Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2




НазваниеПеречислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2
страница1/15
Дата21.09.2012
Размер1.59 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


«Архитектура ЭВМ»



  1. Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. -2

  2. Изобразите подробную структурную схему ПК (микропроцессор, память, системная шина, контроллеры, внешние устройчтва и т.д.) и поясните назначение её компонентов - 3

  3. Назначение шин PCI и PCI-Express и их сравнение. - 4

  4. Назначение шины USB и её архитектура. - 8

  5. Материнская плата. Назначение, основные характеристики, устройство, чипсет, северный и южный мосты, BIOS, PnP, слоты, AGP, PCI, PCI-Express, IDE, SATA, PS/2, COM, LPT, D-SUB, DVI, LAN, VRM. - 10

  6. Микропроцессоры. Структура Intel x86: УУ, АЛУ, память, интерфейс. Классификация по архитектуре системы команд: CISC и RISC. Параллельная архитектура. - 13

  7. Многоядерные процессоры Intel серии Core. Сравнение с Pentium D. Энергопотребление технологии Centrino. Core Duo и Core 2 Duo. - 18

  8. Типы памяти: ROM, SRAM и DRAM. Принцип работы DRAM. Подтипы: SIMM, DIMM, RDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM. - 25

  9. Жесткий диск. Принципы работы накопителей на жестких дисках. Основные компоненты накопителей. Дорожки, секторы, цилиндры. Форматирование диска: низкоуровневое, организация разделов на диске, высокоуровневое. Технология S.M.A.R.T. - 32

  10. Оптический привод. Принцип чтения и записи. Оптические диски: CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, Blu-Ray. - 41

  11. Видеокарта. Назначение и основные компоненты видеокарты: BIOS, графический процессор, видеопамять, ЦАП, шина, видеодрайвер. Технологии SLI и CROSSFIRE. Разрешение экрана и битность цвета. - 46

  12. Характеристики электросети и факторы, негативно влияющие на качество электропитания. Сетевой фильтр. Блок питания: трансформаторный, импульсный; сравнение. Стабилизаторы. Виды ИБП. - 53

  13. Принципы работы и устройство ЭЛТ-мониторов. - 57

  14. Принципы работы и устройство ЖК-мониторов (STN, DSTN, TFT).

Принципы работы и устройство плазменной панели. - 62

  1. Клавиатура. Принцип работы. Скан-коды.

Мышь. Типы. Устройство и принципы работы опто-механических, оптических и лазерных мышей. - 71

  1. Сканеры. Виды, принцип действия, основные характеристики. - 76

  2. Принтеры. Технологии печати: матричная, струйная, лазерная, светодиодная, термосублимационная, трёхмерное прототипирование. - 79


Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана.


Архитектура фон Неймана

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.

1. Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

2. Принцип программного управления

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3. Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - чисчло, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

4. Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:

  1. Устройства ввода/вывода информации

  2. Память компьютера

  3. Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ)

Машины, построенные на этих принципах, называются фон-неймановскими.

Схематичное изображение машины фон Неймана.

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «Машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана (нем. von Neumann), подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

Наличие жёстко заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций и представление вычислительного процесса, как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к расмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.

Изобразите подробную структурную схему ПК (микропроцессор, память, системная шина, контроллеры, внешние устройчтва и т.д.) и поясните назначение её компонентов.





Назначение шин PCI и PCI-Express и их сравнение.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)

Разработка шины PCI началась весной 1991 года как внутренний проект корпорации Intel (Release 0.1). Специалисты компании поставили перед собой цель разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью реализовать возможности нового поколения процессоров 486/Pentium/P6 (вот уже половина ответа). Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась "с нуля", а не была попыткой установки новых "заплат" на существующие решения. В результате шина PCI появилась в июне 1992 года (R1.0).

Благодаря такому решению шина получилась, во-первых, процессоро-независимой (в отличие от VLbus), а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Например, процессор работает себе с кэшем или системной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация.


Основные возможности шины следующие

Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными. При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.

Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей

Частота работы шины 33MHz или 66MHz (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима):

132 МВ/сек при 32-bit/33MHz;

264 MB/сек при 32-bit/66MHz;

264 MB/сек при 64-bit/33MHz;

528 МВ/сек при 64-bit/66MHz.

При этом для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте.

Полная поддержка multiply bus master (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине).

Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания.

Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео + звук и т.д.).

Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течение которого устройство может занимать шину.

Шина поддерживает метод передачи данных, называемый "linear burst" (метод линейных пакетов). Этот метод предполагает, что пакет информации считывается (или записывается) "одним куском", то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта. Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов.

Шина PCI является той черепахой, на которой стоят слоны, поддерживающие "Землю" - архитектуру Microsoft/Intel Plug and Play (PnP) PC architecture.


PCI Express

П
о прогнозам, за следующие десять лет требования к пропускной способности шин ввода-вывода возрастут в 50 раз. Но традиционная архитектура параллельных шин типа PCI и AGP уже почти достигла предела своих возможностей (физический лимит для них - примерно 1 ГГц). PCI Express призвана заменить шину PCI (и ее клон - AGP), исправно работающую в компьютерной технике уже более десяти лет. Напомним, что PCI в свое время пришла на смену "первому поколению" - шине ISA. Однако на сей раз изменения при переходе на новый стандарт куда большие, чем при переходе от ISA к PCI, - они в PCI Express носят не столько количественный, сколько качественный характер, и в целом их можно охарактеризовать как "переход от параллельных шин к последовательным", что является сейчас общеиндустриальной тенденцией развития шин передачи данных.

В то время как процессоры уже не первый год успешно движутся в направлении параллельных архитектур (SIMD-расширения, суперскалярность, конвейеризация, Hyper-Treading и многоядерность), шины передачи данных не менее успешно переходят на последовательные решения. Причины обеих тенденций схожи и довольно просты - необходимо сбалансированно наращивать производительность всех компонентов компьютеров, однако не всякие существующие архитектурные решения способны эффективно масштабироваться.

Микропроцессорам проще работать с параллельными шинами передачи данных, они обеспечивают лучшую производительность при меньшей частоте, но, к сожалению, их тяжело масштабировать на высокие частоты - при этом сильно повышаются требования к физической разводке шины, заметно возрастает латентность (чтобы синхронизировать "одновременные" сигналы во всех проводах шины), да и места они занимают много - сравните, например, шлейфы IDE (UltraATA) и SerialATA. Поскольку себестоимость производства чипа сегодня все равно выходит примерно одинаковой (если не считать экономию на "ножках микросхемы"), то порой дешевле делать более сложный кристалл контроллера шины, чем плодить золотые контакты и многочисленные проводники на печатной плате. Поэтому стремление разработчиков перейти на параллельные шины довольно естественно - хотя бы с точки зрения экономии контактов и места на разводку шины. С другой - последовательную шину гораздо проще заставить работать на повышенных тактовых частотах, поэтому удается значительно поднять производительность. Более того, отличная масштабируемость последовательных шин вроде PCI Express и HyperTransport относительно легко достигается путем как повышения частоты работы, так и добавлением нескольких последовательных линий к шине.

PCI Express разработана с расчетом на разнообразные применения - от полной замены шин PCI в настольных компьютерах и серверах до использования в мобильных, встроенных и коммуникационных устройствах. Номинальной рабочей частотой шины PCI Express является 2,5 ГГц. При этом пиковая производительность (на один канал передачи данных, без учета двунаправленности) всего на 50% больше, нежели производительность "обычной" 33-мегагерцовой PCI - 200 против 133 Мбайт/с. То есть для перехода на последовательную шину с сопоставимой производительностью понадобилось 75-кратное (!) увеличение тактовой частоты - до значений, о которых два-три года назад можно было только мечтать.

Неудивительно, что PCI Express появилась только сегодня - раньше для нее просто не было технических предпосылок.


О разводке новой шины

Шина PCI Express помимо низкой латентности обладает очень высокой скоростью передачи данных в расчете на один сигнальный контакт - около 100 Мбайт/с. Для сравнения: у обычной шины PCI этот показатель - всего лишь 1,58 Мбайт/с на контакт (32 бит х 33 МГц / 84 сигнальных контакта), у 133-мегагерцовой PCI-X 1.0 - 11,4 Мбайт/с на контакт (64х133/93), у AGP 8X - 19,75 Мбайт/с на контакт (32х533/108), а у Intel Hub Link 2 - 26,6 Мбайт/с на контакт (2x16 бит на 8х66 МГц/40 контактов). Это позволяет, во-первых, экономить за счет контактов (на корпусах микросхем и позолоченных разъемах), а во-вторых - за счет более компактной разводки шин.

Электрические улучшения (пониженное затухание в линиях передачи и повышенная чувствительность приемников данных) позволяют снизить требования к импедансу входных цепей и увеличить длину проводников шины на платах: сейчас она ограничивается 30,5 см для системных плат (от чипа до разъема), 9 см для плат контроллеров (и видеокарт) и 38 см для соединений между чипами на одной плате. Причем разводка может быть как четырех-, так и шестислойной - без каких-то особо критичных требований.

Разработчики PCI Express не стали изобретать велосипед и взяли за основу наработки в области сетевого оборудования. Получилось что-то очень напоминающее Gigabit Ethernet - и на физическом уровне, и на уровне протоколов передачи данных. Первое и самое главное отличие новой шины: PCI Express является последовательной, а значит, четко разнесены уровни представления данных и уровень их передачи. Если в параллельной шине, например PCI, данные непосредственно появляются на шине (вместе с какой-то дополнительной информацией - CRC, адресом получателя и пр.), что и обуславливает простоту их посылки и получения, то в последовательной шине сказать что-либо о "физическом носителе" заранее невозможно. Информация, которую необходимо передать, просто упаковывается в пакеты, куда заносятся данные о получателе и коды обнаружения/исправления ошибок - а получившийся сплошной поток (где идут вперемешку данные, приложения и вспомогательная информация) уже передается - абсолютно неважно каким способом - через физическую среду.

Приемник, в свою очередь, распаковывает прибывшие пакеты, исправляет ошибки или запрашивает повторную передачу, определяет получателя и направляет пакет далее. Собственно, "последовательность" шины вовсе не значит, что данные передаются побитно (хотя в случае с PCI Express это так), а понимается в том смысле, что данные и служебная информация передаются последовательно, по одним и тем же каналам (в отличие от параллельной передачи той же информации). Стандарт PCI Express предусматривает схему организации данных, показанную на рис.

Как и в любой сети, передаваемые данные дополнительно нарезаются небольшими кусочками - фреймами. При тактовой частоте шины 2,5 ГГц мы получим скорость 2,5 Гбит/с. С учетом выбранной схемы "8/10" выходит 250 Мбайт/с, однако многоуровневая сетевая иерархия не может не сказаться на скорости работы, и реальная производительность шины оказывается значительно ниже - всего лишь около 200 Мбайт/с в каждую сторону. Впрочем, даже это на 50% больше, чем теоретическая пропускная способность шины PCI. Но это далеко не предел: PCI Express позволяет объединять в шину нескольких независимых линий передачи данных. Стандартом предусмотрено использование 1, 2, 4, 8, 16 и 32 линий - передаваемые данные поровну распределяются между ними по схеме "первый байт на первую линию, второй - на вторую, ..., n-й байт на n-ю линию, n+1-й снова на первую, n+2 снова на вторую" и так далее. Это не параллельная передача данных и даже не увеличение разрядности шины (поскольку все передающиеся по линиям данные передаются абсолютно независимо и асинхронно) - это именно объединение нескольких независимых линий. Именно этим достигается прекрасная масштабируемость PCI Express, позволяющая организовывать шины с максимальной пропускной способностью до 32x200=6,4 Гбайт/с в одном направлении (см. табл.), под стать лучшим параллельным шинам с
егодняшнего дня.

PCI Express относится к шинам класса "точка-точка", то есть одна шина может соединять только два устройства (в отличие от PCI, где на общую шину "вешались" все PCI-слоты компьютера), поэтому для организации подключения более чем одного устройства в топологию организуемой PCI Express, как и в Ethernet-решениях на базе витой пары или устройствах USB, придется вставлять хабы и свитчи, распределяющие сигнал по нескольким шинам. Это тоже одно из главных отличий PCI Express от прежних параллельных шин.

Назначение шины USB и её архитектура.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconПрограмма государственного междисциплинарного экзамена по специальности
Эвм как совокупность аппаратных и программных средств. Принцип программного управления фон-Неймана. Понятия архитектуры, организации...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon9. Архитектура фон Неймана – основные признаки
В компьютерной науке роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя гениями современной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтчет по дисциплине “Организация эвм” Лабораторная работа “Принципы Фон Неймана и логическая схема функционирования эвм”
Заданное арифметическое выражение разложить на уровень элементарных операций; каждой элементарной операции поставить в соответствие...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтветы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Основные из традиционных принципов построения эвм, сформулированные фон Нейманом
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Часть Техническое обеспечение компьютерных информационных технологий
Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Структура ЭВМ. Основные характеристики устройств ЭВМ
Функциональная и структурная организция вм базируется на определенных принципах,состовляющих методоогическую основу цифровой вычислительной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon8 Технические средства обеспечения безопасности объектов имущества извещатель охранный объемный радиоволновой "фон-1М" (ио 407-4) (81104)
Он предназначен для защиты открытых площадок с ограждением или помещений с большим диапазоном воздействия окружающей среды. "Фон-lM"...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат по литературе на тему
Гингста, переменившего фамилию Гингст на фон Гиппиус и переселившегося в Россию (в Москву) в 16 веке из Мекленбурга (герб фон Гиппиус...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат «Истоия вычислительной техники»
Эвм первого поколения; eniak, мэсм, "Стрела", электронные лампы; перфоленты; Джон фон Нейман; С. А. Лебедев
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРабочая программа Наименование дисциплины
Целью курса является привитие студентам навыка автоматизации процесса решения широкого спектра технических задач путём программирования...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница