Организация ЭВМ и систем Шишаев Максим Геннадьевич Тел.

Организация ЭВМ и систем Шишаев Максим Геннадьевич Тел. (81555) 79248 [email protected] Фомин Дмитрий Евгеньевич

Организация (архитектура) ЭВМ Объем курса – 32 час. лекций + 32 час. лабораторный практикум Отчетность - экзамен Допуск к экзамену – посещение занятий (лекций и практик) + выполнение лабораторных и самостоятельных заданий Литература: Хамахер и др. Организация ЭВМ Цилькер и др. Организация ЭВМ. Учебник Гук. Архитектура IBM PC Ассемблер – любые книги Материалы Интернета

Структура курса Введение. Структура и основные принципы работы ЭВМ Архитектура и принципы работы процессора Организация системы ввода-вывода Организация памяти Архитектура высокопроизводительных вычислительных систем Пример архитектуры процессора. Intel IA-32. Внешние устройства.

Часть 1. Введение Структура и основные принципы работы ЭВМ

Классификация ЭВМ По принципу действия: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ). По этапам создания: 1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах; 2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах); 3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе); 4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле); 5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров,позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы; 6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Классификация ЭВМ по назначению по размерам и функциональным возможностям №1: IBM Sequoia 16,32 петафлопс TOP500: №22: «Ломоносов» 0,9 петафлопс …

Функциональная структура ЭВМ Кодированная информация (scan-коды нажатых клавиш и т.п.) Выполняет арифметические и логические операции. Берет из Памяти исх. данные Кладет в регистры Выполняет действие (Отправляет результат в Память) Управляет «физикой» вычислений: выдает разл. cинхронизирующие сигналы для обмена данными с памятью, регистрами, и т.п.

Функциональная структура ЭВМ Память Первичная (ОП): быстрая, но дорогая Вторичная (внешняя): медленная, но дешевая Оперативная память множество ячеек; несколько ячеек -> слово; слово – единица записи/чтения за одно обращение к памяти; слово –> адрес (может быть и побайтовая адресация); длина слова – количество битов.

Принципы работы ЭВМ Здесь адрес Здесь данные для записи или которые считаны из памяти Здесь команды запись/чтение Здесь продвинутый адрес Здесь текущая команда (код) Пример: Add AddrX, R0 B82301 MOV AX,0123

Рабочий цикл процессора

Принципы работы ЭВМ Архитектура с общей шиной – наиболее распространена. T = N x S R Оценка времени выполнения программы: Шина – набор проводников – соединяет компоненты. Для сглаживания разницы в скорости работы устройств – кэширование. тактовая частота количество инструкций в программе среднее количество тактов на инструкцию