Вычислительные машины сети и системы Лекция 2 Основные компоненты

Иванович,
КТН, СНС, доцент

БИВТ-18 -1,2,3,4

29-02-2019

компьютера 3. Базовая система ввода-вывода — BIOS

принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом:
Джон

фон Нейман, 1945 г.

Принцип программного управления.
Принцип однородности памяти.
Принцип адресности.

из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом

в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп". Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится

в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует

возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд", указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

central processing unit, CPU) — электронный блок либо интегральная схема,

исполняющая машинные инструкции, является главной частью аппаратного обеспечения компьютера. Также ЦПУ называют микропроцессором или просто процессором.

инструкции
ID (англ. Instruction Decode) — раскодирование инструкции
EX (англ. Execute) —

выполнение
MEM (англ. Memory access) — доступ к памяти
WB (англ. Register write back) — запись в регистр

машинных инструкций за один такт процессора путем увеличения числа исполнительных

устройств. Эта технология существенно увеличивает производительность. Но существует предел числа исполнительных устройств, при превышении которого прироста производительности практически нет.
Если команды, обрабатываемые конвейером, не противоречат друг другу и одна не зависит от результата другой, то ядро исполняет их параллельно.

набором команд.
CISC (Complex instruction set computer) — процессорная архитектура со сложным

набором команд.
EPIC (Explicitly parallel instruction computing) — процессорная архитектура с явным параллелизмом команд.

для уменьшения времени доступа к оперативной памяти. Является верхним уровнем

в иерархии памяти.
Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней (L1, L2 и L3).
Кэш L1 имеет наименьшие время доступа и размер.
Кэш L2 имеет большее время доступа по сравнению с кэш L1, но значительно больше его по размеру.
Кэш L3 — это самый объёмный и самый медленный кэш. Но и он существенно быстрый, чем оперативная память.

нескольких ядер в процессоре.
Широко применяется технология SMT для поочередного исполнения

нескольких потоков для каждого ядра, создавая иллюзию нескольких «логических процессоров» на основе каждого ядра.
Первым многоядерным микропроцессором стал POWER4 от IBM, появившийся в 2001 году и имевший два ядра.

Многоядерный процессор —
центральный процессор, содержащий
два и более вычислительных ядра на
одном процессорном кристалле или
в одном корпусе.

между ядрами. Бывают процессоры с такой поддержкой и без неё.

Способ связи между ядрами:
разделяемая шина
сеть (Mesh) на каналах точка-точка
сеть с коммутатором
общая кэш-память

типа точка-точка для соединения между процессорами и внутри процессора для

связи ядер, контроллёров оперативной памяти и PCI-Express, разработанная фирмой Intel. Может также применялась для связи процессора с чипсетом.

к процессору от оперативной памяти. Может представлять собой отдельную микросхему

или быть интегрирована в более сложную микросхему, например, в северный мост или же в сам ЦПУ.

контроллером памяти. В бюджетных пользовательских системах контроллер как правило интегрируется

в чипсет (микросхему северного моста).

архитектура набора команд (АНК) реализована в процессоре.
Каждая АНК может

быть реализована с помощью различных микроархитектур.
На протяжении всего развития микроархитектура она была неразрывно связана с тех. процессом производста ЦПУ.

материнской плате, предназначенный для установки в него ЦПУ.
Использование разъёма

вместо непосредственного припаивания ЦПУ на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера, а также значительно снижает стоимость материнской платы.
Каждый socket допускает установку только определённого типа ЦПУ. С другими типами ЦПУ разъёмы несовместимы.
На физическом уровне, разъёмы отличаются количеством и типом контактов.

Он состоит из набора технологических и контрольных операций.
В производстве ЦПУ

применяется литографическое оборудование. Разрешающая способность этого оборудования определяет название техпроцесса.
Совершенствование технологий и пропорциональное уменьшение размеров п/п структур улучшают характеристики ЦПУ (размеры, энергопотребление, рабочие частоты).
На текущий момент самым распространённым тех. процессом для производста ЦПУ является 22нм и осуществляется переход на 14нм.

процессора. Базовая частота процессора является рабочей точкой, где задается расчетная

мощность (TDP). Частота измеряется в гигагерцах (ГГц) или миллиардах вычислительных циклов в секунду.

энергопотребление.
Первые x86 процессоры потребляли единицы ватта. Увеличение количества транзисторов и

повышение тактовой частоты привело к росту данного параметра. Сегодня ЦПУ потребляют 130 и более ватт.
Большинство ЦПУ работоспособны при температуре 75 - 85 С°. Данный порог считается максимально допустимой температурой. У каждой модели ЦПУ порог свой.
При температуре, превышающей максимально допустимую, возможны ошибки в работе или зависание системы. В отдельных случаях возможны необратимые изменения в самом ЦПУ.

от качества теплоотвода.
Многие современные ЦПУ могут обнаруживать перегрев и ограничивать

собственные характеристики в этом случае.
Для измерения температуры процессора в области центра крышки ЦПУ устанавливается датчик температуры.
В ЦПУ Intel датчик температуры — термодиод или транзистор с замкнутыми коллектором и базой в качестве термодиода, в ЦПУ AMD — терморезистор.
Для теплоотвода от микропроцессоров применяются пассивные радиаторы и активные кулеры.

доступом; ОЗУ (оперативное запоминающее устройство)) — энергозависимая часть системы компьютерной

памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код, входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.
Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится через кэша процессора.

access memory) — тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом.
DRAM

широко используемая в качестве оперативной памяти современных компьютеров, а также в качестве постоянного хранилища информации в системах, требовательных к задержкам.

в виде отдельных микросхем:
в корпусах типа DIP, SOIC и BGA
в

виде модулей типа SIPP, SIMM, DIMM (SO-DIMM) и RIMM.

SIPP

SIММ

в виде отдельных микросхем:
в корпусах типа DIP, SOIC и BGA
в

виде модулей типа SIPP, SIMM, DIMM (SO-DIMM) и RIMM.

DIMM

RIMM

— форм-фактор модулей памяти DRAM.
Данный форм-фактор пришёл на смену

форм-фактору SIMM.
Является самым распространенным форм-фактором для модулей памяти на сегодняшний день.

данные, присоединяемые к каждому передаваемому сигналу, позволяющие принимающей стороне определить

факт сбоя и (в некоторых случаях) исправить ошибку. ECC ориентирован на детектирование и исправление случайных ошибок памяти, вызываемых различными внешними факторами. Принцип основан на коде Хэмминга.

высоты в блейд-серверах Хуавей
Помимо DIMM модулей стандартного размера в серверах

используют модули DIMM с низким профилем (VLP) и модули полуторной высоты. DIMM полуторной высоты используются в решениях по виртуализации.

подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера. В

устройстве шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

физическом уровне шиной не является, будучи соединением типа «точка-точка»), использующая

программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

и 4.0. В разработке PCIe 5.0, может быть стандартизирована в

2020 году. Ожидается, что он будет иметь пропускную способность 24 GT/s или более, то есть будет в четыре –два раза быстрее чем PCIe 3.0 и PCIe 4.0 соответственно.

В одну/обе стороны, Гбит/с

— вид компьютерных комплектующих: плата адаптера, устанавливаемая в компьютер и

служащая для подключения накопителей (устройств хранения информации) или сети, имеющих в качестве интерфейса шинную организацию, отличную от имеющихся в компьютере изначально.

— набор микропрограмм, реализующих API для работы с аппаратурой компьютера

и подключёнными к

нему устройствами,
которая храниться на специализированной ROM микросхеме.

загрузка
операционной
системы

проверка
работоспособности
оборудования

настройка
оборудования

предоставление
API для работы
с оборудованием

BIOS

RTC) — электронная схема, предназначенная для учёта хронометрических данных.
BIOS предоставляет

пользовательский интерфейс, позволяющий пользователям производить настройки компонентов системы и сохраняет их в CMOS памяти.

прошивки) — интерфейс между операционной системой и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми

функциями оборудования, его основное предназначение: корректно инициализировать оборудование при включении системы и передать управление загрузчику операционной системы.

информацию о платформе,
загрузочные и runtime-сервисы, которые доступны для загрузчика

операционной системы (ОС) и самой ОС.

Аппаратная платформа

Firmware

Операционная система

UEFI