Answer 1 Вопросы к зачету АЭВМиВС_2021. Электронная вычислительная машина

• Название: Электронная вычислительная машина
• Дата: 23.12.2021
• Размер: 1.84 Mb.
• Имя файла: Answer 1 Вопросы к зачету АЭВМиВС_2021.docx
• Тип: Документы; #315048
• страница: 3 из 5

Флэш-память.

Flash по-английски – это "вспышка, проблеск".

Флэш-память является энергонезависимой памятью, (как и ПЗУ и ППЗУ). При выключении компьютера ее содержимое сохраняется. Однако содержимое flash-памяти можнр многократно перезаписывать, не вынимая ее из компьютера (в отличие от ППЗУ).

Запись происходит медленнее, чем считывание, и осуществляется импульсами повышенного напряжения. Вследcтвие этого, а также из-за ее стоимости, флэш память не заменит микросхемы ОЗУ.

CMOS-память.

CMOS-память – энергозависимая, перезаписываемая память, которая при своей работе , однако, почти не потребляет энергии. CMOS переводится как complementary metal oxode semiconductor – "комплиментарный металл - оксид - полупроводниковый".

Достоинства этой памяти – низкое потребление энергии, высокое быстродействие. В CMOS - памяти компьютера находятся важные для его работы настройки, которые пользователь может менять для оптимизации работы компьютера. Питается эта память от небольшого аккумулятора, встроенного в материнскую плату.

Недостатки перезаписываемой памяти.

Основной недостаток ПЗУ – невозможность обновить информацию в этом виде памяти, – одновременно является и его преимуществом: данные невозможно потерять случайно и умышленно.

Потеря данных в CMOS.

Компьютеры с ISA шиной имели минимум настроек. Часто они вполне нормально работали в своей основной конфигурации.

Ситуация изменилась после появления на компьютерах памяти более чем 16 Мбайт, ШВУ контроллеров и PCI-шины. Как выяснилось, в большинстве случаев стандартная настройка материнской платы стала неприменимой. Для сохранения настроек пользователя их стали хранить в CMOS-памяти.

Иногда содержимое CMOS-памяти разрушается. Это возможно в следующих случаях:

1. 
   Воздействие вируса. При своей работе вирус может специально внедряться в CMOS-память, чтобы обеспечиватиь лучшие условия для его распространения либо специально вывести компьютер из строя.
   
2. 
   Неисправность аккумулятора. В некоторых случаях аккумулятор CMOS-памяти может разряжаться (от времени или короткого замыкания на плате.) В этом случаесодержимое CMOS может разрушиться не сразу, а по прошествии двух - трех суток.
   
3. 
   Скачок напряжения при работе с CMOS. В этом случае последствия непредсказуемы.
   
4. 
   Установка пароля на загрузку. Иногда пользователь для защиты от несанкционированного доступа устанавливает "пароль на загрузку". Если он потом забудет пароль, то для запуска компьютера будет необходим сброс параметров CMOS-памяти путем короткого замыкания ее аккумулятора.
   

Для восстановления параметров CMOS-памяти после ее сброса существуют опции "стандартной" и безопасной" настройки этой памяти на материнской плате. Пользователю в этом случае придется восстанавливать не все, а только часть параметров. Опции "стандартной" и "безопасной" настройки хранятся в ПЗУ и изменить их невозможно!

Потеря данных в flash-памяти.

Потеря данных в flash-памяти возможна по тем же причинам, что и в CMOS-памяти. Однако для флэш-памяти нет возможности вернуться к первоначальным установкам! В связи с этим потеря информации в флэш-памяти может быть непоправимой.

26. 
    Центральные устройства ЭВМ. Центральный процессор ЭВМ.
    

Микропроцессор (МП), или central processing unit (CPU) — функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

·     Микропроцессор выполняет следующие функции:

·     вычисление адресов команд и операндов;

·     выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);

·     выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);

·     прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

·     обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;

·     выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

·     переход к следующей команде.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

·     разрядность;

·     рабочая тактовая частота;

·     размер кэш-памяти;

·     состав инструкций;

·     конструктив;

·     рабочее напряжение и т. д.

27. 
    Принципы управления внешними устройствами. Интерфейс.
    

Принципы управления. Производительность и эффективность ЭВМ определяются не только возможностями ее процессора и характеристиками ОП, но и составом ПУ, их техническими данными и способами организации их совместной работы с ЭВМ.

При разработке систем ввода-вывода ЭВМ особое внимание обращается на решение следующих проблем:

1. 
   должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования (машин с переменной конфигурацией), в первую очередь с различным набором периферийных устройств, с тем чтобы пользователь мог выбирать состав оборудования (конфигурацию) машины в соответствии с ее назначением, легко дополнять машину новыми устройствами;
   
2. 
   для эффективного и высокопроизводительного использования оборудования в ЭВМ должны реализовываться одновременная работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода;
   
3. 
   необходимо упростить для пользователя и стандартизовать программирование операций ввода-вывода, обеспечить независимость программирования ввода-вывода от особенностей того или иного периферийного устройства;
   
4. 
   необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.).
   

В общем случае для организации и проведения обмена данными между двумя устройствами требуются специальные средства:

1. 
   специальные управляющие сигналы и их последовательности;
   
2. 
   устройства сопряжения;
   
3. 
   линии связи;
   
4. 
   программы, реализующие обмен.
   

Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией.

В интерфейсе стандартизируются следующие параметры:

1. 
   Структура интерфейса, т.е. количество и назначение линий интерфейса.
   
2. 
   Параметры электрических сигналов в линиях.
   
3. 
   Протоколы обмена информацией в интерфейсах, циклы (команды) интерфейса, реализуемые в виде временных диаграмм сигналов, зависящих от архитектуры и структуры интерфейса.
   
4. 
   Конструктивные параметры интерфейса.
   

Таким образом, стандартный интерфейс – это совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств и правил, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах сбора и обработки информации.

В зависимости от типа соединяемых устройств различаются:

1. 
   внутренний интерфейс ЭВМ (например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный для сопряжения элементов внутри системного блока ПЭВМ;
   
2. 
   интерфейс ввода-вывода — для сопряжения различных устройств с системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.);
   
3. 
   интерфейсы межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) — для сопряжения различных ЭВМ (например, при образовании вычислительных сетей);
   
4. 
   интерфейсы «человек — машина» — для обмена информацией между человеком и ЭВМ.
   

Для каждого интерфейса характерно наличие специального аппаратного комплекса (рис. 1).



Рис. 1 Место интерфейса в аппаратном комплексе
Характер использования этого аппаратного комплекса определяется технологией обмена, установленным церемониалом, идеологией данного интерфейса, протоколом общения.

В зависимости от используемых при обмене программно-технических средств интерфейсы ввода-вывода делятся на два уровня: физический и логический (рис. 2).



Рис. 2. Логический и физический уровни интерфейсов ввода-вывода

В зависимости от степени участия центрального процессора в обмене данными в интерфейсах может использоваться три способа управления обменом:

• 
  режим сканирования (так называемый «асинхронный» обмен);
  
• 
  синхронный обмен;
  
• 
  прямой доступ к памяти.
  

Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предусматривает опрос центральным процессором периферийного устройства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет, то продолжается опрос периферийного устройства (рис. 3).



Рис. 3. Алгоритм сканирования

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет ряд недостатков:

• 
  процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу;
  
• 
  при большом быстродействии периферийного устройства процессор не успевает организовать обмен данными.
  

В синхронном режиме центральный процессор выполняет основную роль по организации обмена, но в отличие от режима сканирования не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу. Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство с помощью соответствующего прерывания обращает на себя внимание центрального процессора.

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процессора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA — Direct Memory Access).

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и передачу данных между основной памятью и внешним устройством.

В режиме прямого доступа к памяти используется специализированное устройство — контроллер прямого доступа к памяти, который перед началом обмена программируется с помощью центрального процессора: в него передаются адреса основной памяти и количество передаваемых данных.

Затем центральный процессор от контроллера прямого доступа к памяти отключается, разрешив ему работать, и до окончания обмена может выполнять другую работу. Об окончании обмена контроллер прямого доступа к памяти сообщает процессору. В этом случае участие центрального процессора косвенное. Обмен ведет контроллер прямого доступа к памяти.

При работе в режиме прямого доступа к памяти (ПДП) контроллер ПДП выполняет следующие функции:

1. 
   принимает запрос на ПДП от внешнего устройства;
   
2. 
   формирует запрос микропроцессору на захват шин системной магистрали;
   
3. 
   принимает сигнал, подтверждающий вход микропроцессора в состояние захвата (перехода в z-состояние, при котором процессор отключается от системной магистрали);
   
4. 
   формирует сигнал, сообщающий внешнему устройству о начале выполнения циклов ПДП;
   
5. 
   выдает на шину адреса системной магистрали адрес ячейки ОП, предназначенной для обмена;
   
6. 
   вырабатывает сигналы, обеспечивающие управление обменом данными;
   
7. 
   по окончании ПДП либо организует повторение цикла ПДП, либо прекращает режим ПДП, снимая запросы на него.
   

Рис.4. Взаимодействие устройств в режиме ПДП

28. 
    Способы управления обменом данных.
    

В зависимости от степени участия центрального процессора в об­мене данными в интерфейсах может использоваться три способа уп­равления обменом:

•   режим сканирования (так называемый «асинхронный» обмен);

•   синхронный обмен;

•   прямой доступ к памяти.

Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предус­матривает опрос центральным процессором периферийного устрой­ства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет, то продолжается оп­рос периферийного устройства (рис. 6.3).

Операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать сложную быстродействующую аппаратуру процессора, в результате чего в режиме сканирования снижается про­изводительность вычислительной машины.

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет ряд недостатков:

•   процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу;

•   при большом быстродействии периферийного устройства процес­сор не успевает организовать обмен данными.

            В синхронном режиме центральный процессор выполняет основ­ную роль по организации обмена, но в отличие от режима сканирова­ния не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу. Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство с помощью соот­ветствующего прерывания обращает на себя внимание центрального процессора.

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процес­сора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA — Direct Memory Access).

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и пе­редачу данных между основной памятью и внешним устройством.

Прямой доступ к памяти (ПДП):

•    освобождает процессор от управления операциями ввода-вывода;

•   позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение про­цессором программы с обменом данными между внешним устрой­ством и основной памятью;

•   производит обмен данными со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью основной памяти и внешним устрой­ством.

ПДП разгружает процессор от обслуживания операций ввода-вы­вода, способствует увеличению общей производительности ЭВМ, дает возможность машине более приспособленно работать в системах ре­ального времени.

29. 
    Программное обеспечение ПК.
    

Программное обеспечение (ПО) — это совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения задач пользователя, и программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе и минимум затрат труда на программирование задач и обработку информации.

 Программное обеспечение принято делить на системное (базовое) и прикладное:

Системное ПО предназначено для повышения эффективности создания программ обработки информации и их реализации на компьютере, а также для предоставления пользователям определенных услуг по работе с ресурсами компьютера.

Прикладное программное обеспечение (ППО) предназначено для решения определенной проблемной задачи пользователя или класса таких задач (ППО часто называют программным приложением или просто приложением).

Среди множества ППП следует назвать:

1.   текстовые редакторы, текстовые процессоры и издательские системы;

2.   графические редакторы и средства деловой графики;

3.   крупноформатные электронные таблицы (табличные процессоры);

4.   ППП управления телекоммуникационными системами;

5.   системы управления базами данных;

6.   информационно-поисковые системы;

7.   системы искусственного интеллекта, в том числе экспертные системы;

8.   автоматизированные обучающие системы;

9.   ППП статистической обработки информации;

10.             ППП математического программирования (линейного, целочисленного и т. д.);

11.             системы автоматизированного проектирования;

12.             ППП организационного управления предприятием, фирмой;

13.             ППП решения различных функциональных задач управления предприятием, фирмой;

14.             интегрированные ППП, включающие в свой состав несколько видов проблемно-ориентированных пакетов.

30. 
    Технические и экономические предпосылки появления ВС.
    

ВС - совокупность нескольких вычислителей, ЭВМ или процессоров, периферийного оборудования, предназначенного для повышения эффективности вычислительного комплекса.

Создание ВС имеет цели:

1.   повышение производительности за счет параллелизма вычисления;

2.   повышение надежности работы и достоверности вычислений;

3.   увеличение и улучшение сервиса в обслуживании пользователя

Самыми важными предпосылками появления и развития ВС служат экономические факторы. Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени, характеризующегося относительной стабильностью элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выражается квадратичной зависимостью - "закон Гроша".



Построение же вычислительных систем позволяет значительно сократить затраты, так как для них существует линейная формула:



где:

	— соответственно стоимость ЭВМ и ВС
	— коэффициенты пропорциональности, зависящие от технического уровня развития вычислительной техники;
	— производительность ЭВМ и i-го из п комплектующих вычислителей (ЭВМ или процессоров).

Критический порог определяется точкой пересече­ния двух приведенных зависимостей.



Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

1.   возможность работы в разных режимах;

2.   модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;

3.   унификация и стандартизация технических и программных решений;

4.   иерархия в организации управления процессами;

5.   способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;

6.   обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполне­нии вычислений.

31. 
    Понятие совместимости и комплексирования в ВС.
    

вычислительной системой (ВС). Все системы различаются способами комплексирования, т. е. соединения. Для создания систем необходимо, чтобы все комплексирующие элементы были совместимы.

Понятие совместимости затрагивает 3 аспекта:

1.  аппаратный (требует стандартизации видов соединений элементов сигналов и алгоритмов взаимодействия).

2.   программный (зависит от типа комплексируемых ЭВМ или процессоров, т.е. если вычислители однотипны, то программируемость более глубокая. Если же они не однотипны, но одноплатформены то программная совместимость  реализуется по принципу "снизу-вверх", где ранее созданные программы могут выполняться на более поздних моделях, но не наоборот. Наиболее тяжелый случай если они - не однотипны и разноплатформенны, то программируемость устанавливается на уровне исходных модулей, что предполагает обеспечение каждого типа вычислителей собственным набором транслирующий программ),

3.  информационный (предполагает единые принципы организации информационных массивов, т.е. форматы передаваемых слов и команд, единые структуры сообщения, разметка файлов и их поиск).

32. 
    Уровни и средства комплексирования.
    

При комплексировании систем различают физические и логические уровни комплексирования.

1.   Логический уровень объединяет средства и каналы взаимодействия, имеющий единый принцип управления.

2.   Физический уровень объединяет конкретные физические устройства в данной ВС.

При разработке собственных задач пользователь или программисты используют логические ( абстрактные) устройства, что позволяет разделить процесс разработки программы от конкретной конфигурации технических  средств.

Стыковка логической структуры систем с физической структурой обеспечивается в 3 случаях :

1.   при генерации системы;

2.   по указаниям оператора вычислительного центра;

3.   директивами пользователя

В наиболее полном виде логические и физические уровни представлены в больших машинах, в которых различают следующие уровни:

I логический уровень. Процессор-Процессор Связь обеспечивается через блоки прямого управления. Один процессор выдает другому команду - сигнал. Этот канал не предназначается для обмена большими порциями информации, а только командами.

II  уровень общей оперативной памяти. В качестве сопрягаемых устройств используются коммутаторы многооболочной ОП. Однако при большом числе комплексирующих процессоров оперативная память становится источником большого числа конфликтов. Особо опасны конфликты когда, когда один хочет прочесть информацию а другой -поменять данные. Этот вид взаимодействия наиболее оперативный при небольшом числе обслуживаемых абонентов.

III уровень комплексируемых каналов ввода-вывода. Предназначается для передачи больших объемов информации между блоками ОП, сопрягаемых в ВС. Обмен данными между ЭВМ осуществляется с помощью адаптера "канал-канал" (АКК) и команд "чтение" и "запись". Скорость передачи данных измеряется Мбайтами в секунду. Передача данных идет параллельно вычислениям в процессорах.

IV уровень групповых устройств управления периферией. В качестве средств сопряжения используются двуканальные переключатели, позволяющие группы устройств подключать к каналам различных ЭВМ. Для исключения конфликтов было принято следующее: канал, перехватывающий управление, резервирует подключенное устройство до полного завершения работ. Только после освобождения ресурса эти устройства могут быть переключены на другой канал.

V уровень внешних общих устройств. Предполагается, что комплексируемые внешние устройства имеют встроенный или навесной двуканальный переключатель для подключения к различным каналам. Этот уровень используется только в специальных системах.

I, III, IV уровни предназначены для создания многомашинных систем. II - для многопроцессорных систем. На практике зачастую создается комбинация уровней, что позволяет создать достаточно гибкие и перестраиваемые структуры.

33. 
    Классификация вычислительных систем.
    

Большое разнообразие вычислительных систем породило естественное желание ввести для них какую-то классификацию. Эта классификация должна однозначно относить ту или иную вычислительную систему к некоторому классу, который, в свою очередь, должен достаточно полно ее характеризовать. Таких попыток предпринималось множество. Одна из первых классификаций, ссылки на которую наиболее часто встречаются в литературе, была предложена М. Флинном в конце 60-х годов прошлого века. Она базируется на понятиях двух потоков: команд и данных. На основе числа этих потоков выделяется четыре класса архитектур:

1. 
   SISD (Single Instruction Single Data) - единственный поток команд и единственный поток данных. По сути дела это классическая машина фон Неймана. К этому классу относятся все однопроцессорные системы.
   

1. 
   SIMD (Single Instruction Multiple Data) - единственный поток команд и множественный поток данных. Типичными представителями являются матричные компьютеры, в которых все процессорные элементы выполняют одну и ту же программу, применяемую к своим (различным для каждого ПЭ) локальным данным. Некоторые авторы к этому классу относят и векторно-конвейерные компьютеры, если каждый элемент вектора рассматривать как отдельный элемент потока данных.
   

2. 
   MISD (Multiple Instruction Single Date) - множественный поток команд и единственный поток данных. М. Флинн не смог привести ни одного примера реально существующей системы, работающей на этом принципе. Некоторые авторы в качестве представителей такой архитектуры называют векторно-конвейерные компьютеры, однако такая точка зрения не получила широкой поддержки.
   

34. 
    Архитектура ВС. Параллелизм команд и данных.