- •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
10.4 Тенденции развития вычислительных систем
Существует два направления развития высокопроизводительных вычислений /1/. Первое направление связано с применением дорогих суперкомпьютеров с уникальной архитектурой (специальные векторные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, уникальное периферийное оборудование), например, суперкомпьютеры CRAY, NEC, IBM, Эльбрус и т.д. Второе направление связано с созданием ВС массового параллелизма Основной упор при этом делается на увеличение числа процессоров и повышение степени параллелизма программ. При этом большую популярность приобретают COW-системы, которые постепенно вытесняют MPP
Мультипроцессорные высокопроизводительные ВС находят своё применение в таких областях как исследовательская, промышленная, образовательная, административная, при производстве самих ВС. Такие системы требуются для точного прогнозирования погоды и климата, для развития современного промышленного дизайна, для создания новых фармацевтических средств и т.д. Среди установленных мультипроцессорных систем системы с архитектурой MPP составляют подавляющее большинство (65%), системы SMP – 21%, системы с векторными процессорами -12%, кластерные системы – 2%. Доля кластерных систем постепенно возрастает.
Относительно многоядерных процессоров /22/, лидеры по производству процессоров, компании Intel и AMD продолжают наращивать количество ядер в процессорах. Например, Intel планирует выпускать процессоры, содержащие до сотни ядер. Появление мультиядерных процессоров, в свою очередь, стимулирует разработку ОС и прикладного программного обеспечения, поддерживающих многоядерность. Кроме того, в корпорации Intel планируют выпускать многоядерный процессор с новой архитектурой, в составе которого будет находиться одно мощное центральное ядро, окружённое множеством вспомогательных ядер. Это поможет более эффективно обрабатывать сложные мультимедийные приложения в многопоточном режиме. Кроме ядер общего назначения, процессоры будут обладать специализированными ядрами для выполнения различных классов задач: графика, алгоритмы распознавания речи и т.п.
Вопросы для самопроверки
1) Дайте определение ВС. Назовите уровни, на которых может выполняться параллельная обработка информации.
2) Что такое гранулярность? Какие уровни параллелизма выделяют по степени гранулярности? В чём заключаются их особенности?
3) Назовите преимущества и недостатки параллельных ВС.
4) Что представляет собой классификация Флинна? На какие группы делятся ВС, согласно этой классификации? Назовите их особенности. В чём заключается классификация ВС, предложенная профессором Головкиным?
5) По какому признаку параллельные ВС делят на мультипроцессоры и мультикомпьютеры? В чём заключается принципиальное различие между ними? Назовите преимущества и недостатки мультипроцессоров и мультикомпьютеров.
6) На какие категории делятся мультипроцессоры. Назовите особенности каждого класса мультипроцессоров.
7) На какие категории делятся мультикомпьютеры? Назовите особенности каждого класса мультикомпьютеров.
8) Что представляют собой ВС на кристалле? Какие существуют направления создания кристаллов однокристальных ВС?
9) Дайте определение понятию CMP-системы, ядра, многоядерного процессора.
10) Назовите особенности многоядерных систем с симметричной архитектурой (SGP), многопотоковых многоядерных систем (SMT), кластерных многоядерных систем (ACCMP).
11) Назовите основные тенденции развития ВС.