Слайд 2Информация о курсе
Лектор:
- доц. Гулиус Валерий Алексеевич
Преподаватели:
- асс. Чвиженков Юрий Яковлевич
- асс. Дзюбенко Владимир Федорович
Распределение
нагрузки:
Лекции – 60 часов
Лабораторные работы – 40 часов
Самостоятельная работа – 108 часов
Слайд 3Рекомендуемая литература
1 Столлингс, Вильям. Структурная организация и архитектура компьютерных систем.
Пер. с англ.
– М.: Изд. дом “Вильямс”, 2002. –
896 с.
2 Шагурин И.И., Бердышев Е.М. Процессоры семейства Intel P6. Архитектура, программирование, интерфейс. М.: Изд.
Телеком. 2000. – 248 с.
3 Гук М. Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II.
– СПб: Питер Ком. 1997. – 224 с.
Слайд 4Рекомендуемая литература
(продолжение)
4 Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. –
СПб: Питер Ком. 1999. – 816 с.: ил.
5 Гулiус В.О.
Архiтектура обчислювальних машин. Навч. посiбник. – Харкiв: ХТУРЕ, 2000. 140 с.
6 Карцев М.А. Архитектура цифровых вычислительных машин. Изд-во “Наука”, М.:1978. – 418 с.: ил.
Слайд 5Рекомендуемая литература
(продолжение)
7 Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. Учеб.
Пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. –
М.: Энергоатомиздат, 1991. –592 с.: ил.
8 Э. Таненбаум. Архитектура компьютеров. – СПб.: Питер, 2003. – 704 с.: ил.
Слайд 6• Система аттестации:
- Лабораторные работы: 20%
- Контрольные задания: 10%, 10%
- Текущий
контроль (тестирование): 2 x 30%
• Чтобы получить положительную оценку по дисциплине, необходимо набрать более 60% по всем видам контроля.
Слайд 7• Правила поведения:
Быть пунктуальным, не шуметь на всех видах занятий.
Если
Вы принесли мобильный телефон, Вы должны отключить его.
Слайд 8Цели и задачи курса
Основная задача этого курса - изучение структурной
и логической организации компьютеров, принципов их функционирования, методов исследования и
основ применений.
Слайд 9Курс «Архитектура компьютеров» включает следующие
основные разделы:
• Основные понятия и определения;
•
Принципы организации и функционирования компьютеров;
• Структура и иерархическая организация памяти
компьютеров;
• Системы команд и способы адресации операндов;
• Операционные системы компьютеров и их основные функции;
• Архитектура процессоров;
• Возможности организации процессоров с CISC, RISC и VLIW архитектурой команд;
Устройства управления;
• Тенденции развития науки проектирования и совершенствования компьютерной техники.
1-5
Слайд 10Определение понятия компьютер
Компьютер представляет собой набор электронных блоков и технических
устройств, поддерживаемых системным и прикладным программным обеспечением, и предназначен для
хранения, преобразования, управления и передачи данных.
Слайд 11Определение понятия архитектура компьютера
Понятие архитектура компьютера включает три
составляющих:
• физическую структуру;
• логическую организацию;
• программную структуру.
Слайд 12Элементы физической структуры
Процессор;
Оперативная память (ОП);
Внешняя память на жестком диске
(винчестере);
Внешняя память на CD, DVD дисках;
Контроллер ввода/вывода данных;
Принтер;
Клавиатура;
Мышь.
Слайд 135 components of any Computer
Процессор
Computer
Управле-
ние
Шины
Память
(where
programs,
data
live when
running)
ПУ
ввод
вывод
Клавиатура,
Мышь
Диск
(where
programs,
data
live when
not running)
Принтер
Дисплей
Слайд 14Элементы физической структуры
Эти устройства определяют физические ресурсы компьютера и самым
существенным образом влияют на его технические характеристики.
Соединения внутри устройств
и между устройствами образуют структурную организацию компьютера
Слайд 15Элементы логической структуры
Функции, направленные на реализацию основных операций компьютера:
- прием данных,
- хранение данных,
- преобразование данных,
-
выдача результатов.
Слайд 16Примеры логической структуры
включают систему команд
число битов, используемых для представления
различных типов данных (например, число, символ)
механизмы ввода – вывода
методы адресации
памяти
Слайд 17Программную структуру
образуют взаимосвязанные программы, которые обеспечивают процесс
обработки данных, доступ к этому процессу, диагностику неисправностей оборудования, передачу
данных между устройствами компьютера.
Слайд 18Структура компьютера
I/O system
Processor
Compiler
Операционная
система
Приложения (ex: browser)
Дискретные схемы
Логические схемы
Instruction Set
Architecture
Datapath &
Control
transistors
Memory
Hardware
Software
Assembler
Слайд 19 Свойства архитектуры компьютера:
• универсальность;
• совместимость программного обеспечения (ПО);
• масштабируемость;
•
мобильность ПО;
• агрегатность технических средств;
• широкая номенклатура ПУ;
• высокая технологичность.
Слайд 20Универсальность
обеспечивает возможность одинаково эффективно решать задачи различных
классов практически для всех областей деятельности.
Универсальность достигается:
универсальной
системой команд;
универсальной логической структурой;
сбалансированностью входящих в компьютер устройств по быстродействию и потокам данных, курсирующим между ними
Слайд 21Совместимость ПО
достигается аппаратно-программными средствами с целью создания
единого прикладного и системного программного обеспечения.
Концепция программной совместимости
впервые была применена разработчиками системы IBM/360.
Программная совместимость компьютеров предполагает применение единых способов кодирования данных, форматов данных и единой для всех машин ряда системы команд.
Слайд 22Масштабируемость компьютерной системы
предполагает, что добавление нового процессора
должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых
затратах.
Слайд 23Мобильность
программного обеспечения
- возможность использования одних и тех
же программных систем на различных аппаратных платформах.
Требование мобильности ПО
вытекает из современных тенденций развития информационных технологий, которые направлены на применение различных типов компьютеров в качестве рабочих станций и серверов в сетях.
Слайд 24Принцип агрегатности
предусматривает возможность подключения различных по назначению
ПУ при построении аппаратной платформы вычислительной машины.
По назначению
ПУ можно разделить на две группы:
внешние запоминающие устройства, предназначенные для хранения больших массивов данных;
устройства ввода-вывода, которые обеспечивают связь компьютера с внешней средой.
Слайд 25Принцип агрегатности
Подключение ПУ к системе выполняется с помощью стандартных интерфейсов,
в состав которых входят набор шин и схемы управления, реализующие
алгоритмы обмена данными между процессором и внешними устройствами.
Слайд 26Принцип агрегатности
Применение стандартных интерфейсов в компьютерах обеспечивает:
возможность наращивания
мощности по вводу-выводу данных с расширением круга подсоединяемых ПУ;
стандартную организацию
выполнения операций ввода-вывода независимо от скорости работы ПУ;
простоту программирования операций ввода-вывода;
возможность обнаружения ошибок в операциях ввода-вывода.
Слайд 27Классификация вычислительных машин
• аналоговые;
• дискретные;
• гибридные.
Слайд 28Аналоговые вычислительные машины
оперируют с математическими переменными, которые
представлены в виде непрерывно изменяющихся физических величин.
В основу
АВМ положено моделирование, сущность которого состоит в замене исследуемого физического процесса электрической моделью, имеющей такие же свойства.
Слайд 29АВМ применяются
при решении обыкновенных дифференциальных уравнений,
дифференциальных уравнений в частных
производных,
для решения алгебраических и трансцендентных уравнений,
в качестве специализированных
устройств управления технологическими процессами.
Слайд 30Характеристики АВМ
Преимущества:
мгновенность получаемого решения задачи,
простота и наглядность процессов моделирования.
Недостатки:
невысокая точность получаемых решений,
малая универсальность.
Слайд 31В цифровых вычислительных машинах
все данные представляются в
виде дискретных значений.
Для дискретных сообщений характерно наличие
фиксированного набора элементов, из которых в некоторые моменты времени формируются различные последовательности.
Элементы, из которых состоит дискретное сообщение, называются буквами или символами.
Любой символ в компьютерах реализуется комбинацией состояний отдельных элементов, каждый из которых обладает двумя устойчивыми состояниями.
Слайд 32Характеристики ЦВМ
Преимущества:
- универсальность,
- высокая точность получаемых решений,
- возможность решать математические задачи любой сложности,
- выполнять сложные
логические операции.
Недостатки:
- ограниченное быстродействие.
Слайд 33Гибридные вычислительные машины
представляют собой совокупность аналоговой и
цифровой систем.
При создании таких машин была сделана попытка
объединить достоинства аналоговых и цифровых машин: высокое быстродействие первых и универсальность вторых.
Однако перед разработчиками гибридных машин возникли сложные технические проблемы, не позволившие создать серийно выпускаемые изделия.
Слайд 34Классификация компьютеров по сферам
применения
персональные;
• рабочие станции;
• X-терминалы;
• серверы;
• мейнфреймы;
•
компьютеры с кластерной архитектурой.
Слайд 35Персональные компьютеры и рабочие станции
ПК появились в результате
эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и
средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы.
Слайд 36Характеристики ПК
наряду с использованием текстовых процессоров, пользователь ПК может теперь
работать сразу с несколькими прикладными пакетами, включая электронные таблицы, базы
данных и высококачественную графику;
использование графических пользовательских интерфейсов существенно увеличило требования пользователей к объему оперативной памяти, чтобы использовать все преимущества оболочки MS Windows;
слишком высокая стоимость мейнфреймов привела к тому, что многие разработки сместились в область распределенных систем и систем клиент-сервер, реализованных на базе ПК и рабочих станций.
Слайд 37X-терминалы
экран высокого разрешения - обычно размером от 21 дюйма (1
дюйм равен 25.4 мм) по диагонали;
микропроцессор на базе Motorola или
RISC-процессор фирмы Intel;
отдельный графический сопроцессор в дополнение к основному процессору, поддерживающий двухпроцессорную архитектуру, которая обеспечивает более быстрое формирование изображений на экране;
Слайд 38Серверы применяются
в многопользовательских коммерческих и бизнес системах,
в системах
управления базами данных и обработки транзакций,
в крупных издательских системах,
в распределенных системах разработки программного обеспечения и обработки изображений.
Слайд 39Серверы применяются (2)
В корпоративных и глобальных сетях серверы нашли применение
для надежного хранения баз данных и защиты их от несанкционированного
доступа,
для управления процессом обмена данными между пользователями,
организации модели вычислений «клиент-сервер».
Слайд 40Серверы характеризуются:
наличием двух или более центральных процессоров Pentium;
многоуровневой шинной архитектурой,
в которой высокоскоростная системная магистраль связывает между собой несколько процессоров,
оперативную память, а также множество стандартных шин ввода-вывода;
поддержкой режима симметричной многопроцессорной обработки.
Слайд 41Мейнфреймы
являются наиболее мощными вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими
непрерывный круглосуточный режим эксплуатации.
Слайд 42Мейнфреймы (2)
Ведущая роль по поставке мейнфреймов принадлежит компании IBM.
Начиная с
1990 г. IBM приступила к выпуску семейства мейнфреймов ES/9000.
К
настоящему времени компания IBM производит три серии компьютеров этого семейства:
-компактные офисные машины 9221;
-мейнфреймы среднего уровня 9121;
-мощные компьютеры 9021.
Слайд 43Функциональные средства компьютеров ES/9000
Средства мультипроцессорной обработки, позволяющие разбить систему
на несколько виртуальных машин или, наоборот, объединить несколько компьютеров в
единый многопроцессорный комплекс.
Средства надежной защиты данных от возможных сбоев в системе и от несанкционированного доступа к конфиденциальным файлам.
Средства увеличения пропускной способности ввода-вывода, которые основаны на алгоритме сжатия данных, сохраняемых в памяти системы и передаваемых по каналам связи.
Слайд 44Компьютеры с кластерной архитектурой
Основной характеристикой систем с кластерной архитектурой является
высокая функциональная готовность.
Такие системы применяются:
- для обработки транзакций,
-
для управления базами данных,
- в системах управления технологическими, космическими и военными объектами.
Слайд 45Компьютеры с кластерной архитектурой (2)
Обеспечение заданного уровня производительности и продолжительного
функционирования систем достигается применением параллельных масштабируемых архитектур.
Задача обеспечения продолжительного функционирования
системы имеет три составляющих:
- надежность,
- готовность,
- удобство обслуживания.
Слайд 46Повышение надежности основано:
- на применении электронных схем и компонентов
с высокой и сверхвысокой степенью интеграции,
- снижении уровня помех,
- использовании облегченных режимов работы схем.
Слайд 47Повышение уровня готовности предполагает
подавление влияния отказов и
сбоев на работу системы с помощью средств контроля и коррекции
ошибок, а также средств автоматического восстановления вычислительного процесса после появления неисправности, включая аппаратурную и программную избыточность, на основе которой реализуются различные варианты отказоустойчивых архитектур.
Повышение готовности есть способ борьбы за снижение времени простоя системы.
Слайд 48Кластерные системы
Первой концепцию кластерной системы предложила компания DEC, определив
ее как группу объединенных между собой вычислительных машин, представляющих собой
единый узел (VAX-кластер) обработки данных.
Слайд 49Свойства VAX-кластера
Разделение ресурсов - компьютеры в VAX-кластере могут разделять доступ
к общим ленточным и дисковым накопителям.
Высокая готовность - если происходит
отказ одного из VAX-компьютеров, задания его пользователей автоматически переносятся на другой компьютер кластера.
Высокая пропускная способность - ряд прикладных систем имеют возможность параллельного выполнения заданий на нескольких компьютерах кластера.
Слайд 50Свойства VAX-кластера (2)
Удобство обслуживания системы - прикладные программы могут инсталлироваться
только однажды на общих дисках кластера и разделяться между всеми
компьютерами кластера.
Расширяемость - увеличение вычислительной мощности кластера достигается подключением к нему дополнительных VAX-компьютеров.
Слайд 51Выводы
• понятие архитектура компьютера;
• свойства архитектуры компьютеров;
• классификация компьютеров по
способу представления данных;
• классификация компьютеров по сферам применения.
![Маркетинговый план проекта [ название ] [ Автор ]](/img/thumbs/ca697564708ae19e6323ab6a9198286b-800x.jpg)
