Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальности "Прикладная математика и информатика" (010200 и по направлению "Прикладная математика и информатика

Содержание ......Page 7 Предисловие ......Page 13 От издательства ......Page 16 Глава 1. Начальные сведения по устройству компьютера ......Page 18 1.1. Данные и программы ......Page 19 1.2. Понятие архитектуры компьютера ......Page 22 1.3. Элементарные логичеркие устройства памяти ......Page 23 1.4. Объем памяти ......Page 25 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 26 2.1. Текстовые данные ......Page 28 2.2. Графические данные ......Page 31 2.3.2. Форматы целых чисел ......Page 34 2.3.3. Формат вещественных чисел ......Page 44 2.3.4. Особенности компьютерной арифметики ......Page 61 2.4. Звуковые и видеоданные ......Page 63 2.5. Принцип обезличивания кода ......Page 65 2.6. Надежность кодирования данных ......Page 66 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 73 3.1. Понятие такта ......Page 76 3.2. Вентили и комбинационные схемы ......Page 78 3.2.1. Релейно-контактные вентили ......Page 79 3.2.2. Полупроводниковые вентили ......Page 80 3.2.3. Вентиль «НЕ» ......Page 81 3.2.4. Вентили «НЕ И» и «НЕ ИЛИ» ......Page 82 3.2.5. Вентили «И» и «ИЛИ» ......Page 83 3.2.6. Построение дизъюнктивной нормальной формы ......Page 84 3.2.8. Многовходовые вентили ......Page 85 3.2.9. Комбинационная схема сумматора ......Page 86 3.2.10. Комбинационная схема сдвига ......Page 88 3.2.11. Компаратор ......Page 90 3.2.12. Декодер и мультиплексор ......Page 91 3.2.13. Арифметико-логическое устройство ......Page 94 3.3. Схема памяти на базовых вентилях ......Page 96 3.4. Интегральные схемы ......Page 99 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 102 4.1.1. Оперативная память ......Page 104 4.1.2. Процессор ......Page 107 4.1.3. Шина ......Page 109 4.1.4. Внешние устройства компьютера ......Page 113 4.1.5. Программная модель оперативной памяти ......Page 115 4.1.6. Программная модель процессора J8086 ......Page 121 4.2. Машинные команды процессора i8086 ......Page 131 4.2.1. Структура машинной команды ......Page 132 4.2.2. Безадресные команды ......Page 137 4.2.3. Одноадресные команды ......Page 138 4.2.4. Двухадресные команды ......Page 149 4.2.5. Команды с непосредственным операндом ......Page 150 4.2.6. Схема работы процессора при выполнении машинной команды ......Page 151 4.2.7. Отладчик машинных программ debug ......Page 155 4.2.8. Прерывания ......Page 166 4.2.9. Особенности 32-битовых процессоров Intel ......Page 175 4.3. Элементы Ассемблера процессора Intel ......Page 177 4.3.1. Структура оператора в языке Ассемблер ......Page 178 4.3.2. Директивы сегментации программы ......Page 179 4.3.3. Директивы определения данных ......Page 182 4.3.4. Команды Ассемблера ......Page 185 4.3.5. Пересылка данных ......Page 186 4.3.6. Работа со стеком ......Page 189 4.3.7. Сложение и вычитание ......Page 193 4.3.8. Умножение и деление ......Page 194 4.3.9. Организация линейных программ на машинном уровне ......Page 198 4.3.10. Команды передачи управления ......Page 204 4.3.12. Организация ветвлений на машинном уровне ......Page 210 4.3.13. Организация циклов на машинном уровне ......Page 213 4.3.14. Работа с массивами ......Page 215 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 219 Часть II. Архитектура вычислительных систем ......Page 223 Глава 5. Развитие архитектуры и параллелизм вычислений ......Page 224 5.1.1. Механический этап ......Page 226 5.1.2. Машины Чарльза Бэббиджа ......Page 228 5.1.3. Электромеханический этап ......Page 229 5.1.4. Начало электронного этапа ......Page 231 5.2. Архитектура фон Неймана ......Page 232 5.3.1. Параллельная обработка разрядов кода ......Page 234 5.3.2. Совмещение во времени работы нескольких устройств ......Page 236 5.3.3. Направления дальнейшего развития параллелизма ......Page 242 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 243 Глава 6. Многопрограммный режим работы компьютеров ......Page 244 6.1.1. Структура дескриптора сегмента ......Page 247 6.1.2. Линейный адрес ......Page 250 6.2. Организация виртуальной памяти ......Page 254 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 256 Глава 7. Повышение эффективности оперативной памяти ......Page 257 7.1. Статическая и динамическая память ......Page 258 7.2. Микросхемы памяти ......Page 259 7.3. Цикл памяти ......Page 263 7.4.1. Расслоение памяти ......Page 267 7.4.2. Микросхемы FPM DRAM ......Page 269 7.4.4. Микросхемы BEDO DRAM ......Page 270 7.4.5. Микросхемы SDRAM ......Page 271 7.4.6. Микросхемы DDR DRAM и RDRAM ......Page 272 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 273 Глава 8. Многоуровневая организация памяти ......Page 274 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 277 Глава 9. Кэш ......Page 278 9.1. Механизмы работы кэша ......Page 279 9.1.1. Кэш прямого отображения ......Page 280 9.1.2. Многовходовый ассоциативный кэш ......Page 282 9.1.4. Управление ассоциативным кэшем ......Page 283 9.2. Многоуровневый кэш ......Page 284 9.3. Когерентность кэша ......Page 285 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 287 Глава 10. Шины ......Page 289 10.1. Циклы шин ......Page 290 10.1.1. Цикл чтения синхронных шин ......Page 291 10.1.2. Цикл чтения асинхронных шин ......Page 292 10.1.4. Циклы без освобождения шины ......Page 294 10.2. Конвейерный режим шины ......Page 295 10.3. Многошинная архитектура ......Page 297 10.3.1. Основные типы шин ......Page 298 10.3.2. Синхронизация и шины ......Page 299 10.3.3. Чипсет ......Page 300 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 301 Глава 11. Улучшение эффективности процессора ......Page 303 11.1. Микроархитектура процессора ......Page 304 11.2. Конвейерная архитектура процессора ......Page 307 11.3. Суперскалярная архитектура процессора ......Page 311 11.4. Динамическое исполнение машинных команд ......Page 312 11.4.1. Изменение последовательности выполнения команд ......Page 313 11.4.2. Предсказание перехода ......Page 318 11.4.3. Спекулятивное выполнение ......Page 319 11.4.4. Многопоточное исполнение ......Page 320 11.5. Многопроцессорные и многоядерные архитектуры ......Page 321 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 323 12.1. Магнитные диски ......Page 324 12.1.1. Гибкие магнитные диски ......Page 326 12.1.2. Жесткие магнитные диски ......Page 327 12.2.1. Компакт-диски CD-ROM ......Page 332 12.2.2. Компакт-диски однократной записи CD-R ......Page 334 12.2.3. Компакт-диски многократной записи CD-RW ......Page 335 12.2.4. Диски DVD ......Page 336 12.3. Магнитные ленты ......Page 337 12.4.2. Мобильные устройства флэш-памяти ......Page 338 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 339 13.1. Системный блок ......Page 340 13.2. Дисплей и графическая подсистема ......Page 343 13.3. Принтеры ......Page 346 13.4. Другие устройства компьютера ......Page 349 13.5. Компактная условная формула — характеристика компьютера ......Page 351 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 353 Глава 14. Оценка производительности вычислительных систем ......Page 354 14.1. Оценка производительности тактовой частотой ......Page 355 14.3. Единицы MIPS ......Page 356 14.4. Единицы Flops ......Page 357 14.5. Тесты UNPACK ......Page 358 14.7. SPEC и другие тесты ......Page 359 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 361 Глава 15. Классификация архитектур ......Page 362 15.1. Классификация по принципу действия ......Page 363 15.2. Классификация по поколениям ......Page 365 15.3. Функциональная классификация компьютеров ......Page 368 15.4. Классификация персональных компьютеров ......Page 370 15.5.1. Аккумуляторная архитектура ......Page 372 15.5.3. Архитектура регистров общего назначения ......Page 373 15.5.5. RISC-архитектура ......Page 374 15.5.5. VLIW-архитектура ......Page 375 15.5.6. EPIC-архитектура ......Page 376 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 377 16.1.1. Первые модели процессоров Intel ......Page 379 16.1.2. Шестнадцатибитовые модели семейства Intel ......Page 380 16.1.3. Тридцатидвухбитовые модели i80386 и i80486 ......Page 382 16.1.4. Пятое поколение моделей семейства ......Page 383 16.1.5. Шестое поколение моделей семейства ......Page 384 16.1.7. Особенности архитектуры IA64 ......Page 387 16.1.8. Семейства, программно совместимые с моделями Intel ......Page 392 16.2. Семейство SUN SPARC ......Page 394 16.3. Семейства PA-RISC, Alpha, Power PC, MIPS ......Page 397 16.4. Семейства БЭСМ и Эльбрус ......Page 398 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 402 Глава 17. Параллельные архитектуры ......Page 403 17.1. Законы Амдала ......Page 404 17.2. Топология параллельных систем ......Page 405 17.3. Классификация параллельных систем по Флинну ......Page 409 17.4. Классификация параллельных систем класса МКМД ......Page 417 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 421 Глава 18. Неклассические архитектуры ......Page 423 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 428 Часть III. Введение в архитектуру компьютерных сетей ......Page 429 Глава 19. Линии связи ......Page 432 19.1.2. Параллельная и последовательная передачи ......Page 433 19.1.3. Способы представления кодов ......Page 435 19.1.4. Обнаружение и исправление ошибок ......Page 438 19.2. Характеристики линии связи ......Page 439 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 443 Глава 20. Классификация и топология сетей ......Page 444 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 450 Глава 21. Элементы сетевого оборудования ......Page 451 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 456 Глава 22. Физическая и логическая структуризация сетей ......Page 457 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 461 Глава 23. Доступ к сети ......Page 462 23.1. Метод случайного доступа ......Page 464 23.2. Маркерный метод доступа ......Page 465 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 466 Глава 24. Методы коммутации ......Page 467 24.1. Коммутация каналов ......Page 468 24.2. Коммутация пакетов ......Page 469 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 471 Глава 25. Базовые сетевые технологии ......Page 472 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 474 Глава 26. Многоуровневая модель ОБІ ......Page 475 Контрольные вопросы и упражнения ......Page 482 Приложение. Использованные сокращения ......Page 483 Литература ......Page 493 Периодические издания ......Page 494 Интернет-ресурсы ......Page 495 Алфавитный указатель ......Page 496