Синицын и.В., Терновсков в.Б. Курс лекций по дисциплине «Архитектура компьютеров » для студентов, обучающихся по направлению 230700.62 «Прикладная информатика» Москва

₂₀₁₁

УДК 681.306

ББК 32.073

Т34

Синицын И.В., Терновсков В.Б.

В курсе раскрываются архитектура и организация вычислительных систем, современные микропроцессоры, топологии и технологии сетей и коммуникаций, метрики эффективности и т.д.. Данный курс обеспечивает лекционные занятия по дисциплине «Архитектура компьютеров » во втором и третьем триместре. Рекомендовано к изданию решением учебно-методического совета Финансового университета при правительстве РФ (протокол № ___ от «___» _____________ 2011 г.)

УДК 681.306

ББК 32.073

Т34

© Финансовый университет при правительстве РФ

© Синицын Иван Васильевич

© Терновсков Владимир Борисович

Оглавление

Способы организации и типы вычислительных систем…………………4 Классификация вычислительных систем………………………………..16 Вычислительные системы класса MIMD………………………………..27

Системный блок вычислительной системы ………………….…………37

Организация памяти в вычислительных системах ……………….…….45

Архитектура современных ЛВС ……………………………………….. 50

Архитектура информационно-вычислительных сетей……………….…58

Топология. Методы коммутации данных…………………………….… 73

Стек коммуникационных протоколов ТСР/IP.

Протоколы TCP и IP………………………………………………..…….. 84

Организация процесса передачи данных.

Методы доступа к сети ЛВС…………………………………….………. 94

Лекция 1

Способы организации и типы вычислительных систем

Вопросы:

1. Определение понятия архитектура вычислительных систем

2. Фон-неймановская архитектура

3. Архитектура процессоров вычислительных систем

При рассмотрении данного вопроса следует первоначально определить понятия вычислительная машина (ВМ) и вычислительная система (ВС).

Существуют различные подходы. Так, согласно одному из них [7], к ВС относятся вычислительные средства, имеющие в своем составе специализированные аппаратные модули и/или специализированное программное обеспечение.

Воспользуемся наиболее общими из существующих определений [5], в основе которых лежит различие между ВМ и ВС по признаку множественности вычислительных модулей и, соответственно, параллельной обработки.

Вычислительная машина – комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Вычислительная система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для подготовки и решения задач пользователя.

Таким образом, основной отличительной чертой вычислительных систем является наличие в них средств, реализующих параллельную обработку за счет построения параллельных ветвей в вычислениях, что не предусматривается классической структурой вычислительной машины.

Очевидно, что различия между ВМ и ВС не могут быть точно определены. Так, современные вычислительные машины с одним процессором обладают развитыми средствами распараллеливания вычислительного процесса (например, средствами параллельного выполнения итераций вложенных циклов).

С другой стороны, вычислительные системы могут состоять из традиционных ВМ и процессоров.

Принято разделять понятия архитектуры вычислительных систем и архитектуры вычислительных машин.

Под архитектурой вычислительных машин, как правило, понимается логическое построение ВМ, то есть то, какой представляется машина программисту, разрабатывающему программу на машинноориентированном языке. Это определение архитектуры в “узком” смысле. Оно охватывает следующее: перечень и формат команд, формы представления данных, механизмы ввода-вывода, способы адресации памяти, назначение и состав регистров общего назначения, а также других адресуемых регистров. Однако при таком подходе из рассмотрения выпадают такие важные вопросы как состав устройств, сложность процессора, емкость памяти, тактовая частота. Круг этих вопросов принято определять понятием организация или структурная организация.

Более часто применительно к ВМ используется понятие архитектуры в “широком“ смысле или просто архитектуры, объединяющее в себе как архитектуру в “узком” смысле, так и организацию ВМ.

Термин “архитектура” применительно к вычислительным системам дополнительно включает в себя вопросы выделения составляющих ВС (иерархии ВС), распределения функций между ними и определение взаимодействия между составляющими.