- •Базовые функции компьютера общего назначения. Взаимодействие компьютера с информационной средой.
- •«Узость» понятия «Архитектура компьютера». Структурная организация компьютера.
- •Уровни организации компьютера.
- •Концепция фон Неймана.
- •Машина фон Неймана: принцип разработки, базовые компоненты.
- •Цикл выполнения команды: состояния; детализированный граф переходов.
- •Архитектура системы команд: основные понятия, свойства, общая характеристика.
- •Команды компьютера общего назначения: основные группы.
- •Команды компьютера общего назначения: компоненты, формат, операционная часть.
- •Символическое представление команды. Критерии выбора формата команд.
- •Адресная часть команды компьютера общего назначения. Варианты реализации.
- •Режимы адресации: непосредственный, прямой, регистровый.
- •Адресация со смещением: общие принципы, относительная адресация, адресация через регистр базы.
- •Стековая адресация: принципы реализации, виды стека, управление стеком, стек-ориентированные операции.
- •Выполнение арифметических операций в компьютере со стековой архитектурой. Полиз.
- •Адресация с индексированием: общие принципы, разновидности.
- •Базовые типы операндов: данные логического типа, строки, адреса.
- •Базовые типы операндов: числа, разрядность основных форматов, размещение в памяти.
- •Данные символьного типа: юникод.
- •Данные символьного типа: общие сведения, принципы кодирования, стандарты ascii и iso 8859, кодовые страницы.
- •Архитектура на основе общей магистрали. Характеристики системной магистрали.
- •Алгоритм функционирования системной магистрали. Взаимодействие устройств.
- •Иерархия магистралей: двух- и трехшинная архитектура.
- •Шинный арбитраж: предпосылки введения, схемы приоритетов.
- •Шинный арбитраж: алгоритмы динамического изменения приоритетов.
- •Централизованный параллельный и многоуровневый арбитраж шины.
- •Централизованный последовательный арбитраж.
- •Децентрализованный арбитраж шин.
- •Опросные схемы арбитража шин.
- •Протокол шины: понятие, виды протоколов. Транзакции синхронной шины.
- •Асинхронные протоколы шины: транзакции, тайм-ауты.
- •Пакетный режим пересылки информации. Конвейеризация транзакций.
- •Расщепление транзакций. Увеличение полосы пропускания шины.
- •Система ввода-вывода: назначение элементов, организация адресного пространства.
- •Детализированные функции модуля ввода-вывода.
- •Структурная организация модуля ввода-вывода.
- •Алгоритм обмена информацией между центральным процессором и внешним устройством.
- •Способы организации ввода-вывода. Программно управляемый ввод-вывод.
- •Команды, используемые при программно управляемом вводе-выводе.
- •Ввод-вывод по прерываниям: принципы, механизм.
- •Методы идентификации устройств, запрашивающих прерывание.
- •Векторные прерывания: принципы реализации, виды.
- •Приоритеты прерываний. Отличие последовательной обработки прерываний от обработки вложенных прерываний.
- •Контроллер прямого доступа к памяти (кпдп): состав и назначение компонентов, инициализация.
- •Алгоритм обмена на основе пдп. Буферизация данных.
- •Варианты реализации механизма пдп. Достоинства и недостатки.
- •Понятия канала ввода-вывода и процессора ввода-вывода.
- •Канальная программа. Управляющее слово канала.
- •Алгоритм функционирования канала ввода-вывода. Способы организации взаимодействия ву с каналом.
- •Режимы канала ввода-вывода.
- •Методы доступа к данным в памяти компьютера.
- •Параметры оценки быстродействия памяти.
- •Иерархическая архитектура памяти компьютера: предпосылки внедрения, принципы реализации и функционирования.
- •Локальность по обращению: виды, использование в архитектурных решениях.
- •Иерархия памяти компьютера: характеристики, описание уровней.
- •Основная память компьютера: назначение, типы запоминающих устройств, способы организации
- •Адресная организация памяти компьютера.
- •Блочная организация памяти: назначение, виды, факторы эффективности применения.
- •Расслоение памяти и чередование адресов: назначение, принцип реализации.
- •Ассоциативная память: логическая организация, функционирование.
- •Логическая и функциональная организация кэш-памяти прямого отображения.
- •Логическая и функциональная организация полностью ассоциативной кэш-памяти.
- •Логическая и функциональная организация множественно-ассоциативной кэш-памяти.
- •Алгоритмы замещения информационных блоков в кэш-памяти: назначение, виды, реализация.
- •Согласование содержимого кэш-памяти и оп. Стратегии записи в кэш-памяти.
- •Многоуровневая кэш-память. Принстонская и гарвардская архитектуры кэш-памяти.
- •Виртуализация памяти компьютеров: предпосылки внедрения, принцип реализации, виды виртуальной памяти.
- •Концепция страничной организации памяти. Взаимодействие виртуальной памяти с кэш-памятью.
- •Ограничения страничной организации памяти. Сегментация памяти.
- •Проблемы динамического распределения памяти при сегментации. Сегментно-страничная организация памяти.
- •Метод колец защиты памяти.
- •Метод граничных регистров памяти.
- •Защита памяти по ключам.
- •Концепция raid: принципы построения массивов дисковой памяти, назначение, способы реализации.
- •Дисковые массивы raid уровней 0, 1, 10: назначение, принципы реализации, свойства.
- •Дисковые массивы raid уровней 5, 6: назначение, принципы реализации, свойства.
- •Многопортовые озу и озу типа fifo.
- •Прерывания: фаза прерывания, поток данных, классы прерываний.
- •Арифметический конвейер: назначение, принципы реализации. Понятие суперконвейера.
- •Конвейерная обработка данных: предпосылки внедрения, принципы реализации, способы синхронизации ступеней.
- •Синхронный конвейер: реализация 6-ступенчатого конвейера, метрики эффективности, оценка выигрыша от внедрения.
- •Виды рисков синхронного конвейера.
- •Методы снижения приостановок конвейера.
- •Risc-архитектура: предпосылки создания, принципы реализации.
- •Risc-архитектура: средства оптимизации использования регистров.
- •Параллелизм уровня команд. Концепция vliw-архитектуры.
- •Суперскалярные компьютеры: принципы построения, структура процессора.
Режимы адресации: непосредственный, прямой, регистровый.
EА - исполнительный адрес ячейки, содержащей операнд;
O - значение операнда;
A - содержимое адресного поля команды;
R - содержимое адресного поля команды – ссылка на заданный регистр процессора.
Непосредственная адресация: О = А. Операнд задается непосредственно в команде. Пример ADD 5 (нет дополнительных операций с памятью, повышается скорость выполнения команд, диапазон операндов ограничен).
Прямая адресация: ЕА = А. В адресной части указан адрес операнда в ОП (необходим обмен с ОП, не нужны дополнительные вычисления адреса, адресуемое пространство ограничено длинной адресной части)
Регистровая адресация: ЕА = R. В адресной части указан регистр, в котором находится операнд (малый размер адресного поля, не нужен обмен с ОП, высокая скорость выполнения, регистровая память ограничена).
Адресация со смещением: общие принципы, относительная адресация, адресация через регистр базы.
Основной принцип адресации со смещением: адрес операнд формируется сложением базы адресации и смещения. ЕА = А + (R)
В коде команды два адресных поля:
- А – используется непосредственно;
- R – указывает на регистр, содержимое которого суммируется с А.
Относительная адресация: EA = A + (PC)
PC – неявно адресуемый регистр.
Основа метода: концепция локальности ссылок (предположение, что большинство операндов размещено недалеко от команд, в которых они используются).
Адресация через регистр базы – базовая адресация: ЕА = А + (R). Регистр базы R задается явно или подразумевается (может существует специальный базовый регистр).
Стековая адресация: принципы реализации, виды стека, управление стеком, стек-ориентированные операции.
Стек - упорядоченное множество элементов данных, при каждом обращении к которому может быть доступен только один из элементов. Принцип LIFO Доступный элемент – вершина стека.
Элементы могут добавляться только в вершину стека и удаляться только из вершины стека. Адресация – неявная. Количество элементов (длина стека) – переменное.
Возможное расположение стека:
- выделенная область оперативной памяти;
- регистровая память процессора.
Элементы стека:
- указатель стека – адрес вершины стека (текущего верхнего элемента); модифицируется при обращении к стеку (добавление нового элемента или удаление элемента из вершины);
- адрес основания стека – адрес «дна» стека – начальный адрес области памяти, выделенной под стек;
- граничный адрес стека – предельный адрес области памяти, выделенной под стек.
Стек-ориентированные операции:
- PUSH – добавление элемента в вершину стека;
- POP – удаление элементов из вершины стека;
- унарная операция – выполнение операции с элементом, находящимся в вершине стека. Результат замещает операнд и попадает в вершину стека.
- бинарная операция – выполнение операции с двумя верхними элементами стека; операнды из стека удаляются; результат помещается в вершину стека.
Выполнение арифметических операций в компьютере со стековой архитектурой. Полиз.
Постфиксная запись - альтернативная форма записи выражений (польская инверсионная запись, ПОЛИЗ):
- знак операции следует за операндами;
- независимо от сложности выражения скобки не используются.
Выражение поэлементно просматривается слева направо:
-если элемент – переменная или константа:
= поместить его в стек;
- если элемент – оператор (знак операции):
= извлечь из стека два верхних элемента;
= выполнить соответствующую операцию над извлеченными элементами;
= поместить результат в стек.
Когда обработаны все элементы выражения, в вершине стека сформируется результат.