Глава 1. БАЗОВЫЕ СВЕДЕНИЯ ТЕОРИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН, КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ ВВЕДЕНИЕ Современная жизнь человека в настоящее время не представляется без использования ЭВМ. И их число, и их возможности растут из года в год. Современные информационные технологии (ИТ) на базе ЭВМ позволяют осуществить доступ к необходимой информации практически из любой точки планеты. Естественно, для того чтобы грамотно владеть всем арсеналом средств, созданных и создаваемых на базе ЭВМ, надо знать как принципы построения ЭВМ и систем на их базе, так и их возможности. Предлагаемый учебник «Организация ЭВМ и систем» позволит, по мнению авторов, более квалифицированно подойти как к вопросам построения ЭВМ и систем на их базе, так и к вопросам эксплуатации и применения. Учебник написан в соответствие с программой дисциплины «Организация ЭВМ и систем», рассчитанной на 154 часа. В настоящее время выпущено достаточное количество научной и учебной литературы, посвященной рассматриваемой тематике. В соответствии с требованиями Госстандарта в этой дисциплине должны быть отражены следующие вопросы: · основные характеристики, области применения ЭВМ различных классов; · функциональная и структурная организация процессора; · организация памяти ЭВМ; · основные стадии выполнения команды; · конвейеризация; · организация прерываний в ЭВМ; · организация ввода-вывода; · взаимодействие с периферийными устройствами; · параллельные системы; · понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах. Из этого перечня вопросов следует, что осветить их за отведенное время весьма проблематично. Поэтому ряд вопросов будет рассмотрен фрагментарно, а ряд, на наш взгляд основополагающих, подробно. Это обусловлено тем, что дисциплина читается на 4-м курсе. К этому времени слушатели уже изучали такие дисциплины как «Информатика», «Схемотехника», «Микропроцессоры» и ряд других, где ряд вопросов, указанных в стандарте, уже подробно рассмотрены. К числу подобных изданий можно отнести: 1. Корнеев В.В. Вычислительные системы. М.: Гелиос АРВ, 2004. – 512 с., ил. 2. Корнеев В.В. Параллельные вычислительные системы. М.: Нолидж, 1999, ил. 3. Орлов С.А., Цилькер Б.Я. «Организация ЭВМ и систем». Учебник, изд-во «Питер», 2004, - 668 с. Работы [1, 2] являются монографиями, содержат большой фактический материал, но в качестве учебника использоваться не могут ни по структуре, ни по содержанию. Среди учебников по данному курсу следует отметить работу Орлова С.А. и Цилькера Б.Я., имеющую гриф учебника Минобразования и науки (изд-во «Питер», 2004, 668 стр.). Этот учебник посвящен систематическому изложению вопросов организации структуры и функционирования ЭВМ и систем. Однако в нем большее внимание уделяется вопросам функционирования традиционных решений, хотя рассматриваются и перспективные в области организации и архитектуры ЭВМ и ВС. По нашему мнению среди недостатков этого учебника следует отметить следующие: 1. Нечеткость определения основных терминов. В первую очередь это относится к таким понятиям как «организация», «структура» и др., хотя на этот счет имеются руководящие документы различных уровней (государственные и международные). 2. Материал некоторых глав избыточен. Некоторые вопросы слушателям уже известны из других курсов. 3. По структуре, по нашему мнению, работе не полностью соответствует грифу «учебник»: мало примеров, некоторые вопросы изложены так, что их трудно понять без использования дополнительных источников. 4. Изложение некоторых вопросов напоминает отчеты о НИР. Тем не менее, этот учебник будет весьма полезным при изучении дисциплины, как источник большого фактического материала. Предлагаемый учебник состоит из 6 глав и введения. В первой главе «Базовые сведения теории вычислительных машин и систем» рассмотрены вопросы, связанные с терминологией в рассматриваемой области, дана классификация ЭВМ и ВС на их базе. Подробно рассмотрены показатели качества функционирования ВС. Вторая глава посвящена ЭВМ последовательного типа. Здесь рассмотрены вопросы, связанные со структурой и основными компонентами последовательной ЭВМ. Подробно описана система команд ЭВМ и используемые способы адресации. Третья глава посвящена организации памяти в ЭВМ и ВС. В четвертой главе достаточно подробно описаны вопросы, связанные с организацией ввода-вывода. Подробно описана шинная организация ввода-вывода. Приведены основные стандарты шин и описаны их основные характеристики. Большое внимание уделено вопросам, связанным с магнитными и магнитно-оптическими дисками. Описаны дисковые массивы и уровни RAID. Описаны наиболее перспективные периферийные устройства. Пятая глава, являющаяся наиболее объемной, посвящена параллельным ЭВМ и ВС. Здесь рассмотрены типы параллельной обработки информации. Подробно рассмотрены используемые в настоящее время классификации параллельных ЭВМ и ВС. Кратко рассмотрена история развития параллелизма в архитектуре ЭВМ. Даны общие сведения о параллельном программировании. Подробно рассмотрены ВС классов SIMD, MIMD. Значительное внимание уделено вопросам конвейерной и векторной обработки данных, матричным, ассоциативным, кластерным ВС. В этой же главе рассмотрен важный вопрос, связанный с управлением вычислительными ресурсами в параллельных ЭВМ и ВС. Шестая глава посвящена перспективным направлениям в развитии ЭВМ и ВС. Здесь приведено состояние разработок в области нейросистем, молекулярных, оптических и квантовых ЭВМ и ВС. Хотя материал учебника готовился по программе курса «Организация ЭВМ и систем» для специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» (230101), он полностью может использоваться и для дисциплины «Вычислительные устройства и системы» специальности 201600. Авторы выражают благодарность коллективу кафедры «Вычислительные системы специального назначения» за участие и помощь в подготовке данной работы, а также особую благодарность – Барановой Л.В. за помощь в подготовке иллюстраций. Глава 1. БАЗОВЫЕ СВЕДЕНИЯ ТЕОРИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН, КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ |