- •Введение
- •Раздел «Создание и эволюция эвм» Глава 1. Научные предпосылки создания эвм
- •Управление и информация
- •Информация и ее свойства
- •Экономическая информация
- •Три формы адекватности информации
- •Меры информации
- •Синтаксические меры информации
- •Семантическая мера информации
- •Прагматическая мера информации
- •Показатели качества информации
- •Репрезентативность
- •Содержательность
- •Достаточность
- •Доступность
- •Актуальность
- •Своевременность
- •Точность
- •Достоверность
- •Устойчивость
- •Защищенность
- •Полезность
- •Информатика
- •Наука информатика
- •Информационные технологии
- •Индустрия информатики
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 2. История создания вычислительной техники
- •Механические счетные машины
- •Электромеханические счетные машины
- •Электронные вычислительные машины
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Эволюция эвм
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 4. Основные классы вычислительных машин
- •Большие компьютеры
- •Серверы и рабочие станции
- •Рабочие станции
- •Серверы
- •Малые компьютеры
- •Микрокомпьютеры
- •Персональные компьютеры
- •Наколенные компьютеры
- •Компьютеры-блокноты (ноутбуки)
- •Нетбуки
- •Планшетные компьютеры
- •Райтеры
- •Электронные книги Ридеры
- •Карманные компьютеры
- •Периферийные устройства кпк
- •Коммуникаторы (смартфоны)
- •Электронные секретари
- •Электронные записные книжки
- •Вычислительные системы
- •Многомашинные и многопроцессорные вс
- •Высокопараллельные многопроцессорные вычислительные системы
- •Ассоциативные и потоковые вс
- •Ассоциативные вычислительные системы
- •Потоковые вычислительные системы
- •Суперкомпьютеры
- •Кластерные суперкомпьютеры
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. «Информационно-логические основы построения эвм» Глава 5. Представление информации в эвм
- •Представление чисел с фиксированной и плавающей запятой
- •Алгебраическое представление двоичных чисел
- •Прочие системы счисления
- •Двоично-десятичная система счисления
- •Шестнадцатеричная система счисления
- •Выполнение арифметических операций в компьютере
- •Особенности выполнения операций над числами с плавающей запятой
- •Выполнение арифметических операций над числами, представленными в дополнительных кодах
- •Особенности выполнения операций в обратных кодах
- •Выполнение арифметических операций в шестнадцатеричной системе счисления
- •Особенности представления информации в пк
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 6. Логические основы построения эвм
- •Основы алгебры логики
- •Логический синтез вычислительных схем
- •Электронные технологии и элементы
- •Полевые транзисторы
- •Планарные микросхемы
- •Электронные и логические схемы
- •Триггер
- •Регистр
- •Дешифратор
- •Логические операции, выполняемые в компьютере
- •Or (или) — логическое сложение
- •Xor (исключающее или)
- •Not (не) — операция отрицания
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3 Архитектура персонального компьютера Глава 7. Основные блоки эвм и их назначение
- •Структурная схема эвм
- •Микропроцессор
- •Системная шина
- •Основная память
- •Внешняя память
- •Источник питания
- •Внешние устройства
- •Дополнительные интегральные микросхемы
- •Элементы конструкции пк
- •Функциональные характеристики эвм
- •Производительность, быстродействие, тактовая частота
- •Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса
- •Типы системного и локальных и внешних интерфейсов
- •Емкость оперативной памяти
- •Виды накопителей на жестких магнитных дисках
- •Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках
- •Наличие, виды и емкость кэш-памяти
- •Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров
- •Возможность работы в многозадачном режиме
- •Надежность
- •Глава 8. Микропроцессоры
- •Микропроцессоры типа cisc
- •Микропроцессоры Over Drive
- •Микропроцессоры Pentium
- •Микропроцессоры Pentium Pro
- •Микропроцессоры Pentium mmx и Pentium II
- •Микропроцессоры Pentium III
- •Микропроцессоры Pentium 4
- •Эффективные технологии в мп Intel
- •Архитектура Intel Net Burst
- •Многоядерные микропроцессоры
- •Микропроцессоры линейки core
- •Процессоры Core Penryn
- •Микропроцессоры типа risc
- •Микропроцессоры типа vliw
- •Физическая и функциональная структура микропроцессора
- •Устройство управления
- •Арифметико-логическое устройство
- •Микропроцессорная память
- •Универсальные регистры
- •Сегментные регистры
- •Регистры смещений
- •Регистр флагов
- •Статусные флаги
- •Управляющие флаги
- •Интерфейсная часть мп
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 9. Системные платы и чипсеты
- •Разновидности системных плат
- •Чипсеты системных плат
- •Чипсет i965 (Broadwater)
- •Глава 10. Интерфейсная система пк
- •Шины расширений
- •Локальные шины
- •Интерфейсы pci
- •Интерфейс agp
- •Периферийные шины
- •Интерфейсы ide/ata
- •Интерфейс scsi
- •Интерфейс rs 232
- •Интерфейс ieee 1284
- •Универсальные последовательные интерфейсы
- •Последовательная шина usb
- •Стандарт ieee 1394
- •Последовательный интерфейс sata
- •Последовательный интерфейс sas
- •Семейство последовательных интерфейсов pci Express
- •Прикладные программные интерфейсы
- •Беспроводные интерфейсы
- •Интерфейсы IrDa
- •Интерфейс Bluetooth
- •Интерфейс wusb
- •Семейство интерфейсов WiFi
- •Семейство интерфейсов WiMax
- •Интерфейс WiBro
- •Прочие интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 11. Основная память пк
- •Статическая и динамическая оперативная память
- •Основная память
- •Физическая структура основной памяти
- •Оперативные запоминающие устройства
- •Виды модулей оперативной памяти
- •Типы оперативной памяти
- •Постоянные запоминающие устройства
- •Логическая структура основной памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава12. Внешние запоминающие устройства
- •Размещение информации на дисках
- •Адресация информации на диске
- •Накопители на жестких магнитных дисках
- •0,85" Винчестеры Toshiba
- •Дисковые массивы raid
- •Накопители на гибких магнитных дисках
- •Накопители на оптических дисках
- •Неперезаписываемые оптические диски cd-rom
- •Оптические диски с однократной записью
- •Оптические диски с многократной записью
- •Оптические универсальные диски dvd
- •Маркировка скоростных характеристик cd и dvd
- •Эффективные технологии хранения информации на cd и dvd
- •Многослойный cd
- •Millipede-диск
- •Флуоресцентные оптические диски
- •Особенности организации флуоресцентных дисков
- •Прочие технологии
- •Накопители на магнитооптических дисках
- •Накопители на магнитной ленте
- •Устройства флэш-памяти
- •Твердотельные накопители на базе флэш-памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 13. Видеотерминальные устройства
- •Видеомониторы на элт
- •Монохромные мониторы
- •Цветные мониторы
- •Виды развертки изображения на мониторе
- •Цифровые и аналоговые мониторы
- •Размер экрана монитора
- •Вертикальная (кадровая) развертка
- •Строчная развертка
- •Разрешающая способность мониторов
- •Частотная полоса пропускания
- •Эргономичность электронно-лучевых мониторов
- •Видеомониторы на плоских панелях
- •Мониторы на жидкокристаллических индикаторах
- •Tmos – мониторы
- •Плазменные мониторы
- •Электролюминесцентные мониторы
- •Светоизлучающие мониторы
- •Мониторы на основе «электронной бумаги»
- •Стереомониторы
- •Видеоконтроллеры
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 14. Внешние устройства пк
- •Клавиатура
- •Графический манипулятор мышь
- •Принтеры
- •Матричные принтеры
- •Струйные принтеры
- •Лазерные принтеры
- •Термопринтеры
- •Твердочернильные принтеры
- •Сервисные устройства
- •Сетевые принтеры
- •С канеры
- •Типы сканеров
- •Форматы представления графической информации в пк
- •Форматы растровой графики
- •Д игитайзеры
- •Основные характеристики дигитайзеров
- •Плоттеры
- •Типы плоттеров
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 15. Средства мультимедиа
- •Системы речевого ввода и вывода информации
- •Системы распознавания речи
- •Системы, ориентированные на распознавание отдельных слов, команд и вопросов
- •Системы распознавания предложений и связной речи
- •Системы идентификации по образцу речи
- •Механизм распознавания речи
- •Системы синтеза речи
- •Компьютерные средства обеспечения звуковых технологий
- •Звуковые платы (карты)
- •Компьютерные средства обеспечения видеотехнологий
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 4. Компьютерные сети Глава 16. Основы построения компьютерных сетей
- •Классификация и архитектура компьютерных сетей
- •Виды компьютерных сетей
- •Модель взаимодействия открытых систем
- •Локальные вычислительные сети
- •Виды локальных вычислительных сетей
- •Одноранговые локальные сети
- •Серверные локальные сети
- •Корпоративные компьютерные сети
- •Глобальная информационная сеть Интернет
- •Протоколы, используемые в сети
- •Программное обеспечение компьютерных сетей
- •Информационное обеспечение сетей
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 17.Техническое обеспечение компьютерных сетей
- •Серверы и рабочие станции
- •Рабочие станции
- •Серверы
- •Маршрутизаторы и коммутирующие устройства
- •Методы коммутации
- •Коммутация сообщений
- •Коммутация пакетов
- •Методы маршрутизации
- •Варианты адресации компьютеров в сети
- •Методы маршрутизации, используемые в сетях
- •Модемы и сетевые карты
- •Модемы для аналоговых каналов связи
- •Протоколы передачи данных
- •Модемы для цифровых каналов связи
- •Сетевые карты
- •Линии и каналы связи
- •Цифровые каналы связи
- •Раздел 5. Программное управление Глава 18. Программное управление — основа автоматизации вычислительного процесса После изучения главы вы должны знать:
- •Алгоритмы и языки программирования
- •Состав машинных команд
- •Пример программы на яск
- •Программное обеспечение компьютера
- •Системное программное обеспечение
- •Операционные системы компьютеров
- •Прикладное программное обеспечение
- •Прикладные программы для офиса
- •Корпоративные прикладные программы
- •Режимы работы компьютеров
- •Однопрограммный режим
- •Многопрограммный режим
- •Система прерываний программ в пк
- •Адресация регистров и ячеек памяти в пк
- •Относительная адресация
- •Стековая адресация
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 19.Элементы программирования на языке Ассемблер
- •Основные компоненты языка ассемблер Алфавит языка
- •Константы (числа и строки) Только целые числа
- •Строки (литералы)
- •Команды (операторы)
- •Директивы (псевдооператоры)
- •Модификаторы
- •Адресация регистров и ячеек памяти в Ассемблере
- •Непосредственная адресация
- •Прямая адресация регистров мпп
- •Адресация ячеек оп
- •Основные команды языка ассемблер
- •Команды пересылки данных
- •Арифметические команды
- •Команды сложения, вычитания и сравнения
- •Команды приращения
- •Команды умножения
- •Команды деления
- •Логические команды
- •Команды безусловной передачи управления
- •Команды перехода к подпрограмме и выхода из подпрограммы
- •Команда перехода к подпрограмме: call opr
- •Команда выхода из подпрограммы
- •Команды условной передачи управления
- •Команды условной передачи управления для беззнаковых данных
- •Команды условной передачи управления для знаковых данных
- •Команды условной передачи управления для прочих проверок
- •Команды управления циклами
- •Команды прерывания
- •Основные директивы ассемблера
- •Директивы определения идентификаторов
- •Директивы определения данных
- •Директивы определения сегментов и процедур
- •Директивы управления трансляцией
- •Программирование процедур работы с устройствами ввода-вывода
- •Программирование работы с дисплеем
- •Видеооперации с прерыванием 21h dos
- •Программирование работы с клавиатурой
- •Некоторые аспекты создания исполняемых программ
- •Процедуры формирования программы
- •Структура программы на языке ассемблера для создания файла exe
- •Программа вычисления квадратного корня
- •Основные сведения о листинге программы
- •Последовательность работы пк при выполнении программы
- •Краткие сведения об отладчике программ debug
- •Основные команды отладчика debug
- •Вопросы для самопроверки
- •Заключение. Перспективы развития информационных систем
- •Литература
Физическая и функциональная структура микропроцессора
Физическая структура микропроцессора достаточно сложна. Ядро процессора содержит главный управляющий модуль и исполняющие модули — блоки выполнения операций над целочисленными данными. К локальным управляющим схемам относятся: блок плавающей запятой, модуль предсказания ветвлений, модуль преобразования CISC-инструкций во внутренний RISC-микрокод, регистры микропроцессорной памяти (в МП типа VLIW до 256 регистров), регистры кэш-памяти 1-го уровня (отдельно для данных и инструкций), шинный интерфейс и многое другое.
В состав микропроцессора Pentium обычно входят следующие физические компоненты: Core — ядро МП; Execution Unit — исполняющий модуль; Integer ALU — АЛУ для операций с целыми числами (с фиксированной запятой); Registers — регистры; Floating Point Unit — блок для работы с числами с плавающей запятой; Primary Cache — кэш первого уровня, в том числе кэш данных (Data Cache) и кэш команд (Code Cache); Instruction Decode and Prefetch Unit и Branch Predictor — блоки декодирования инструкций, опережающего их исполнения и предсказания ветвлений; Bus Interface — интерфейсные шины, в том числе 64- и 32-битовые шины, и выход на системную шину к оперативной памяти.
Функционально МП можно разделить на две части:
операционную, содержащую устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) (за исключением нескольких адресных регистров);
интерфейсную, содержащую адресные регистры МПП; блок регистров команд — регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты, схемы управления шиной и портами.
Обе части МП работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) выполняется во время выполнения операционной частью предыдущей команды. Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнять операции в конвейерном режиме. Такая организация МП позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.
Устройство управления
Устройство управления (УУ) является функционально наиболее сложным устройством ПК — оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций (КШИ) во все блоки машины. Укрупненная функциональная схема УУ показана на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Укрупненная функциональная схема УУ
Регистр команд — запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции (КОП) и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд (в МП с конвейерным выполнением команд имеется несколько регистров команд).
Дешифратор операций — логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микропрограмм хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК процедур обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции проводу считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.
Узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП) — устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП.
Кодовые шины данных, адреса и инструкций — часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора.
В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:
выборки из регистра-счетчика адреса команды МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;
выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;
расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;
считывания из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;
считывания из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формирование полных адресов операндов;
выборки операндов (по сформированным адресам) и выполнения заданной операции обработки этих операндов;
записи результатов операции в память;
формирования адреса следующей команды программы.