М. К. Буза Введение в архитектуру




Скачать 132.49 Kb.
НазваниеМ. К. Буза Введение в архитектуру
Дата публикации14.05.2013
Размер132.49 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Информатика > Документы


М.К. Буза

Введение
в архитектуру


компьютеров






УДК 681.3

ББК 32.973 я73
Б90

Рецензенты:

кандидат физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Института математики

АН Республики Беларусь Н.В.Шкут;

кандидат технических наук, доцент кафедры информатики
Белгосуниверситета Г.И.Шпаковский

Утверждено советом факультета прикладной математики
и информатики Белгосуниверситета


Буза М.К.

Б90        Введение в архитектуру компьютеров: Учеб. пособие. – Мн.: БГУ, 1999. – 253 с.
ISBN 985-445-211-5


Рассматриваются архитектурные решения выпускаемых и перспективных компьютеров. Анализируется семантический разрыв между существующими принципами архитектур компьютеров и окружением пользователя. Описываются особенности защиты информации в компьютерах и исследуются нетрадиционные методы кодирования данных.

Для студентов специальности Н.08.02.00 – “Информатика”.


УДК 681.3


ББК 32.973 Я73

ISBN 985-445-211-5


 БГУ, 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ

6

^ ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

8

1. ПОНЯТИЕ АРХИТЕКТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

9

1.1. Архитектура как набор взаимодействующих компонент

9

1.2. Архитектура как интерфейс между уровнями физической системы

13

1.3. Семантический разрыв между архитектурными решениями ЭВМ и его программным окружением

16

1.4. Анализ архитектурных принципов фон Неймана

20

1.5. Некоторые способы совершенствования архитектуры

22

1.5.1. Хранение информации в виде самоопределяемых данных

22

1.5.2. Области санкционированного доступа

25

1.5.3. Одноуровневая память

26

1.6. Концепция виртуальной памяти

27

1.6.1. Задачи, решаемые виртуальной памятью

27

1.6.2. Страничная организация памяти

28

1.7. Особенности функционирования управляющей ЭВМ

31

Упражнения

33

2. RISC-и CISC-АРХИТЕКТУРА

34

2.1. Основные принципы RISC-архитектуры

34

2.2. Отличительные черты RISC- и CISC- архитектур

35

2.3. Некоторые задачи реализации RISC–процессоров

37

2.4. Методы адресации и типы команд

40

2.5. Компьютеры со стековой архитектурой

41

2.6. Оптимизация системы команд

46

2.7. Процессоры с микропрограммным управлением

47

2.7.1. Горизонтальное микропрограммирование

49

2.7.2. Вертикальное микропрограммирование

50

Упражнения

51

^ 3. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

52

3.1. Эталонная модель сети

53

3.2. Топология локальных сетей

57

Упражнения

61

4. МИКРОПРОЦЕССОРЫ

62

4.1. Процессоры с архитектурой 80х86 и Pentium

62

4.2. Особенности процессоров с архитектурой SPARC компании Sun

68

4.3. Процессоры PA-RISC компании Hewlett-Packard

74

4.4. Процессор MC 88110 компании Motorola

79

4.5. Архитектура MIPS компании MIPS Technology

81

4.6. Особенности архитектуры Alpha компании DEC

86

4.7. Особенности архитектуры POWER

91

Упражнения

98

^ 5. КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ В КОМПЬЮТЕРАХ

99

5.1. Системы кодирования данных с симметричным представлением цифр

99

5.2. Системы кодирования данных с отрицательным основанием

101

5.3. Кодирование данных с помощью вычетов

106

Упражнения

114

^ 6. ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПРЕРЫВАНИЯ

115

6.1. Основные определения и характеристики

115

6.2. Параметры эффективности системы прерывания

117

6.3. Вход в прерывающую программу

118

6.4. Приоритетное обслуживание прерываний

121

6.5. Организация возврата к прерванной программе

123

6.6. Особенности системы прерывания в современных ЭВМ

124

Упражнения

126

^ 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

127

7.1. Понятие процесса и состояния

128

7.2. Управление процессами в многопроцессорном компьютере

129

7.3. Управление процессами в однопроцессорном компьютере

131

7.4. Форматы таблиц процессов

132

7.5. Синхронизация процессов

133

7.6. Операции P и V над семафорами

134

7.7. Графическое представление процессов

136

7.8. Почтовые ящики

137

7.9. Монитор Хоара

138

7.10. Проблема тупиков

139

7.11. Тупик в случае повторно используемых ресурсов

139

Упражнения

141

^ 8. ПРОЦЕССЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ

143

8.1. Отношение предшествования процессов

143

8.2. Типы параллелизма

145

8.3. Направления повышения эффективности компьютеров

147

8.4. Предпосылки создания систем параллельного действия

151

8.5. Некоторые модели параллельных программ

153

8.6. Формальная модель программ на сетях Петри

158

Упражнения

164

^ 9. СИСТЕМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

165

9.1. Вычислительные системы и многомашинные комплексы на базе однопроцессорных ЭВМ

165

9.1.1. Двухмашинная система на базе БЭСМ-6

166

9.1.2. Многомашинная система ОИЯИ

167

9.1.3. Многомашинные комплексы на базе ЕС ЭВМ

167

9.2. Многопроцессорный вычислительный комплекс Эльбрус

171

9.3. Система программирования МВК Эльбрус

174

9.3.1. Базовые инструментальные и технологические средства

174

9.3.2. Специализированные системы программирования

175

9.4. Магистральные системы

177

9.5. Матричные компьютеры

181

9.6. Концепции вычислительных систем с комбинированной структурой

183

9.7. Архитектура типа гиперкуб

185

9.8. Нейрокомпьютеры

187

Упражнения

189

^ 10. ЯЗЫКИ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

190

10.1. Основные подходы к проектированию языков параллельного программирования

191

10.2. Примеры языков параллельного программирования

194

10.2.1. P-язык

194

10.2.2. ЯПФ-язык

194

10.2.3. К-язык

195

10.2.4. Язык диспозиций

196

10.2.5. Язык Occam

199

10.3. Преобразование последовательных программ в последовательно-
параллельные

201

10.4. Способы организации мультипроцессорных систем

205

Упражнения

208

^ 11. ЦЕЛОСТНОСТЬ, СЖАТИЕ И ЗАЩИТА ДАННЫХ

209

11.1. Корректирующие коды

209

11.1.1. Коды Хэмминга

210

11.1.2. Код с проверкой на четность

213

11.2 Сжатие данных

214

11.2.1.Простые алгоритмы

215

11.2.2. Сжатие документов

217

11.2.3. Программы для обработки документов

217

11.2.4. Кодирование цветных изображений

220

11.2.5. Сжатие цветных изображений

221

11.2.6. Инструменты разработчиков

223

11.3. Методы защиты информации

225

11.3.1. Классификация и особенности программных методов защиты от копирования

225

11.3.2. Способы увеличения эффективности и надежности защиты от копирования

227

11.3.3. Особенности защиты информации в компьютерных сетях

230

11.4. Контроль данных

232

11.4.1. Специфика передачи информации в вычислительных системах

232

11.4.2. Классификация ошибок и их характеристики

233

11.4.3. Методы обнаружения и исправления ошибок в ЭВМ

235

11.4.4. Программные методы контроля

236

Упражнения

238

^ 12. МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ

239

12.1. Понятие мультипрограммирования

239

12.2. Распределение задач по процессорам

241

12.3.Планирование в мультипрограммных системах

243

12.3.1. Планирование по наивысшему приоритету

244

12.3.2. Метод круговорота (карусель)

245

12.3.3. Очереди с обратной связью

245

12.3.4. Многоуровневое планирование

246

Упражнения

247

ЛИТЕРАТУРА

248

ПРИЛОЖЕНИЕ

249



ПРЕДИСЛОВИЕ


Успехи в развитии средств вычислительной техники и программного обеспечения привели к ревизии существующих архитектурных решений. Вместо монопольной концепции последовательного исполнения операций появились идеи совместной, параллельной и распределенной обработки данных. На смену однопроцессорным компьютерам, базирующимся на принципах фон Неймана, пришли многопроцессорные, конвейерные и параллельные архитектуры.

Концепции RISC-процессоров, воплотивших сокращенный набор регистровых команд, реализованы в реальных компьютерах наряду с традиционными компьютерами на CISC-процессорах.

Большое развитие получили компьютеры с VLIW (Very Long Instruction Word)-архитектурой, позволившей за счет тегов и дескрипторов ускорить процесс обработки.

Архитектура S2MP (Scalabbe Shared-memory Multiprocessor), обеспечивающая масштабируемость и модульную наращиваемость вычислительной мощности и ввода-вывода, реально воплощена при реализации компьютеров фирмами Cray Research и Silicon Graphics. Имеется и ряд других архитектурных решений.

Перечисленные и ряд других предложений и архитектурных решений требуют осмысления и фильтрации, чему в немалой степени способствует предлагаемая книга. Одна из целей ее – проследить путь от компьютеров фон Неймана, их программного обеспечения и концептуальных идей через семантический разрыв между существующими архитектурными решениями, созревшими и формирующимися идеями, реализованными в различном окружении пользователей компьютеров, до их совершенствования и создания новых архитектурных ансамблей.

Эта книга не о "бумажных" проектах и несбывшихся мечтах, а о реальных решениях, воплощенных в действующих компьютерах и способствующих их развитию.

Базируясь на понятии процесса, рассмотрены ключевые теоретические решения, большинство из которых можно сегодня обнаружить практически в любом современном компьютере. Для чтения этой книги необходимы начальные знания в области структур ЭВМ, проектирования программ для компьютеров и начальные сведения по операционным системам.

Пособие содержит 12 глав, каждая из которых представляет отдельный интерес, что позволяет некоторые главы включать в смежные курсы: "Операционные системы", "Системы параллельного действия", "Проектирование процессорной обработки" и т. д. Это позволяет читать книгу, не обязательно придерживаясь порядка, предложенного автором.

В список литературы включены в основном работы зарубежных авторов, что говорит об отсутствии соответствующей отечественной литературы

в данной предметной области.

Пособие ориентировано на студентов вузов, специализирующихся в области проектирования программных систем, особенно операционных систем и компиляторов, а также в области разработки новых архитектурных решений. Отдельные главы могут быть полезны специалистам в области информатики, разрабатывающим приложения в конкретной предметной
области.

Автор с благодарностью примет все поступившие пожелания и предложения, появившиеся у читателей книги, и просит направлять их по адресу:
220050, Минск, пр. Ф. Скорины, 4, к. 505.
^

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ


АПА



аппарат преобразования адресов

АТД



абстрактный тип данных

АУ



арифметическое устройство

ВВС



высокопроизводительная ВС

ВнП



внешняя память

ВнУ



внешнее устройство

ВП



виртуальная память

ВС



вычислительная система

ЗУ



запоминающее устройство

ДНФ



дизъюнктивная нормальная форма

МК



многомашинные комплексы

МО



математическое обеспечение

НМД

накопитель на магнитном диске


НМЛ



накопитель на магнитной ленте

ОП



оперативная память

ОС



операционная система

ПК



персональный компьютер

ПУ



периферийное устройство

РАС



регистр адресов страниц

СК



система команд

СКВ



система в коде вычетов

СОЗУ



сверхоперативная память

СПД



система параллельного действия

СПП



система прерывания программ

ССП



слово состояния программы

УП



управляющий процессор

УУ



устройство управления

ЦП



центральный процессор

ЯВУ



язык высокого уровня

ЯП



язык программирования

ЯПП



язык параллельного программирования

I/О



ввод-вывод



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

М. К. Буза Введение в архитектуру iconВ. Г. Баула Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования
Мгу им. М. В. Ломоносова. По данному курсу существует достаточно обширная литература, посвящённая программированию на Ассемблере,...

М. К. Буза Введение в архитектуру iconМэр Днепропетровска любит борщ и старую архитектуру//Сегодня. – 2009....
Мэр Днепропетровска любит борщ и старую архитектуру//Сегодня. – 2009. – 13 августа. – С. 9

М. К. Буза Введение в архитектуру iconПри разработке Windows nt 0 Microsoft решила пожертвовать стабильностью...
С этой целью были внесены изменения в архитектуру: библиотеки менеджера окон и gdi, а также драйверы графических адаптеров были перенесены...

М. К. Буза Введение в архитектуру iconВісник Харківського національного університету №987, 2011
Этим методом получена параллельная модификация компактной схемы метода Гаусса решения линейных систем, ориентированная на современную...

М. К. Буза Введение в архитектуру iconВведение введение
Актуальность темы настоящего исследования определяется следующими теоретическими положениями

М. К. Буза Введение в архитектуру iconВведение Введение в проблему человеко-машинного взаимодействия
Человек: информационные каналы, память, мышление и принятие решений, психология

М. К. Буза Введение в архитектуру iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Создание предприятия в рыночной...

М. К. Буза Введение в архитектуру iconСодержание введение 3 заключение 6 библиография 8 приложение 1 12 введение
Использование информационных технологий и проблемы автоматизации процессов управления ифнс россии

М. К. Буза Введение в архитектуру iconПрограмма тура
Благодаря данной программе Вы получите возможность максимально почувствовать Китай и в полной мере ощутить специфику различных регионов,...

М. К. Буза Введение в архитектуру iconПрограмма День 1
Благодаря данной программе Вы получите возможность максимально почувствовать Китай и в полной мере ощутить специфику различных регионов,...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<