Системное и прикладное программное обеспечение

Архитектура вычислительной системы

1. Что такое архитектура вычислительной системы

Компоновка основных частей вычислительной системы и связи между ними.

2. Что такое концептуальная структура вычислительной системы?

Архитектура компьютера.

3. Перечислите основные «архитектурные» элементы персонального компьютера.

процессор, ОЗУ, видеоподсистема, дисковая система, периферийные устройства и устройства ввода-вывода

4. Назовите наиболее распространенные в настоящее время типы архитектур вычислительной системы.

Пристонская, Гарвардская

5. Назовите основные узлы наиболее распространенных архитектур вычислительной системы.

ввод, вывод, память, тракт данных (datapath) и устройство управления

6. Какова структура памяти: в принстонской архитектуре?

Основной особенностью фон-неймановской архитектуры является использование общей памяти для хранения программ и данных

7. Какова структура памяти: в гарвардской архитектуре?

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительным признаком которой является раздельное хранение и обработка команд и данных.

8. Опишите расширенную архитектуру вычислительной системы.

9. Какие архитектуры вычислительной системы выделяются по разрядности интерфейсов и машинных слов?

8-, 16-, 32-, 64-, 128- разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);

10. Какие архитектуры вычислительной системы выделяются по особенностям состава регистров процессора, формату команд и данных?

CISC, RISC, VLIW

11. Какие архитектуры вычислительной системы выделяются по количеству процессоров?

однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные

12. Что такое микроархитектура вычислительной системы?

способ, которым данная архитектура набора команд реализована в процессоре

13. Назовите особенности суперскалярных процессоров в современной архитектуре вычислительной системы.

Суперскалярный процессор может выполнять несколько операций за один такт.

14. Что такое статическое планирование в современных микропроцессорах?

Планировщик называется статическим если он принимает решения о планировании не во время работы системы, а заранее

15. Поясните современное определение многопроцессорности?

использование пары или большего количества физических процессоров в одной компьютерной системе.

16. Может ли быть вычислительная система и многопроцессорной и мультипрограммированной одновременно?

Нет

17. Как различаются многопроцессорные вычислительные системы по принципу взаимодействия с памятью?

симметричные многопроцессорные (SMP), масcивно-параллельные (MPP), распределенные

18. Что такое симметричные многопроцессорные (Symmetric MultiProcessing) вычислительные системы?

архитектура многопроцессорных компьютеров, в которой два или более одинаковых процессоров подключаются к общей памяти

19. Какова особенность архитектуры симметричных многопроцессорных (Symmetric MultiProcessing) вычислительных систем?

наличие общей физической памяти, разделяемой всеми процессорами

20. Что такое массивно-параллельные (Massive Parallel Processing) вычислительные системы?

класс архитектур параллельных вычислительных систем

21. Какова особенность архитектуры массивно-параллельных (Massive Parallel Processing) вычислительных систем?

память физически разделена

22. Что такое распределённые (distributed computing, grid computing, volunteer computing) вычислительные системы?

Распределенная вычислительная система состоит из нескольких компонентов программного обеспечения, которые находятся на нескольких компьютерах, но работают как единая система.

23. Что такое распределённые вычисления?

способ решения трудоёмких вычислительных задач с использованием нескольких компьютеров, объединённых в параллельную вычислительную систему

24. Назовите одно из основных требований к параллельным вычислениям.

25. Что такое SISD (Single Instruction, Single Data) или ОКОД (Одиночный поток Команд, Одиночный поток Данных)?

архитектура компьютера, в которой один процессор выполняет один поток команд, оперируя одним потоком данных

26. Где используется SISD (Single Instruction, Single Data) или ОКОД (Одиночный поток Команд, Одиночный поток Данных)?

обычные, «традиционные» последовательные компьютеры, в которых в каждый момент времени выполняется лишь одна операция над одним элементом данных

27. Что такое SIMD (Single Instruction, Multiple Data) или ОКМД (Одиночный поток Команд, Множественный поток Данных)?

принцип компьютерных вычислений, позволяющий обеспечить параллелизм на уровне данных.

28. Какой параллелизм обеспечивает архитектура SIMD (Single Instruction, Multiple Data) или ОКМД (Одиночный поток Команд, Множественный поток Данных)?

параллелизм на уровне данных

29. Что такое векторный процессор?

процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы.

30. Чем отличаются скалярные процессоры от векторных?

скалярные процессоры, которые могут работать только с одним операндом в единицу времени

31. Приведите пример векторной обработки в современных процессорах.

Пример попарного сложения двух наборов по 10 чисел:

32. Что такое MISD (Multiple Instruction stream, Single Data stream) или МКОД (Множественный поток Команд, Одиночный поток Данных)?

тип архитектуры параллельных вычислений, где несколько функциональных модулей (два или более) выполняют различные операции над одними данными.

33. Поясните принцип обработки данных в микропроцессоре с конвейерной архитектурой.

После освобождения k-й ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.

34. Что такое гиперпоточность (hyper-threading)?

это торговая марка компании Intel для реализации технологии «одновременной мультипоточности» (англ.Simultaneous multithreading) на микроархитектуре Pentium 4

35. Назовите недостатки конвейерной обработки данных.

1. Простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами).

2. Ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд — out-of-order execution).

3. Очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

36. Что такое MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream) или МКМД (Множественный поток Команд, Множественный поток Данных)?

концепция архитектуры компьютера, используемая для достижения параллелизма вычислений

37. Поясните принцип обработки данных в MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream) или МКМД (Множественный поток Команд, Множественный поток Данных).

Машины имеют несколько процессоров, которые функционируют асинхронно и независимо. В любой момент, различные процессоры могут выполнять различные команды над различными частями данных.

38. Назовите две составляющих современной вычислительной системы.

• аппаратное обеспечение (Hardware);

• программное обеспечение (Software).

39. Назовите составляющие элементы аппаратной платформы (аппаратной архитектуры) современной вычислительной системы.

Физические устройства, Цифровой логический уровень, Микроархитектура, Архитектура системы команд, Микропрограммы, Встроенное программное обеспечение (FirmWare), Ядро операционной системы, Пользовательское окружение, Дополнительное системное программное обеспечение, Прикладные программы

40. Назовите две большие составляющие программного обеспечения современной вычислительной системы.

Системное программное обеспечение, Прикладные программы

41. Что входит в состав системного программного обеспечения?

Встроенное программное обеспечение (FirmWare), Ядро операционной системы, Пользовательское окружение, Дополнительное системное программное обеспечение

42. Назовите типы вычислительных ресурсов аппаратной платформы (аппаратной архитектуры компьютера).

Процессорное время

Память (оперативная и виртуальная)

Место на жёстком диске (постоянная память)

Пропускная способность сети.

43. Что такое физические ресурсы аппаратной платформы?

процессор, оперативная память, внешние устройства

44. Что такое прошивка (firmware) или микропрограмма?

Микропрограмма (англ. firmware) — системное программное обеспечение, встроенное («зашитое») в аппаратное устройство, и хранящееся в его энергонезависимой памяти.

45. Что такое архитектура системы команд?

Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов.

46. Что такое цифровой логический уровень?

Аппаратное обеспечение компьютера, устройства, образующие конфигурацию компьютера.

47. Что такое ядро операционной системы?

центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации, переводя команды языка приложений на язык двоичных кодов, которые понимает компьютер. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

48. Перечислите основные типы ядер операционной системы.

Монолитное ядро

Модульное ядро

Микроядро

Экзоядро

Наноядро

Гибридное ядро

49. Что такое монолитное ядро операционной системы?

Это такая схема операционной системы, при которой все компоненты её ядра являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путём непосредственного вызова процедур.

50. Что такое модульное ядро операционной системы?

современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем компьютеров.

51. Что такое драйвер операционной системы?

это компьютерная программа, с помощью которой операционная система получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства

52. Что такое микроядро операционной системы?

минимальная реализация функций ядра операционной системы.

53. Что такое сервисы операционной системы?

выполнение пассивных инструкций компьютерной программы на процессоре ЭВМ, совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих действий, преобразующих входящие данные в исходящие.

54. Что такое экзоядро операционной системы?

ядро операционной системы компьютеров, предоставляющее лишь функции для взаимодействия между процессами и безопасного выделения и освобождения ресурсов.

55. Что такое наноядро операционной системы?

архитектура ядра операционной системы компьютеров, в рамках которой крайне упрощённое и минималистичное ядро выполняет лишь одну задачу — обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера

56. Что такое гибридные ядра операционной системы?

модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра.

57. Что такое пользовательское окружение операционной системы?

это набор небольших программ, которые позволяют пользователю взаимодействовать с ядром

58. Что такое системное программное обеспечение?

комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой - приложения пользователя.

59. Что такое дополнительное системное программное обеспечение?

60. Что такое прикладное программное обеспечение?

компьютерные программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы.

61. Что относится к прикладному программному обеспечению (application software)?

К прикладному программному обеспечению (application software) относятся компьютерные программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы.

62. Что называют инструментальным программным обеспечением?

программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ, в отличие от прикладного и системного программного обеспечения.

Аппаратная платформа вычислительной системы

63. Что включает в себя современный аппаратно-программный комплекс?

технические средства и программное обеспечение

64. Какими уровнями представляют операционную систему?

65. Что является основным узлом вычислительной системы?

66. Перечислите основные элементы структуры микропроцессора х86.

67. Что такое центральное процессорное устройство (Central Processing Unit, CPU, ЦПУ)?

68. Назовите основную функцию центрального процессорного устройства (ЦПУ, Central Processing Unit).

69. Как центральное процессорное устройство (ЦПУ, Central Processing Unit) взаимодействует с другими устройствами вычислительной системы?

70. Назовите шины стандарта промышленной архитектуры вычислительной системы.

71. Что представляет собой шина PCI Express.

72. Как управляются шины в вычислительной системе?

73. Чем управляет микросхема (chip set) северного моста?

74. Чем управляет микросхема (chip set) южного моста?

75. Из каких полей состоит ячейка оперативного запоминающего устройства?

76. Назовите основные компоненты центрального процессорного устройства (ЦПУ, Central Processing Unit) и их функции.

77. Назовите основные элементы устройства управления внешними компонентами (УУВК) вычислительной системе.

78. Как в современной вычислительной системе выравнивается быстродействие ее компонент?

79. Поясните назначение регистров центрального процессорного устройства (ЦПУ, Central Processing Unit) и их функции.

80. Поясните роль регистров общего назначения в центральном процессорном устройстве (ЦПУ, Central Processing Unit).

81. Назовите состав регистров общего назначения центрального процессорного устройства (ЦПУ, Central Processing Unit).

82. Назовите группы специальных регистров центрального процессорного устройства (ЦПУ, Central Processing Unit).

83. Поясните назначение регистров (ЦПУ, Central Processing Unit), отвечающих за состояние исполняемой программы и их функции.

84. Поясните назначение регистров результата (ЦПУ, Central Processing Unit) и их функции.

85. Поясните назначение регистров управления (ЦПУ, Central Processing Unit) и их функции.

86. Поясните назначение запроса прерывания (Interrupt ReQuest, IRQ).

87. Как организованы приоритеты в системе прерываний вычислительной системы?

88. Как выполняется обработка прерываний (Interrupt ReQuest, IRQ)?

89. Поясните состав, и функции контроллера прерываний.

90. Опишите организацию работы системы прерываний.

91. Что такое малое упрятывание?

92. Что такое код прерываний?

93. Что такое полное упрятывание?

94. Что такое буферная память?

95. Как регистры центрального процессорного устройства (ЦПУ, Central Processing Unit) выполняют буферизацию оперативного запоминающего устройства (ОЗУ)?

96. При каких условиях буферная память работает наиболее эффективно?

97. Что такое ассоциативная память?

98. Для чего используется кэш-буфер в современной микроархитектуре вычислительных систем?

99. Что такое латентность (latency) памяти в современных вычислительных системах?

100. Как организована кэш-память в современных вычислительных системах?

Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам - процессору и дисплею.

101. Почему кэш-память организуют каскадно – уровнями?

Так как встроенная в кристалл память с нулевым временем ожидания стоит дорого, чтобы сократиь медленный по своей природе шинный трафик

102. Как организовано расслоение памяти в современных вычислительных системах и к чему это приводит?

Метод расслоения памяти (интерливинг) применяется для увеличения скорости доступа к основной (оперативной) памяти. При расслоении памяти соседние по адресам ячейки размещаются в различных модулях памяти, так что появляется возможность производить несколько обращений одновременно.