexa logiska kretsar lättare att skriva och förstå.

Funktionen av logiska element beskrivs med hjälp av sanningstabeller.

En sanningstabell är en tabellform av en logisk krets (operation) som listar alla möjliga kombinationer av sanningsvärdena för insignalerna (operander) tillsammans med sanningsvärdet för utsignalen (resultatet av operationen) för varje av dessa kombinationer.

Schema och

En OCH-krets implementerar kopplingen av två eller flera logiska värden.

Symbol på strukturella diagram OCH-kretsen med två ingångar visas i fig. 3.1. Sanningstabell - i tabell 3.1.


Ris. 3.1

Tabell 3.1

x y xy
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Enheten vid OCH-kretsens utgång kommer att vara om och endast om det finns enheter vid alla ingångar. När minst en ingång är noll, kommer utsignalen också att vara noll.

Förbindelsen mellan utgången z från denna krets och ingångarna x och y beskrivs av relationen: z = xy (läs som "x och y").

Konjunktionsoperationen på funktionsdiagram betecknas med "&" (läses som "ampersand"), vilket är en förkortning av det engelska ordet och.

SCHEMA ELLER

Ett ELLER-schema implementerar disjunktionen av två eller flera logiska värden.

När åtminstone en ingång på ELLER-kretsen är en, kommer dess utgång också att vara en.

Symbolen för ELLER-kretsen visas i fig. 3.2. Tecknet "1" i diagrammet kommer från den föråldrade beteckningen disjunktion som "> = 1" (det vill säga värdet på disjunktionen är lika med ett om summan av värdena för operanderna är större än eller lika med till 1). Förbindelsen mellan z-utgången på denna krets och x- och y-ingångarna beskrivs av relationen: z = x v y (läs som "x eller y"). Sanningstabell - i tabell. 3.2.


Ris. 3.2

Tabell 3.2

x y x v y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

SCHEMA INTE

NOT-kretsen (växelriktaren) implementerar negationsoperationen. Förbindelsen mellan ingången x på denna krets och utgången z kan skrivas som z =

där det står "inte x" eller "invers av x".

Om kretsens ingång är 0, är ​​utgången 1. När ingången är 1, är utgången 0. Symbolen för växelriktaren finns i figur 3.3, och sanningstabellen finns i tabell. 3.3.


Ris. 3.3

Tabell 3.3

x
0 1
1 0

Utdrag från GOS STR

Förklarande anteckning

Mål och mål för disciplinen

Krav på nivån på att behärska ämnets innehåll

Disciplinens omfattning och typer av pedagogiskt arbete

Avsnitt (ämnen) i disciplinen

Pedagogisk - metodiskt stöd discipliner

Logistik för disciplinen

Kontrollformer, en lista över frågor som ska kompenseras

1. Utdrag från SES STR

OPD.00

Allmänna yrkesdiscipliner

OPD.05

Datorarkitektur och datorsystem:

presentation av information i datorsystem; arkitektur och funktionsprinciper för de huvudsakliga logiska blocken av datorsystem; processorns interna organisation; processorregister; organisation och drift av minne; fysiskt, linjärt, sid-, segment- och virtuellt minne; cacheminne; skyddat driftsätt; minneshantering; typer av adressering; bussstruktur och typer av däck; göra flera saker samtidigt; processorarkitektur; sammankoppling med kringutrustning, organisation och driftlägen för processorn; grundläggande processorinstruktioner, processordriftscykel, användning av avbrott, felsökningsprogram; typer av datorsystem och deras arkitektoniska egenskaper, parallellitet och pipelining av beräkningar, klassificering av datorplattformar, fördelar och nackdelar med olika typer av datorsystem

2. Förklarande anmärkning

Program akademisk disciplin"Arkitektur av datorer och datorsystem" är utformad för att implementera statliga krav på minimiinnehåll och utbildningsnivå för akademiker inom specialitetenTillämpad informatikgymnasieutbildning och är lika för alla utbildningsformer.

Den akademiska disciplinen "Arkitektur av datorer och datorsystem" är en allmän yrkesdisciplin som utgör den grundläggande kunskapsnivån för att behärska speciella discipliner.

Undervisningen i disciplinen bör ha en praktisk inriktning och genomföras i nära anslutning till allmänna yrkesdiscipliner: ” OS och miljö "," Grunderna för algoritmisering och programmering "," Diskret matematik "," Tekniska medel för informationsbildning ".

Arbetsplanen för denna disciplin bestäms: teoretisk utbildning 54 timmar, praktiska lektioner och laborationer 30 timmar, självständigt arbete 24 timmar, mellanliggande certifiering upprättas i form av en poäng i slutet av fjärde terminen och i form av en tentamen i slutet av femte terminen.

3. Mål och mål för disciplinen

Syftet med kursen är att forma elevernas idéer om moderna PC:s struktur och arkitektur. Syftet med de praktiska lektionerna är att förvärva färdigheter i praktiskt arbete med PC-komponenter av studenter. Målen för kursen inkluderar övervägande av alla komponenter i PC:n och principerna för deras arbete. Målet med de praktiska övningarna är direkt praktisk bekantskap med PC-komponenter och reglerna för att arbeta med dem, samt beaktande av vissa aspekter av diagnostik eventuella felfunktioner och sätt att eliminera dem.

4. Krav på nivån på att behärska ämnets innehåll

Som ett resultat av att studera disciplinen måste studenten

ha en idé:

  1. om rollen och platsen för kunskapen om disciplinen inom området yrkesverksamhet;
  2. om de viktigaste problemen och framtidsutsikterna för utvecklingen av datorer och datorsystem;

känna till:

  1. typer av information och metoder för dess presentation i en dator;
  2. klassificering och typiska noder för datorteknik (VT);
  3. arkitektur för elektroniska datorer och datorsystem;
  4. syfte och funktionsprinciper för individuella arkitektoniska konfigurationer;

kunna:

  1. välj en rationell konfiguration av utrustning i enlighet med den aktuella uppgiften;
  2. säkerställa kompatibiliteten för hårdvara och mjukvara VT.

5. Disciplinens omfattning och typer av pedagogiskt arbete

Typ av pedagogiskt arbete

Totalt antal timmar

terminer

Disciplinens totala komplexitet

Auditiva lektioner

Teoretisk undervisning

Självständigt arbete

Förbereder för provet

Tentamensförberedelser

Slutlig kontrolltyp

examen, prov

offset

examen

6. Avsnitt (ämnen) i disciplinen)

Ämne nr.

Ämnesnamn

Auditiva lektioner

Självständigt arbete

Totalt antal timmar för kursen

Teoretisk undervisning

Laborationer och praktiska övningar

Kombinerad

4:e terminen

Introduktion till disciplinen

Aritmetiska grunder för datorer

Presentation av information i en dator

Logiska grunder för datorer, element och noder.

Grunderna i datorn

Organisation av datorminne

Totalt för 4:e terminen

5:e terminen

Gränssnitt

Processorns driftlägen.

Moderna processorer

Organisering av beräkningar i datorsystem.

Klassificering av datorsystem.

Totalt för 5:e terminen

Totalt för året

Ämne 1. Introduktion till disciplinen

Kunskapens roll och plats i disciplinen "Arkitektur av datorer och datorsystem" inom yrkesverksamheten.Presentation av information i datorsystem.

Historien om utvecklingen av datoranläggningar. Klassificering av datorer enligt den fysiska representationen av informationsbehandling, generationer av datorer, användningsområden och metoder för utförande av datormaskiner.

Ämne 2 Aritmetiska grunder för datorer.

Nummersystem. Typer av adressering Icke-positionella och positionella nummersystem. Nummersystem som används i datorer. Positionsnummersystems egenskaper. Konvertera tal från ett talsystem till ett annat.

Datorrepresentation av tal: naturliga och normala former. Nummerlagringsformat iDATOR. Algebraisk representation binära tal: framåt, bakåt och kompletterande koder. Operationer med tal i direkta binära, oktala och hexadecimala koder. Användning av inversa och komplementära binära koder för att implementera alla aritmetiska operationer med hjälp av en adderare. Fördel med tilläggskod framför omvänd kod.

Ämne 3 Presentation av information i en dator

Typer av information och metoder för dess presentation i en dator. Klassificering av informationsenheter som behandlas av datorer. Datatyper, datastrukturer, filformat. Numeriska och icke-numeriska datatyper och deras typer. Datastrukturer och deras varianter.

Kodning av teckeninformation. Teckenkoder: ASCII, UNICODE, etc.Arkitektur och funktionsprinciper för de huvudsakliga logiska blocken av datorsystem.

Grafisk informationskodning. Binär kodning ljudinformation. Komprimering av information. Videokodning. MPEG-standard.Bearbetarens interna organisation.

Ämne 4 Logiska grunder för datorer, element och noder.

Grundläggande logiska operationer och scheman. Sanningstabeller. Kretslogiska element i en dator: register, grindar, flip-flops, halvadderare och adderare. Sanningstabeller för RS-, D- och T-flipflops.Skyddat driftsätt

En dators logiska noder och deras klassificering. Adderare, avkodare, programmerbara logiska matriser, deras syfte och tillämpning.Minnets organisation och princip.

Ämne 5 Grunderna i datorkonstruktion.

Datorarkitektur och strukturkoncept. Principerna (arkitekturen) av von Neumann. Datorns huvudkomponenter. De viktigaste typerna av datorarkitekturer.Minneshantering

Ämne 6 Bearbetarens interna organisation.

Processor register. Grundläggande processorinstruktioner, processordriftscykel, avbrottsanvändning, felsökningsprogram

Implementering av von Neumanns principer i en dator. Processorstruktur. Styrenhet: syfte och förenklat funktionsschema. Processorregister: essens, syfte, typer. Register generell mening, kommandoregister, kommandoräknare, register över flaggor.

Processorinstruktionsstruktur. Cykel för utförande av kommando. Begreppet arbetscykel, arbetscykel. Principerna för parallellisering av operationer och konstruktion av rörledningsstrukturer. Klassificering av lag.

Aritmetisk logisk enhet (ALU): syfte och klassificering. ALU:s struktur och funktion.

Gränssnittsdelen av processorn: syfte, sammansättning, drift. Organisation av arbetet och processorns funktion.

Ämne 7 Organisation av arbetet med datorminne.

Cacheminne. Fysiskt, linjärt, sida-, segment- och virtuellt minne

Minnets hierarkiska struktur. Huvuddatorns minne. Random access och skrivskyddat minne: syfte och huvudegenskaper.

Organisation av random access-minne. Adress och associativt RAM: funktionsprincip och jämförande egenskaper. Typer av adressering. Linjärt, sida, segmentminne.

Cacheminne: syfte, struktur, huvudsakliga egenskaper. Cacheorganisation: Direktmappad, delvis associativ och helt associativ cache.

Dynamiskt minne. Funktionsprincip. Generaliserat strukturellt minnesdiagram. Driftlägen: inspelning, lagring, läsning, regenereringsläge. Dynamiska RAM-modifieringar. Grundläggande minnesmoduler. Utökar minneskapaciteten.

Särskilda minnesenheter: läsminne (ROM), omprogrammerbart skrivskyddat minne (flashminne), videominne. Utnämning, funktioner, ansökan. Basic input/out system (BIOS): syfte, funktioner, modifieringar.

Ämne 8 Gränssnitt.

Gränssnitt koncept. Klassificering av gränssnitt. Organisering av interaktion mellan PC och kringutrustning. Chipset: syfte och driftschema.

Allmän struktur för en PC med anslutna kringutrustning. Systembussen och dess parametrar. Gränssnittsbussar och kommunikation med systembussen. Moderkort: arkitektur och huvudkontakter.

Interna PC-gränssnitt: ISA, EISA, VCF, VLB, PCI, AGP bussar och deras egenskaper.

IDE och SCSI perifera gränssnitt. Modern modifiering och egenskaper hos IDE / ATA och SCSI-gränssnitt.

Datorns externa gränssnitt. Seriella och parallella portar. Seriell port av RS-232-standard: syfte, struktur för dataram, struktur för kontakter. Parallell PC-port: syfte och struktur för kontakter.

Syfte, egenskaper och funktioner för externa USB- och IEEE 1394 (FireWire)-gränssnitt. 802.11 standardgränssnitt (Wi-Fi).

Ämne 9 Processorns driftlägen.

Bussstruktur och typer av däck. Processorns driftlägen. Egenskaper för det verkliga läget för processorn 8086. Adressering av det verkliga lägets minne.

Grundläggande begrepp för skyddat läge. Skyddad adressering. Beskrivningar och tabeller. Privilegesystem. Skydd.

Byta uppgifter. Sidminneshantering. Avbryt virtualisering. Växla mellan verkligt och skyddat läge.

Ämne 10 Grunderna i processorprogrammering.

Sammankoppling med kringutrustning, organisation och driftlägen för processorn

Grunderna i processorprogrammering. Val och dekryptering av kommandon. Val av data från allmänna register och mikroprocessorminne. Databehandling och inspelning. Generering av styrsignaler.

Grundläggande processorkommandon: aritmetiska och logiska kommandon, kommandon för att flytta, skifta, jämföra, kommandon för villkorliga och ovillkorliga hopp, I/O-kommandon. Subrutiner. Typer och hantering av avbrott. Stadier för att kompilera källkod till maskinkoder och metoder för felsökning. Använd från damerna.

Ämne 11 Moderna processorer.

De viktigaste egenskaperna hos processorer. Processor identifiering. Processorkompatibilitet. Typer av uttag.Göra flera saker samtidigt; processorarkitekturer.

Genomgång av moderna processorer från världens ledande tillverkare.

Processorer av okonventionell arkitektur. Cellulära och DNA-processorer. Neurala processorer.

Ämne 12. Organisering av beräkningar i datorsystem.

Typer av datorsystem och deras arkitektoniska egenskaper, parallellitet och pipelining av beräkningar, klassificering av datorplattformar, fördelar och nackdelar med olika typer av datorsystem.

Flygplanets syfte och egenskaper. Organisering av beräkningar i datorsystem. Parallelldator, begreppen kommandoflöde och dataflöde. Associativa system. Matrissystem. Pipeline beräkning. Kommandopipeline, datapipeline. Superskalarisering.

Ämne 13 Klassificering av datorsystem.

Flygplansklassificering beroende på antalet kommando- och dataströmmar: SISD. OKMD (SIMD), MKOD (MISD), MKMD (MIMD).

Klassificering av flerprocessorflygplan med olika sätt att implementera delat minne: UMA, NUMA, SOMA. Jämförande egenskaper, hårdvara och mjukvarufunktioner.

Klassificering av flerfordonsflygplan: MPP, NDW och COW. Syfte, egenskaper, egenskaper.

Exempel på flygplan av olika slag. För- och nackdelar med olika typer av datorsystem.

7. Utbildnings- och metodstöd för disciplinen

Huvudlitteratur

  1. [Elektronisk resurs] Chekmarev Yu.V. Datorsystem, nätverk och telekommunikation: Lärobok. - M .: DMK Press, 2009.
  2. [Elektronisk resurs] Dogadin OBS Datorarkitektur: en handledning. - M .: BINOM. Kunskapslaboratoriet, 2008.
  3. [Elektronisk resurs] V.A. Avdeev Kringutrustning: gränssnitt, kretsar, programmering: en handledning. - M .: DMK Press, 2009.

ytterligare litteratur

  1. [Elektronisk resurs] Yurov V.I. Assembler: En lärobok för gymnasier. - SPb .: Peter, 2009.
  2. [Elektronisk resurs] Chekmarev Yu.V., Nechaev D.Yu., Kurushin VD, Kireeva GI, Mosyagin A.B. Det grundläggande informationsteknik: handledning. - M .: DMK Press, 2009.
  3. [Elektronisk resurs] Chekmarev Yu.V. Lokala nätverk: en handledning. - M .: DMK Press, 2009.
  4. [Elektronisk resurs] Prokdi R.G., Dmitriev P.A., Finkova M.A. BIOS. Inställningar. - SPb .: NiT, 2009.

8. Logistik för disciplinen

Genomförandet av en akademisk disciplin kräver ett studierum för teoretiska studier och ett datorrum för praktiskt arbete.

Klassrumsutrustning:

  1. bord och stolar för studenter;
  1. märktavla;

Datorklassrumsutrustning:

  1. persondatorer för studenter;
  2. Multimediaprojektor;
  3. Skärm;
  4. Markeringstavla;
  5. lärarens arbetsplats (PC, skrivare, bord, stol);

Inlärningsprogram:

  1. Operativsystem GNU / Linux;
  2. Python-tolk;
  3. Webbläsare;
  4. MySQL 5.1 DBMS;
  5. Gcc-kompilatorsviten;
  6. Textredigerare;
  7. Utvecklingsmiljö QtCreator;
  8. Qt4 bibliotek;

9. Kontrollformer, en lista över frågor som ska kompenseras

Aktuell kontroll.Den huvudsakliga formen för aktuell kontroll av teoretisk kunskapsnivå är muntlig förhör vid seminarier, formen för aktuell kontroll av nivån av praktiska kunskaper och färdigheter är kontroll och självständigt arbete med vissa ämnen, inklusive uppgifter och övningar utformade för självständig utomstående -klassprestanda.

Testfrågor

  1. Ensiffrig halvadderare.
  2. Flersiffrig adderare.
  3. Utlösare.
  4. Stack. Platt och multi-segment minnesmodell.
  5. Statiskt minne. Tillämpnings- och arbetsprincip. Nyckelfunktioner. Variationer av statiskt minne.
  6. Instruktionssystem och processorklasser: CISC, RISC, MISC, VLIM.

Frågor till tentamen

  1. Hur flashminne fungerar.
  2. ACPI och OnNow-teknik.
  3. Seriellt ATA-gränssnitt.

3. Pedagogiskt - metodiskt material för elever

Arbetsprogrammet för disciplinen "Datorarkitektur och dator nätverk"Det finns klassrumslektioner i form av klassrumslektionervolymen 84 timmar, samt självständigt arbete av studenter i mängden 24 timmar.

Arbeta med teoretiska studier.I teoretiska klasser får eleverna de mest nödvändiga uppgifterna, som på många sätt kompletterar läroboken. Förmågan att fokusera på att lyssna på föreläsningar, att aktivt, kreativt uppfatta informationen som presenteras är ett oumbärligt villkor för deras djupa och varaktiga assimilering, såväl som utvecklingen av mentala förmågor.

Att lyssna uppmärksamt och ta anteckningar av materialet förutsätter en intensiv mental aktivitet hos eleven. När man lyssnar på föreläsningar bör man distraheras från främmande tankar och bara tänka på vad läraren presenterar. Korta anteckningar av föreläsningar, att ta anteckningar av dem hjälper till att tillgodogöra sig materialet.

Mänsklig uppmärksamhet är instabil. Det krävs en viljestark ansträngning för att hålla det fokuserat. Sammanfattningen är användbar när det viktigaste, grundläggande är nedskrivet. Detta måste eleven göra själv. Sträva inte efter att skriva ner hela föreläsningen ordagrant. Detta "anteckningstagande" gör mer skada än nytta. Vissa studenter ber ibland föreläsaren att "bromsa". Men en föreläsning kan inte förvandlas till en dikteringsföreläsning. Detta är en mycket skadlig tendens, eftersom eleven i det här fallet mekaniskt registrerar en stor mängd information som han har hört, utan att tänka på det.

Det rekommenderas att spela in föreläsningar i din egen formulering när det är möjligt. Det är lämpligt att skriva på en sida och lämna nästa för att studera. läromaterial självständigt hemma. Det är bättre att dela upp abstraktet i stycken, stycken, observera den röda linjen. Principplatser, definitioner, formler bör åtföljas av anmärkningar: "viktigt", "särskilt viktigt", "Kom ihåg väl", etc. Det är lämpligt att utveckla din egen "markografi" (ikoner, symboler), minskning av ord. Det kommer inte att vara överflödigt att studera grunderna i stenografi. När du arbetar med föreläsningsanteckningarna bör du alltid använda inte bara huvudlitteraturen, utan även den litteratur som dessutom rekommenderats av föreläsaren. Det är ett så seriöst, mödosamt arbete med föreläsningsmaterial som på djupet kommer att behärska kunskapen.

Laboratorie- och praktisk utbildning.Laboratorie- och praktisk träning innebär att lösa praktiska problem, förbereda ett meddelande om ett givet ämne och att delta i fördömandet av det problem som berörs av meddelandet. Meddelandet bör inte ta mer än 3 - 5 minuter i tid. Den huvudsakliga typen av arbete vid seminariet är lösningen av beräknings- och grafiska problem.

Förberedelse för en praktisk (laboratorie)lektion börjar med en grundlig bekantskap med förutsättningarna för det kommande arbetet, d.v.s. med hänvisning till planerna för seminarier. Efter att ha bestämt dig för det problem som lockar mest uppmärksamhet bör du hänvisa till den rekommenderade litteraturen. Tänk på att hela gruppen deltar i seminariet och då ska uppgiften för den praktiska lektionen delas ut till hela teamet. Uppgiften ska vara helt täckt och den rekommenderade litteraturen ska behärskas av gruppen till fullo.

För att fullt ut förbereda sig för en praktisk lektion räcker det inte med att läsa en lärobok - läroböckerna anger bara de grundläggande grunderna, medan den fråga som tas upp i monografier och artiklar om ett visst ämne betraktas från olika vinklar eller en vinkel, men i alla fall , tillräckligt detaljerat och djupt. För att kunna navigera ordentligt i uppgiftens kärna bör du dock först bekanta dig med motsvarande text i läroboken - oavsett om den ges i föreläsningarna utöver detta seminarium eller inte. Efter att ha utvärderat uppgiften, valt en eller annan handling och valt lämplig litteratur kan du börja faktiskt förbereda dig för seminariet.

Grundliga förberedelser för laboratorie- och praktisk träning, liksom för föreläsningar, är av avgörande betydelse: seminariet kommer att hållas på det sätt som publiken förberett för det. Självständigt arbete är den pelare som alla förberedelser inför den studerade kursen vilar på. När man förbereder sig för praktiska övningar bör man aktivt använda referenslitteratur: uppslagsverk, ordböcker, schemaalbum etc. Det är nödvändigt att ha begreppsapparaten för kursen som studeras.

Uppföranderegler för laborationer och praktiska övningar:

  1. det är lämpligt att komma till klasserna med ett utbud av formulerade idéer och kunskap om tekniker för beräknings- och analytisk analys.
  2. om du bestämmer dig för att säga något på seminariet, låt det då vara något värt - du ska inte skaka luften med tomma fraser;
  3. föreställningar ska vara så kompakta som möjligt och samtidigt förståeliga, ockupera inte luften under lång tid. Försök att inte avbryta högtalaren, detta är felaktigt; anmärkningar, invändningar och tillägg följer vanligtvis i slutet av det aktuella talet.

Seminariet kontrollerar inte förberedelserna inför lektionen (förberedelser är ett nödvändigt villkor), utan graden av penetration i materialets väsen, problemet som diskuteras eller metodiken för att lösa problemet. Därför går samtalet inte efter innehållet i de lästa verken; läraren kommer att ställa problematiska frågor, som inte alla direkt kan relatera till den bearbetade litteraturen.

Självständigt arbete.En elev i lärandeprocessen ska inte bara bemästra läroplan, men också skaffa sig färdigheter för självständigt arbete. Studenternas självständiga arbete spelar en viktig roll för att främja en medveten inställning hos eleverna själva till att bemästra teoretiska och praktiska kunskaper, och föra in dem för vanan att riktat intellektuellt arbete. Det är mycket viktigt att eleverna inte bara skaffar sig kunskap, utan också behärskar metoderna för att erhålla den.

Självständigt arbete utförs med syfte att fördjupa kunskapen om disciplinen och ger:

  1. studier av enskilda delar av ämnets ämnen;
  2. läsning av studenter av den rekommenderade litteraturen och assimilering av disciplinens teoretiska material;
  3. förberedelse för praktisk utbildning;
  4. arbeta med Internetkällor, databaser;
  5. förberedelse för olika former av kontroll;
  6. lösning av bosättning och grafiska verk;
  7. skriva en uppsats om det valda ämnet.

Sekvensen för alla kontrollaktiviteter anges i ett schema, som meddelas varje student i början av terminen.

Det är bäst för studenter att planera den tid för självständigt arbete som krävs för att studera denna disciplin under hela terminen, samtidigt som det sörjer för regelbunden upprepning av det material som omfattas. Materialet som beskrivs i föreläsningarna ska regelbundet kompletteras med information från litterära källor som presenteras i arbetsprogrammet.

För att utöka kunskapen om disciplinen är det nödvändigt att använda Internetresurser och specialiserade databaser: sök i olika system och använd material från webbplatser som rekommenderas av läraren för föreläsningar.

Förbereder för sessionen.Varje akademisk termin avslutas med certifieringsprov: prov och examinationstillfälle

Att förbereda sig för tentamenstillfället och klara prov och prov är en avgörande period i en elevs arbete. Att seriöst förbereda sig för sessionen och klara alla prov är varje elevs plikt. Det rekommenderas att organisera pedagogiskt arbete på ett sådant sätt att innan den första dagen i början av sessionen, alla praktiskt arbete tillhandahålls av schemat för utbildningsprocessen.

Det viktigaste att förbereda för sessionen är att granska allt material, kurs eller ämne som du behöver för att klara testet i. Endast de som behärskar utbildningsmaterialet är i tid.

Om en student inte fungerade bra under terminen, missade föreläsningar och seminarier, lyssnade ouppmärksamt på dem, inte tog anteckningar, inte studerade den rekommenderade litteraturen, då behöver han inte upprepa det redan i förberedelserna för sessionen. bekant, men återigen in kortsiktigt studera allt material. Och detta visar sig ofta vara omöjligt att göra på grund av tidsbrist. För en sådan student kommer förberedelserna för tentor att vara svåra och ibland överväldigande, och mållinjen kommer att bli utvisning från läroanstalten.

Som förberedelse för sessionen bör hela arbetsvolymen fördelas jämnt över de dagar som tilldelats för förberedelser, och varje arbetsdag bör övervakas. Bättre om du kan överuppfylla planen. Då kommer det alltid att finnas en reserv av tid.

Undervisningen i disciplinen "Arkitektur av datorer och datornätverk" genomförs med hänsyn till redan befintliga kunskaper hos studenter inom filosofi och sociologi. Den praktiska inriktningen av disciplinen bestäms av förtrogenhet med teoretiska och praktiska metoder för att bedöma effektiviteten av projekt. De huvudsakliga formerna för att genomföra klasser för att förstå disciplinen är klassrumsstudier. För att organisera en effektiv process för att bemästra materialet av studenter är det möjligt att använda olika former: föreläsningar, diskussioner, lösa beräkningsuppgifter, spelformer, modern multimediateknik, etc.

Fritidsaktiviteter genomförs genom att organisera och vägleda elevernas självständiga arbete.

För en djupare studie av ämnet ger läraren eleverna information om möjligheten att använda Internetresurser efter disciplin.

I närvaro av akademiska skulder för praktiska lektioner relaterade till deras frånvaro, måste läraren utfärda uppgiften till eleven i form av kontrolluppgifter om lektionens missade ämne.

För att kontrollera elevernas kunskaper i denna disciplin är det nödvändigt att utföra nuvarande och mellanliggande kontroll.

Strömkontroll utförs för att bestämma kvaliteten på att bemästra föreläsningsmaterialet. Det mest effektiva är dess genomförande skriftligt - på kontrollfrågor, tester, designuppgifter, etc. Kontroll utförs i form av godkända kontrolluppgifter av alla elever utan undantag. Materialet i skriftliga undersökningar av studenter inkluderar också ämnen som föreslås dem för egen förberedelse. Under arbetet med att bemästra disciplinen uppträder eleverna, guidade av schemat testpapper och praktiska uppgifter.

Akademiskt bedömningssystem

Detta system bygger dels på lärarens rätt att självständigt bestämma innehållet och metodiken i sin kurs och dels på elevens rätt att välja sin egen väg för att uppnå det önskade resultatet.

Det är underförstått att studentens vetenskapliga arbete är en integrerad del av utbildningsprocessen, meningen blir inte så mycket dess orientering mot assimilering av färdiga sanningar, utan sökandet efter lösningar på verkliga problem tillsammans med läraren och andra elever . Det avgör till stor del innehållet och metoderna för inlärningsprocessen.

Inledningsvis kan inträdesprovskontrollen av elevernas grundläggande kunskaper tänkas, och studiegången kan också avslutas med den. Således bestäms effektiviteten av träningen.

5. Material som fastställer innehållet och proceduren för att genomföra löpande kontroll och mellanliggande intyg.

Testfrågor

  1. Dator med von Neumann-arkitektur.
  2. Principen att organisera datorer med von Neumann-arkitektur.
  3. Presentation av information i en dator. Typer av information.
  4. Presentation av information i en dator. Nummersystem.
  5. Presentation av information i en dator. Osignerad binär heltalsrepresentation.
  6. Presentation av information i en dator. Signerad binär heltalsrepresentation.
  7. Funktioner för exekveringen i en dator för addition av binära tal med och utan tecken.
  8. Implementering av logiska operationer. Logisk operation OCH.
  9. Implementering av logiska operationer. Logisk ELLER operation.
  10. Implementering av logiska operationer. Logisk drift NOT och grindkretsar.
  11. Ensiffrig halvadderare.
  12. Ensiffrig heladderare.
  13. Flersiffrig adderare.
  14. Utlösare.
  15. Organisation av RAM (Random Access Memory).
  16. Adress och associativt RAM: funktionsprincip och jämförande egenskaper.
  17. Typer av adressering. Linjärt, sida, segmentminne.
  18. Stack. Platt och multi-segment minnesmodell.
  19. Cacheminne: syfte, struktur, huvudsakliga egenskaper.
  20. Statiskt minne. Tillämpnings- och arbetsprincip. Nyckelfunktioner. Variationer av statiskt minne.
  21. Grundläggande struktur för en dator.
  22. Grundläggande struktur för en dator. CPU.
  23. Aritmetisk logisk enhet (ALU). ALU:s struktur och funktion.
  24. Styrenhet: syfte och förenklat funktionsschema.
  25. Allmänna register, kommandoregister, kommandoräknare, flaggregister.
  26. Grundläggande struktur för en dator. Bussorganisation av datorer.
  27. Processorinstruktionsstruktur. Klassificering av lag. Exempel.
  28. Förenklad cykel för exekvering av instruktioner av en processor i en dator.
  29. Begreppet arbetscykel, arbetscykel.
  30. Principerna för parallellisering av operationer och konstruktion av rörledningsstrukturer.
  31. Instruktionssystem och processorklasser: CISC, RISC, MISC, VLIM.

Frågor till tentamen

  1. Historien om utvecklingen av datorer. Datorgenerationer. Översikt över enheten och datorns grundläggande principer.
  2. Processorer. Stora tillverkare. Kärnor och linjaler. Bostäder. Uttag och uttag. Moderkort.
  3. Begrepp systemchipset... Huvudtillverkare och egenskaper. Chipset med lokalbuss. Broar. Hub arkitektur.
  4. Systemminnesenhet. Typer av minne och deras funktionsprinciper.
  5. Systembusskoncept. ISA, MCA, EISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express (EV6, HyperTransport.)
  6. Arkitektur IDE-kontroller och SerialATA. Viktigaste egenskaperna.
  7. Enhet hårddisk... Logisk och fysisk adressering av data.
  8. SMART teknik. Avancerad teknik.
  9. Optiska skivor. Avancerad teknik.
  10. Externt lagringsmedium. Iomega, ZIP, JAZZ, LS-120, MO-Drive.
  11. Hur flashminne fungerar.
  12. Metoder för att förbättra prestandan för diskundersystemet. RAID-nivåer.
  13. COM, IrDa, LPT-portar. USB-buss.
  14. ACPI och OnNow-teknik.
  15. Seriellt ATA-gränssnitt.
  16. Videokort. Evolution och arkitektur för grafikkort. RAMDAC. Stora tillverkare.
  17. 3D-acceleratorer. Prestandaegenskaper. Z-buffert. Typer av filtrering.
  18. Ljudkort. Viktigaste egenskaperna. Ljudsyntestekniker och effekter. Typer av ljudkort.
  19. Rumslig ljudteknik (QSound, HRTS + CC).
  20. Rumslig ljudteknik. Sensaura lösningar. Teknologier MacroFX, ZoomFX, EnvironmentFX ..
  21. Rumslig ljudteknik. (EAX, A3D)
  22. Övervakar. CRT-bildskärmsarkitektur. Specifikationer. Typer av masker.
  23. Övervakar. TSO och NPRII skyddsstandarder.
  24. Arkitektur av LCD-skärmar. Passiv och aktiv matris. TFT koncept. Andra typer av monitorer (PDP, FED, LEP).
  25. Skrivare: kamomill, punktmatris, bläckstråle, laser, solid ink och sublimering av färgämnen.
  26. Nätverkskort. Nätverksstandarder (10baze2, 10baze5, 10bazet, FDDI). Modem. Kommunikationsprotokoll, komprimering, felkorrigering. ADSL-teknik.
  27. Petaflop koncept. Hyperdator. Klunga.

Datorarkitektur och datorsystem. Maksimov N.V. och så vidare.

5:e uppl., Rev. och lägg till. - M .: 2013 .-- 512 sid.

Frågorna om organisation och funktion av datorenheter, maskiner och system beaktas. De logiska, informationsmässiga, algoritmiska och beräkningsgrunderna för byggnadssystem beskrivs. Stor uppmärksamhet ägnas åt datorernas och systemens arkitekturer, deras klassificeringar, ingående komponenter - informations- och datormiljöer och växlings- och kommunikationsmiljöer. Som ett exempel presenteras tekniska, strukturella, arkitektoniska komponenter i personliga maskiner och metoder för deras integration i detalj. För studenter vid institutioner för gymnasieutbildning, som studerar i gruppen av specialiteter "Informatik och datorteknik".

Formatera: pdf

Storleken: 21 MB

Titta, ladda ner: google.drive

INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Inledning 3
Kapitel 1. DATORNHETER OCH MASKINER. GRUNDLÄGGANDE PRINCIPER 7
1.1. Datorenheter och enheter, bakgrund 8
1.2. Information, kodning och datorbehandling 22
1.3. Logiska grunder och datorelement 63
1.4. Elektronisk kretsteknik 87
1.5. Algoritmer och program 100
Kapitel 2. ARKITEKTUR OCH STRUKTUR HOS ELEKTRONISKA DATORER OCH SYSTEM 109
2.1. Klasser av datorer och system 112
2.2. Datornoder 129
2.3. Grundläggande begrepp för datorarkitektur 145
2.4. Klasser och arkitekturer för datorsystem och superdatorer 155
Kapitel 3. PROCESSORER: MIKROARKIKTUR OCH PROGRAMMERING 210
3.1. Allmän uppfattning om strukturen och arkitekturen för processorer 210
3.2. Teknik för att förbättra processorprestanda och datoreffektivitet 216
3.3. Mikroarkitektur för processorer 244
3.4. X86 instruktionssystem. Makro assembler 344
Kapitel 4. RAMARKITEKTUR. GRÄNSSNITT. RAM 394
4.1. Organisation av direktminnet 394
4.2. Specifika minnessystem 406
4.3. Interna gränssnitt 427
4.4. Perifera och externa gränssnitt 444
4.5. Chipset arkitekturer moderkort(chipset) 451
Slutsats 460
Referenser 462
Bilaga 1. Ordlista över termer och förkortningar (ryska) 464
Bilaga 2. Ordlista (engelska) 480
Bilaga 3. Uppsättning kommandon x86 495


2021 gtavrl.ru.