Архитектура ЭВМ и систем

Учебное пособие посвящено архитектуре современных компьютеров. Рассмотрен широкий круг вопросов, касающихся структурнофункциональной организации микропроцессоров, микропроцессорных систем, компьютеров и компьютерных систем, основной компьютерной памяти и дисковых накопителей, а также различных типов периферийных устройств.

Раздел 1. Введение в компьютерную технику Глава 1. Начальные сведения 1.1. История развития компьютеров Этап механических калькуляторов и вычислительных машин Этап ЭВМ и компьютеров 1.2. Основные компьютерные средства Основные функциональные блоки компьютера Центральный процессор Блок основной памяти Блок периферийных устройств Блок интерфейса Архитектура PC-совместимых компьютеров Программные средства 1.3. Организация цифровой информации и ее хранения Основные понятия Информационные элементы Файлы Таблица размещения файлов Основные средства хранения информации 1.4. Общие принципы функционирования компьютера Особенности функционирования микропроцессорных систем Выполнение команды Глава 2. Аппаратные средства 2.1. Состав компьютера 2.2. Общие сведения о микропроцессорах Основные понятия Регистровая модель микропроцессора Основные классификационные признаки архитектур О путях развития микропроцессорной техники Конвейерный принцип выполнения команд Суперскалярные процессоры Основные классы микропроцессоров 2.3. Интерфейсные устройства Обзор шинного интерфейса Конструктивные средства интерфейса Системная логика Глава 3. Программные средства 3.1. Основные виды программных средств Базовая система ввода-вывода (Basic Input-Output System – BIOS)Операционная система Прикладное программное обеспечение Драйверы устройств 3.2. Адресные пространства Основные области памяти Пространство ввода-вывода 3.3. Системные ресурсы и их распределение Общие сведения Степень влияния вила ресурсов на возникновение конфликтов Распределение системных ресурсов Глава 4. Функционирование компьютера 4.1. Начальный запуск и самотестирование Тестирование и начальная загрузка компьютера 4.2. Загрузка операционной системы и прикладных программ Порядок загрузки с диска А:Загрузка с жесткого диска С:Загрузка пользовательских программ 4.3. Обмен данными Принципы взаимодействия программ с периферийными устройствами.Способы обмена данными Инициирование обмена Типы устройств Буферизация данных Раздел 2. Микропроцессоры и микропроцессорные системы Глава 5. Архитектура процессоров 5.1. Принципы построения процессоров Принцип микропрограммного управления Структура процессора Операционный автомат для умножения двоичных чисел 5.2. Структурно-функциональная организация процессоров Основные функции процессора Состав процессора 5.3. Адресация команд и данных Общие сведения Способы адресации 5.4. Команды Формат команды Система команд Глава 6. Микропроцессорные системы 6.1. Структурно-функциональная организация микропроцессорных систем Типовые структуры микропроцессорных систем Магистрали микропроцессорных систем Организация пространств памяти и ввода-вывода Принципы организации командных и машинных циклов Циклы обращения к магистрали Формирование сигналов обращения к памяти и внешним устройствам Организация обращения к памяти и устройствам ввода-вывода Буферизация шин данных и адреса Общие сведения об интерфейсе 6.2. Организация работы микропроцессорной системы Состав системы Режим начальной установки Работа в машинном цикле М1 Особенности выполнения других циклов Основные способы обмена данными Программно-управляемый обмен данными Обмен с прерыванием программы Обмен данными с помощью прямого доступа к памяти 6.3. Обмен данными в параллельном коде Прямой ввод-вывод данных Обмен данными с программным квитированием Обмен данными с аппаратным квитированием 6.4. Последовательный обмен данными Синхронный обмен Асинхронный обмен 6.5. Организация прерываний в микропроцессорных системах Последовательность обслуживания прерываний Управление входами и способы приема сигналов запроса на прерывания Способы идентификации источника прерывания Способы передачи управления Схемная идентификация источников прерывания 6.6. Прямой доступ к памяти Необходимость организации канала прямого доступа к памяти Принципы организации ПДП Реализация прямого доступа к памяти Принцип работы устройства ПДП Раздел 3. Основная память компьютера Глава 7. Введение в полупроводниковую память 7.1. Начальные сведения Два вида компьютерной памяти Оперативная память Постоянная память Другие подсистемы памяти Об иерархической структуре памяти Классификация запоминающих устройств Основные показатели ЗУ 7.2. Структурно-функциональная организация памяти Общие сведения Память с параллельным доступом Память с последовательным доступом 7.3. Логическая организация памяти Особенности логической организации памяти Виртуальная память Страничная организация памяти Сегментация Глава 8. Постоянные запоминающие устройства 8.1. Память типа ROM и ее разновидности Общие сведения Масочные ПЗУ Программируемые ПЗУ (ППЗУ)Репрограммируемые ПЗУ Программируемые пользователем ПЗУ Другие типы постоянной памяти 8.2. Флэш-память Начальные сведения Области применения Устройство ячейки флэш-памяти Основные режимы работы ячейки флэш-памяти Многоуровневые ячейки памяти Доступ к флэш-памяти Современное состояние флэш-памяти Глава 9. Статические ОЗУ 9.1. Особенности статической памяти Основные виды микросхем статической памяти 9.2. Структурно-функциональная организация статических ОЗУ Элементы памяти статических ОЗУ (СОЗУ)Адресация к элементам памяти Адресация к ячейкам памяти Глава 10. Динамические ОЗУ 10.1. Особенности динамических ОЗУ Элементы памяти Усилители считывания и их функции Временно́е мультиплексирование адреса Структурно-функциональная организация динамическою ОЗУ Регенерация данных в динамических ОЗУ 10.2. Асинхронная и синхронная DRAM Краткий обзор асинхронной памяти Синхронные динамические ОЗУ 10.3. Микросхемы и модули динамической памяти Общие сведения о микросхемах DRAM Типы корпусов микросхем Маркировка микросхем Организация памяти Раздел 4. Устройства хранения Глава 11. Магнитные запоминающие устройства 11.1. Принципы построения и действия магнитных ЗУ О способностях ферромагнетиков хранить информацию Принцип работы магнитных ЗУ 11.2. Накопители на гибких магнитных дисках Общие сведения Дискеты 11.3. Накопители на жестких магнитных дисках Общие сведения Особенности конструкции винчестеров Основные характеристики винчестеров Логическая структура дисков винчестера Форматирование низкого уровня Конфигурирование винчестера Форматирование высокого уровня Параметры винчестеров в CMOS Setup Глава 12. Оптические запоминающие устройства 12.1. Общие сведения Особенности оптических ЗУ Конструкция компакт-дисков 12.2. Физическая структура компакт-дисков Основные типы компакт-дисков Диски CD-ROM Диски CD-RW Диски DVD Дорожки и секторы 12.3. Информационная структура компакт-дисков Организация хранения данных на компакт-диске CD-ROM Структура каталога компакт-диска CD-ROM Информационная структура CD-R и CD-RW 12.4. Организация записи Общие принципы записи/считывания Предварительное форматирование 12.5. Основные показатели накопителей CD-ROM Скорость передачи данных (Data Transfer Rate – DTR)Качество считывания Среднее время доступа (Access Time – АТ)Объем буферной памяти (Buffer Memory – ВМ)Средняя наработка на отказ (Mean Time Between Failure – MTBF)Параметры аудиотракта Раздел 5. Устройства ввода и вывода Глава 13. Устройства ввода и манипуляторы 13.1. Клавиатуры Назначение и основные типы клавиатур Назначение клавиш клавиатуры Общее представление о работе клавиатуры Международные раскладки клавиатуры и языки Разъемы для подключения клавиатуры 13.2. Манипуляторы-указатели типа мышь История создания и назначение манипуляторов Конструкция мыши Общие правила работы с мышью Основные классификационные признаки Принцип работы оптико-механической мыши Особенности оптической мыши Беспроводные мыши Драйверы мыши 13.3. Сканеры Назначение и области применения сканеров Классификация сканеров Основные характеристики сканеров Особенности применения сканеров Интерфейсы сканеров Планшетный сканер Барабанный сканер 13.4. Дигитайзеры Устройство и режимы работы дигитайзера Принцип функционирования дигитайзера Глава 14. Мониторы 14.1. Мониторы на электронно-лучевых трубках Принципы формирования монохромного изображения Принципы формирования цветного изображения 14.2. Плоскопанельные мониторы на жидких кристаллах Общие сведения Жидкие кристаллы Жидкокристаллические ячейки Жидкокристаллические экраны мониторов Контроллер ЖК-экрана 14.3. Показатели мониторов и их сравнительная оценка Показатели экрана Показатели качества изображения Показатели разверток Другие показатели Глава 15. Видеоадаптеры 15.1. Общие сведения Назначение и принцип работы видеоадаптера Основные типы адаптеров 15.2. Видеорежимы Графический режим Текстовый режим 15.3. Видеоадаптер VGA Видеопамять Video BIOS Контроллер электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)Графический контроллер Секвенсор Контроллер атрибутов RAMDAC Синхронизатор Тактовые генераторы Интерфейс с шиной ввода-вывода 15.4. Видеопамять Назначение и характеристики памяти Однопортовая память Двупортовая память Перспективные типы видеопамяти 15.5. Основные графические функции видеоадаптера Об ускорении выполнения графических функций Основные графические функции видеоадаптера Типы аппаратных ускорителей Глава 16. Печатающие устройства 16.1. Принтеры Классификация принтеров Способы регистрации данных Языки принтера Матричные принтеры 24-игольчатые принтеры Строчные принтеры Струйные принтеры Лазерные принтеры Сетевой принтер Основные характеристики принтеров 16.2. Плоттеры Назначение плоттеров Классификация плоттеров Основные функции плоттера и их реализация Основные показатели плоттеров Интерфейс плоттеров Планшетные плоттеры Раздел 6. Параллельные компьютерные системы Глава 17. Общие вопросы 17.1. Пути повышения производительности компьютеров Принципы разработки современных процессоров О направлениях развития компьютеров Параллелизм на уровне команд 17.2. Классификация компьютеров параллельного действия Мультипроцессоры Мультикомпьютеры Сравнительная оценка мультипроцессоров и мультикомпьютеров 17.3. Коммуникационные сети Топология сети Способы коммутации каналов Алгоритмы маршрутизации 17.4. Производительность многопроцессорных компьютерных систем Производительность аппаратных средств Программная производительность Способы повышения производительности 17.5. Программное обеспечение Модели управления Уровни распараллеливания процессов Вычислительные парадигмы Методы коммуникации Базисные элементы синхронизации 17.6. Транспьютеры Общие сведения Архитектура транспьютеров Состав транспьютера Центральный процессор Сопроцессор Память Блок событий (Event)Таймер Другие узлы транспьютера Выводы транспьютера Система команд транспьютера Инициализация системы после включения питания Диспетчеризация процессов Организация ввода-вывода Обмен данными по каналу Глава 18. Мультипроцессоры с памятью совместного использования 18.1. Модели согласованности аппаратных и программных средств Строгая согласованность Согласованность по последовательности Процессорная согласованность Слабая согласованность Свободная согласованность 18.2. Архитектуры LIMA SMP с шинной организацией Протоколы когерентности кэширования 18.3. Мультипроцессоры UMA с координатными коммутаторами Координатные коммутаторы 18.4. Мультипроцессоры UMA с многоступенчатыми сетями Принцип функционирования 18.5. Мультипроцессоры NUMA Мультипроцессоры CC-NUMA Мультипроцессор Stanford DASH Мультипроцессор Sequent NUMA-Q 18.6. Мультипроцессоры СОМА Глава 19. Мультикомпьютеры с передачей сообщений 19.1. Общие сведения Особенности мультикомпьютеров Принцип взаимодействия 19.2. Процессоры МРР Cray Т3Е Intel/Sandia 19.3. Мультикомпьютеры типа COW Особенности COW Алгоритмы планирования Сети межсоединений 19.4. Программное обеспечение Способы передачи сообщений Программное обеспечение PVM Пакет программ MPI 19.5. Совместно используемая память на прикладном уровне Распределенная совместно используемая память Linda Огса Globe Глава 20. Компьютеры SIMD и другие 20.1. Массивно параллельные и векторные процессоры Общие сведения о системах SIMD Процессоры для обработки массивов (Array Processor)Конвейерно-векторный суперкомпьютер Сгау-1 20.2. Машины, управляемые потоком данных Принцип потоковой обработки Структура и принцип функционирования потоковой системы Виды архитектур 20.3. Систолические системы