М. К. Буза Введение в архитектуру

Скачать 132.49 Kb.

Название	М. К. Буза Введение в архитектуру
Дата публикации	14.05.2013
Размер	132.49 Kb.
Тип	Документы

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

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

	В. 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,...		Мэр Днепропетровска любит борщ и старую архитектуру//Сегодня. – 2009.... Мэр Днепропетровска любит борщ и старую архитектуру//Сегодня. – 2009. – 13 августа. – С. 9
	При 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...		Вісник Харківського національного університету №987, 2011 Этим методом получена параллельная модификация компактной схемы метода Гаусса решения линейных систем, ориентированная на современную...
	Введение введение Актуальность темы настоящего исследования определяется следующими теоретическими положениями		Введение Введение в проблему человеко-машинного взаимодействия Человек: информационные каналы, память, мышление и принятие решений, психология
	Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Создание предприятия в рыночной...		Содержание введение 3 заключение 6 библиография 8 приложение 1 12 введение Использование информационных технологий и проблемы автоматизации процессов управления ифнс россии
	Программа тура Благодаря данной программе Вы получите возможность максимально почувствовать Китай и в полной мере ощутить специфику различных регионов,...		Программа День 1 Благодаря данной программе Вы получите возможность максимально почувствовать Китай и в полной мере ощутить специфику различных регионов,...

М. К. Буза Введение в архитектуру

Б90

ISBN 985-445-211-5

УДК 681.3

ISBN 985-445-211-5

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

–

накопитель на магнитном диске

Похожие: