- •302030, Г. Орел, ул. Московская, 65
- •Содержание Введение
- •Модуль 1. Вычислительные машины Лекция 1. Основные понятия вычислительной техники и принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.2 Принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.3 Основные характеристики вычислительных машин и систем
- •1.4 Многоуровневая организация вычислительных процессов
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 2. Простейшие типовые элементы вычислительных машин
- •2.1 Комбинационные схемы
- •1) Конъюнкция (логическое умножение) .
- •2) Дизъюнкция (логическое сложение) .
- •3) Отрицание (инверсия) .
- •4) Конъюнкция и инверсия (Штрих Шеффера) .
- •5) Дизъюнкция и инверсия (Стрелка Пирса) .
- •6) Эквивалентность .
- •7) Отрицание эквивалентности .
- •2.2 Автоматы с памятью
- •2.3 Триггеры
- •2.4 Проблемы и перспективы развития элементной базы вычислительных машин
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 3. Функциональные узлы комбинационного и последовательного типов
- •3.1 Функциональные узлы последовательного типа
- •3.1.1 Регистры
- •3.1.2 Счётчики
- •3.1 Функциональные узлы комбинационного типа
- •3.2.1 Шифраторы и дешифраторы
- •3.2.2 Компараторы
- •3.2.3 Сумматоры
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 4. Функциональная организация процессора
- •4.1 Основные характеристики и классификация процессоров
- •4.2 Физическая и функциональная структура процессора
- •4.2.1 Операционное устройство процессора
- •4.2.2 Шинный интерфейс процессора
- •4.3 Архитектурные принципы организации risc-процессоров
- •4.4 Производительность процессоров и архитектурные способы её повышения
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 5. Организация работы процессора
- •5.1 Классификация и структура команд процессора
- •5.2 Способы адресации данных и команд
- •5.2.1 Способы адресации данных
- •5.2.2 Способы адресации команд
- •5.3 Поток управления и механизм прерываний
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 6. Современное состояние и тенденции развития процессоров
- •6.1 Архитектурные особенности процессоров Pentium
- •6.2 Программная модель процессоров Pentium
- •6.2.1 Прикладная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.2 Системная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.3 Система команд и режимы адресации процессоров Pentium
- •6.3 Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium
- •6.4 Аппаратные средства поддержки многозадачности
- •6.5 Перспективы развития процессоров
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 7. Память. Организация памяти.
- •7.1 Иерархическая организация памяти
- •7.2 Классификация запоминающих устройств
- •7.3 Структура основной памяти
- •7.4 Память с последовательным доступом
- •7.5 Ассоциативная память
- •7.6 Организация флэш-памяти
- •7.7 Архитектурные способы повышения скорости обмена между процессором и памятью
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 8. Управление памятью. Виртуальная память
- •8.1 Динамическое распределение памяти
- •8.2 Сегментная организация памяти
- •Лекция 9. Организация ввода-вывода информации. Системная шина
- •9.1 Организация шин. Системная шина
- •9.1.1 Структура системной шины
- •9.1.2 Протокол шины
- •9.1.3 Иерархия шин
- •9.2 Организация взаимодействия между периферийными устройствами и процессором и памятью вычислительных машин
- •9.3 Внешние интерфейсы вычислительных машин
- •9.3.1 Параллельный порт lpt и интерфейс Centronics
- •9.3.1 Последовательный порт com и интерфейс rs-232c
- •9.3.3 Универсальная последовательная шина usb
- •9.3.4 Беспроводные интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 2. Вычислительные системы Лекция 10. Вычислительные системы параллельной обработки. Многопроцессорные и многоядерные системы.
- •10.1 Параллельная обработка информации
- •10.2 Классификация систем параллельной обработки данных
- •10.2.1 Классификация Флинна
- •10.2.2 Классификация Головкина
- •10.2.3 Классификация многопроцессорных систем по способу организации памяти
- •10.3 Вычислительные системы на кристалле. Многоядерные системы
- •10.4 Тенденции развития вычислительных систем
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 11. Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.1 Общие сведения о системах управления
- •11.2 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.3 Области применения и тенденции развития мк
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 3. Телекоммуникационные сети Лекция 12. Организация компьютерных сетей
- •12.1 Обобщённая структура компьютерных сетей
- •12.2 Классификация компьютерных сетей
- •Лекция 13. Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.1 Понятие «открытой системы». Взаимодействие открытых систем
- •13.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.3 Структура блоков информации
- •7 Прикладной 6 Представительный 5 Сеансовый 4 Транспортный 3 Сетевой 2 Канальный 1 Физический
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 19. Безопасность информации в сети
- •19.2 Стеганография
- •19.2.1 Общие сведения о стеганографических системах
- •19.2.2 Методы стеганографии
- •Вопросы для самопроверки
- •Литература
1.3 Основные характеристики вычислительных машин и систем
Основными показателями, влияющими на архитектуру вычислительных машин и систем, являются стоимость и производительность /1/.
Стоимость определяет часть цены, которую, в свою очередь, можно рассчитать по формуле 1.1:
(1.1)
Главная надбавка учитывает стоимость научно- исследовательских работ, маркетинга, прибыль. При установившемся производстве вычислительных машин и стабильной экономике относительные доли приведённых составляющих цены достаточно устойчивы, но отличаются для разных классов вычислительных машин /1/. Зная стоимость комплектующих элементов на текущий момент времени и относительные доли составляющих цены, можно оценить стоимость вычислительной машины.
Производительность – это объём вычислительной работы, выполняемой вычислительной машиной (системой) за единицу времени. Для количественных оценок производительности используют понятия номинальной и системной производительности.
Номинальная производительность – это вектор Vн (Формула 1.2):
(1.2)
где vi – быстродействие i-го устройства вычислительной машины (системы) – чаще всего процессора и дисковой памяти.
Для характеристики степени использования потенциальных возможностей устройства в составе системы используется показатель загрузки i-го устройства pi (Формула 1.3):
(1.3)
где Ti – время, в течение которого работало i-ое устройство за время T работы системы.
Системная производительность Vc учитывает совместную работу устройств в системе под управлением операционной системы для определённого класса задач (Формула 1.4):
(1.4)
Получение достоверных оценок показателей pi весьма затруднительно, поэтому показатель системной производительности используется редко.
Чаще всего показатель производительности требуется как средство для качественного сопоставления производительности различных типов вычислительных машин (систем) и выбора наиболее быстродействующей. Для этого используют упрощённые подходы, подробно изложенные в /1/.
Ещё одной характеристикой вычислительной машины (системы)является быстродействие, определяемое как число операций, выполняемых в секунду. Поскольку разные команды выполняются с различной скоростью и вероятности использования каждой команды для разных классов задач различны, то говорят о среднем быстродействии вычислительной машины (системы) для каждого класса задач, которое вычисляется по формуле 1.5:
(1.5)
где P – среднее быстродействие; bj – все команды j-го типа; tj – среднее время выполнения; N – число команд для разных классов задач.
Также к основным характеристикам вычислительных машин и систем можно отнести операционные ресурсы и ёмкость памяти /7/.
Операционные ресурсы – это перечень действий (операций), которые может выполнять вычислительная машина (система) при обработке информации (исходных данных):
1) система машинных операций ;
2) система машинных команд , порождающая указанную выше систему машинных операций;
3) способы представления информации.
Чем шире операционные ресурсы вычислительной машины (системы), тем шире её возможности в плане обработки информации.
Ёмкость памяти – объём хранилища программ и данных вычислительной машины (системы). Единицы измерения – бит, байт , килобайт , мегабайт , гигабайт , терабайт . Ёмкость памяти обычно кратна 2 ( , где - длина адреса).
Дополнительные характеристики вычислительных машин (систем):
1) Надёжность – способность вычислительной машины (системы) при определённых условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO 2382/ 14 – 78).
2) Точность – возможность различать почти равные значения (стандарт ISO 2382/ 2 – 76). Точность полученных результатов определяется, в основном, разрядностью вычислительной машины (системы) и величиной единицы информации (байтом, словом и т.д.).
3) Достоверность – свойство информации быть правильно воспринятой. Она характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов.
По указанным признакам, а также по ряду других (например, по областям применения, поколениям) вычислительные машины и системы можно разбить на различные группы, с чем подробно можно ознакомиться в приведённых литературных источниках.
Перейдём к рассмотрению организации вычислительных процессов в вычислительных машинах и системах.