Архитектура компьютеров • Основы цифровой схемотехники и теории автоматов • Основы микропроцессорной техники • Основы периферийных устройств • Общие сведения о высокопроизводительных системах и их классификации Содержание курса Развитие вычислительной техники (ВТ) обусловлено успехами в 3-х областях: • в технологии производства, как элементарной базы ВТ, так и самих машин в целом; • в принципах организации вычислительных машин (успехи в развитии архитектуры); • в разработке математического и программного обеспечения. Уровни взаимодействия компонентов ВМ: • Низший уровень: на уровне электрических импульсов. • Высший уровень: взаимодействие узлов ВМ на уровне программных модулей (1 и 2 рассматривать не будем). • Функциональный уровень каждого отдельного узла: функция и их реализация программно–аппаратными средствами (под этим и понимается понятие “Архитектура”). Определение. Под Архитектурой понимается совокупность свойств и характер ВМ, рассматриваемая с точки зрения пользователя. • самозарождение «живых» вычислительных систем из «неживых» элементов (в биологии это явление известно как абиогенез); • поступательное продвижение по древу эволюции — от однопроцессорных вычислительных машин к многопроцессорным вычислительным системам; • прогресс в технологии вычислительных систем как следствие полезных мутаций и вариаций; • отмирание устаревших технологий в результате естественного отбора; • закон Мура – плотность транзисторов на кремниевой подложке удваивается каждые 18-24 месяца, соответственно в два раза растет их производительность и в два раза падает их рыночная стоимость. Эволюция средств автоматизации вычислений 1 этап: машинные ресурсы. 2 этап: программирование. 3 этап: формализация знаний. Этапы эволюция критериев вычислительных машин • • • • принципу действия; этапам создания и элементной базе; назначению; способу организации вычислительного процесса; • размеру и вычислительной мощности; • функциональным возможностям; • способности к параллельному выполнению программ и т. д. Признаки классификации вычислительных машин По принципу действия 1-е поколение, 50-е годы: ЭВМ на электронных вакуумных лампах; 2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах); 3-е поколение, 70-е годы: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции; 4-е поколение, 80-90-е годы: компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах, основная из которых — микропроцессор; 5-е поколение, настоящее время: компьютеры с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; 6-е и последующие поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом и нейронной структурой. По этапам создания и элементной базе По назначению • • • • • Операционные ресурсы ЭВМ Емкость памяти (внешняя и основная) Быстродействие Надежность Показатель стоимости Основные характеристики ЭВМ Принципиальная схема компьютера Важнейшие свойства ячеек оперативной памяти • содержимое ячейки сохраняется сколь угодно долго, пока процессор не выполнит команду, предписывающую изменить содержимое ячейки; • при записи информации в ячейку старое ее содержимое теряется и на новое содержимое никак не влияет; • при пересылке из одной ячейки в другую содержимое первой не меняется. Оперативная память Все команды можно разбить на три группы: • команды арифметического типа; • команды управления; • команды обмена. Команды Процессор 1. Любой алгоритм представляется в виде некоторой последовательности управляющих слов – команд. 2. Принцип условного перехода. 3. Принцип хранимой программы. 4. Принцип двоичного кодирования. 5. Принцип иерархии запоминающих устройств. Принцип программного управления