Багаторівнева комп’ютерна організація – структура призначення рівнів. Опишіть структуру рівнів як інтерфейс між різними елементами ПК і кінцевим користувачем

Що вивчає предмет «Архітектура комп’ютерів», що таке комп’ютер (К), опишіть основні напрями використовування К? Опишіть історію виникнення комп’ютерів, і основні покоління ЕОМ.

l Архитектурой компьютера называется описание совокупности устройств и блоков ЭВМ, а также связей между ними, то есть описание принципа действия ЭВМ.

l Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, памяти и периферийных устройств

l В более подробное описание, определяющее конкретную архитектуру, также входят:

l структурная схема ЭВМ, средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы,

l организация и разрядность интерфейсов ЭВМ,

l набор и доступность регистров,

l организация памяти и способы её адресации,

l набор и формат машинных команд процессора, способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний.

По перечисленным признакам и их сочетаниям среди архитектур выделяют:

l По разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-, 128- разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);

l По особенностям набора регистров, формата команд и данных: CISC, RISC, VLIW (very long instruction word );

l По количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные;

l

l Компью́тер (англ. computer — «вычислитель») — многозначный термин в современной литературе, наиболее часто употребляется в качестве обозначения программно-управляемого электронного устройства обработки информации.

l Термин «компьютер» и аббревиатура «ЭВМ», принятая в русскоязычной научной литературе, являются синонимами. Электро́нная вычисли́тельная маши́на (ЭВМ) — вычислительная машина.

Механические компьютеры

0-е поколение ЭВМ

Машина Паскаля

~1652г. Компьютер умел складывать(+) и вычитать(-)

Машина Бебиджа (1824г.) работала на паровой тяге и

могла с точностью до 8-ми знаков вычислять значения

полиномов разностным методом.

с 1929 по конец 1970-х в СССР выпускался самый распространённый арифмометр «Феликс» - настольная (или портативная) механическая вычислительная машина, предназначенная для точного умножения и деления, а также для сложения и вычитания.

Этапы дальнейшего развития компьютеризации

Электронные компьютеры – Большие ЭВМ

Е поколение ЭВМ – Транзисторные Компьютеры

IBM System/360 (S/360)

Советский аналог

ЕС ЭВМ 8-bit

Анонсирован в 1964 г. Построен в 1946 г

ENIAC представлял собой сложное инженерное сооруж. длинной 30 м, весом 30 т. и пл. 300 м²

ЭВМ содержала 18 тыс. электрических ламп, 1500 реле,

7200 кристаллических диодов.

ЭВМ 3-го поколения характеризуются расцветом операционных систем (ОС), отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом. Именно здесь слово “ЭВМ” все чаще стало заменяться понятием “вычислительная система”, что в большей степени отражало усложнение как аппаратурной, так и программной частей ЭВМ. Стоимость программного обеспечения стала расти и в настоящее время намного опережает стоимость аппаратурных средств

Электронные компьютеры – Мини ЭВМ, ПК

Супер компьютеры поколения - S

IBM PC 16-bit, Programmed Data, Processor-11.

Опишіть архітектуру комп’ютера як ієрархію віртуальних машин.Дайте визначення термінам: комп’ютер, програма, алгоритм, алгоритм, машинна мова, трансляція, інтерпретація. Що таке віртуальна машина (ВМ), приведіть приклади ВМ та їх параметри? Чим відрізняється ВМ від реальної?

Компьютер — это машина, которая может решать задачи, выполняя данные ей команды. Последовательность команд, описывающих решение определенной задачи, называется программой. Машинный язык — набор команд конкретной вычислительной машины, который интерпретируется на аппаратном уровне или с помощью микропрограмм самой машины. Виртуальной машиной называют программную или аппаратную среду, исполняющую некоторый код, или спецификацию такой системы. Трансляция – замена каждой команды, написанной на языке Я1, эквивалентным набором команд, напис. на языке Я0. При этом перед выполнением программы, происходит ее трансляция на язык более низкого уровня. Интерпретация – это трансляция в динамике выполнения. Т. е. компьютер анализирует команду, написанную на языке Я1, заменяет ее эквивалентным набором команд на яз. Я0 и тут же выполняет ее, то же происходит со след.командой.

Компьютер может выполнять только программы, написанные на его машинном языке Я 0. Но человеку проще разработать новые команды, которые более удобны, чем встроенные машинные команды. Эти новые команды в совокупности формируют язык, который мы будем называть Я 1. Проще представить себе виртуальную машину, для которой машинным языком является язык Я 1. Назовем такую виртуальную машину М 1, а виртуальную машину с языком Я 0 — М 0. Изобретение целого ряда языков, каждый из которых более удобен для человека, чем предыдущий, может продолжаться до тех пор, пока мы не дойдем до подходящего нам языка. Каждый такой язык использует своего предшественника как основу. Язык, находящийся в самом низу иерархической структуры — самый примитивный, а находящийся на самом верху — самый сложный. Т. е. на уровне 0 (ВМ0 и Я0) программы Я0 непосредственно выполн. эл. схемами, на уровне n (ВМN и ЯN) программы на языке Я 1 либо интерпретируются программой-интерпретатором, работающей на машине более низкого уровня, либо транслируются на машинный язык машины более низкого уровня.

Концепция виртуальной машины как совокупности ресурсов, которые эмулируют поведение реальной машины, появилась в Кембридже в конце 1960-х годов как расширение концепции виртуальной памяти манчестерской вычислительной машины Atlas. В целом вычислительный процесс определяется в рамках этой концепции содержимым того рабочего пространства памяти, к которому он имеет доступ. При условии, что конкретная ситуация в этом рабочем пространстве соответствует ожидаемой, процесс не имеет никаких средств для определения того, является ли представленный ему ресурс действительно физическим ресурсом этого типа, или же он имитируется действиями других ресурсов, которые приводят к аналогичным изменениям содержимого рабочего пространства процесса.

Например, процесс не может определить, монопольно ли он использует процессор или же в режиме мультипрограммирования вместе с другими процессами. В виртуальной машине ни один процесс не может монопольно использовать никакой ресурс, и все системные ресурсы считаются ресурсами потенциально совместного использования. Кроме того, использование виртуальных машин обеспечивает развязку между несколькими пользователями, работающими в одной вычислительной системе, обеспечивая определённый уровень защиты данных.

Багаторівнева комп’ютерна організація – структура призначення рівнів. Опишіть структуру рівнів як інтерфейс між різними елементами ПК і кінцевим користувачем.

0. Цифровой логич. уровень, объекты называются вентилями. Несколько вентилей формируют 1 бит памяти, который может содержать 0 или 1. Биты памяти, объединенные в группы, например, по 16,32 или 64, формируют регистры. Каждый регистр может содержать одно двоичное число до определенного предела;

1. Микроархитектурный уровень (уровень микропрограммного управления, задает границу выполнения операций с помощью логич. эл. схем и с помощью микропрограмм (программ записанных в постоянную память));

2. Уровень архит. команд, описывают набор машинных команд, они в действительности описывают команды, которые выполняются микропрограммой-интерпретатором или аппаратным обеспечением. Уровень аппаратно-програм. единицы, устан. границу между аппар. обеспечением и ОС;

3. Уровень ОС, разделяет ф-ции по обраб. данных, выполн. ОС и внешней средой (пользователем), при этом связь ОС с внешней средой произв. через два набора интерфейсов – языки программир. и сист. прогр.;

Между уровнями 3 и 4 есть существенная разница. Нижние три уровня задуманы не для того, чтобы с ними работал обычный программист. Они изначально ориентированы на интерпретаторы и трансляторы, поддерживающие более высокие уровни. Эти трансляторы и интерпретаторы составляются так называемыми системными программистами, которые специализируются на разработке новых виртуальных машин. Уровни с четвертого и выше предназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи.

Еще одно изменение, появившееся на уровне 4, — механизм поддержки более высоких уровней. Уровни 2 и 3 обычно интерпретируются, а уровни 4, 5 и выше обычно, хотя и не всегда, транслируются.

Другое различие между уровнями 1, 2, 3 и уровнями 4, 5 и выше — особенность языка. Машинные языки уровней 1, 2 и 3 — цифровые. Программы, написанные на этих языках, состоят из длинных рядов цифр, которые воспринимаются компьютерами, но малопонятны для людей. Начиная с уровня 4, языки содержат слова и сокращения, понятные человеку.

4. представляет собой символическую форму одного из языков более низкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Эти программы сначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальной или фактически существующей машиной. Программа, которая выполняет трансляцию, называется ассемблером.;

5. обычно состоит из языков, разработанных для прикладных программистов. Такие языки называются языками высокого уровня. Существуют сотни языков высокого уровня. Наиболее известные среди них — С, C++, Java, LISP и Prolog. Программы, написанные на этих языках, обычно транслируются на уровень 3 или 4. Трансляторы, которые обрабатывают эти программы, называются компиляторами;

Таким образом, компьютер проектируется как иерархическая структура уровней, которые надстраиваются друг над другом. Каждый уровень представляет собой определенную абстракцию различных объектов и операций. Рассматривая компьютер подобным образом, мы можем не принимать во внимание ненужные нам детали и, таким образом, сделать сложный предмет более простым для понимания.

Набор типов данных, операций и характеристик каждого отдельно взятого уровня называется архитектурой. Архитектура связана с программными аспектами.

Приведіть усі зовнішні та основні внутрішні пристрої введення-виводу (ПВВ). Які функції забезпечує ПВВ, опишіть принцип роботи та зв'язок з паралельною шиною комп’ютера? Яким чином ПВВ ідентифікується у комп’ютері?

Компьютерные устройства ввода/вывода — класс устройств в типовой архитектуре ЭВМ, предоставляющих компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром (с пользователями, а также с другими компьютерами).

Несмотря на все многообразие устройств ввода-вывода, управление их работой и обмен информацией с ними строятся на относительно небольшом количестве принципов. Основными физическими принципами построения системы ввода-вывода являются следующие: возможность использования различных адресных пространств для памяти и устройств ввода-вывода; подключение устройств к системе через порты ввода-вывода, отображаемые в одно из адресных пространств; существование механизма прерывания для извещения процессора о завершении операций ввода-вывода; наличие механизма прямого доступа устройств к памяти, минуя процессор.

Шина — набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса (ША (адреса ячеек памяти)), данные (ШД (данные (числа, коды команд))) и сигналы управления (ШУ (сигналы управления)). Шины можно разделить на группы в соответствии с выполняемыми функциями. Они могут быть внутренними по отношению к процессору и служить для передачи данных в АЛУ и из АЛУ, а могут быть внешними по отношению к процессору и связывать процессор с памятью или устройствами ввода-вывода. Обмен по шине может происходить только между 2 устр-вами – передатчиком и приемником. Уст-во, которое инициирует обмен наз. задающим (активным), а которое передает – приемником (пассивное).

Поиск по сайту: