Ответы_Вопросы к экзамену по дисциплине ФОВТ. Физические основы элементной базы современных эвм контрольные вопросы
 Скачать 1.15 Mb.
|
|
Транзистор находится либо в закрытом состоянии (отсечка), либо в открытом (насыщение). Качество работы электронного ключа определяется скоростью работы, то есть временем перехода из одного состояния в другое. 13. Планарная технология. Многоэмитерные транзисторы. Полевые транзисторы. МОП структуры с изолированным затвором и их быстродействие. Транзисторы, изготовленные по планарной технологии: Обычно кремниевая подложка; Защитная диэлектрическая пленка SiO2; n-p-n – вследствие большей подвижности электронов; Si – допускает большую температуру, до 150 ®С, меньше обратные токи. Многоэмиттерные транзисторы: позволяют повысить степень миниатюризации. Если хотя бы к одному эмиттеру приложить низкий потенциал, транзистор откроется. Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных). Металл-оксид-полупроводник МОП (МДП) структуры с изолированным затвором: принцип его работы примерно такой же. Отличие: благодаря диэлектрику входное сопротивление очень большое. Быстродействие в большинстве случаев уступает ключам на биполярных транзисторах. Однако, они дают большой выигрыш по току из-за большого входного сопротивления. 14. Аналоговая и цифровая обработка информации. Физическое представление информации в ЭВМ. Двоичный код. Реализация элементарных логических функций. Для некоторых задач связи и управления необходимо преобразование аналоговой информации в дискретную и наоборот. Для этого используются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи сигналов. Аналоговый сигнал: определен в любой момент времени, искажается при передаче. Цифровой сигнал: неизменен на определенном интервале, передается без искажения. Инвертор: перевод из одной логики в другую: 0->1, 1->0. Двоичный код — это способ представления данных в одном разряде в виде комбинации двух знаков, обычно обозначаемых цифрами 0 и 1. Разряд в этом случае называется двоичным разрядом. Основные логические элементы: 15. Ключевой режим работы коммутирующего элемента. «Высокое» и «низкое» состояния логических схем. Позитивная и негативная логики. Простейший коммутирующий элемент: 16. Основные характеристики логических элементов. Потребляемая мощность, время задержки распространения сигнала, энергия переключения, напряжение питания, коэффициент разветвления по выходу. Коэффициент разветвления по выходу – K - допустимое число нагрузок, подключаемых к выходу элемента (подключаются входы аналогичных элементов). Энергия переключения — работа, затрачиваемая на выполнение единичного переключения. Это интегральный параметр, используемый для сравнения между собой микросхем различных серий и технологий. Он находится как произведение потребляемой мощности и среднего времени задержки распространения сигнала. Напряжение высокого U 1 и низкого U 0 уровней (входные U 1 вх и выходные U 0 вых ) и их допустимая нестабильность. Под U 1 и U 0 понимают номинальные значения напряжений «Лог.1» и «Лог.0»; нестабильность выражается в относительных единицах или в процентах. Работа переключения пропорциональна питанию. 17. Архитектура фон Неймана и обобщенная структура системного блока: микропроцессор (МП), память, шина. Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Микропроцессор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики. Компьютерная шина - подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. 18. Основные характеристики микропроцессора (МП): технология изготовления, напряжение питания, объем адресуемой памяти, разрядность шины данных, тактовая частота. Цикл МП и его фазы. Физические процессы, протекающие в изделиях микроэлектроники (и в микросхемах памяти тоже), технология изготовления и конструктивные особенности ИМС высокой степени интеграции могут влиять на архитектуру и методы проектирования ЭВМ и систем. Существуют два вида технологии изготовления БИС: биполярная - основанная на применении биполярных транзисторов и МОП (металл - окисел - полупроводник) - технология, основанная на использовании полевых транзисторов. Необходимо уменьшение напряжения питания СБИС до 3.6, 3.3, 3 В и т.п., при этом известно, что блок питания компьютера обеспечивает обычно напряжения +5В, +12В, -12В. Объём памяти - необходимо, чтобы памяти хватало для нашей программы и наших данных. Поскольку процессор имеет много различных электронных компонент, которые работают независимо, то для того, чтобы синхронизировать их работу, чтобы они знали, в какой момент надо начать работать, когда нужно выполнить свою работу и ждать, существует таймер, который посылает синхроимпульс. Частота, с которой посылается синхроимпульс – и есть тактовая частота процессора. Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт. МП работает в составе МПС, обмениваясь информацией с памятью и ВУ. В основе работы МП лежит командный цикл - действия по выбору из памяти и выполнению одной команды. В зависимости от типа и формата команды, способов адресации и числа операндов командный цикл может включать в себя различное число обращений к памяти и ВУ и следовательно - иметь различную длительность. Любой командный цикл (КЦ) начинается с извлечения из памяти первого байта команды по адресу, хранящемуся в PC. В жизненном цикле микропроцессорной системы, как любой дискретной системы, выделяются три стадии: проектирование, изготовление и эксплуатация. Каждая из стадий подразделяется на несколько фаз, для которых существуют вероятности возникновения конструктивных или физических неисправностей, приводящих систему в неработоспособное состояние. Поэтому на каждой фазе необходимы процедуры тестового контроля, направленные на обнаружение и локализацию неисправностей. 19. Взаимодействие микропроцессора (МП) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Способы обмена информацией между МП и внешними устройствами: синхронный, асинхронный и полусинхронный. ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, используемое для временного хранения информации в процессе работы МП. В отличие от ПЗУ, в ОЗУ возможно как считывание, так и запись информации в ячейку, адрес которой находится на шине данных. В простейших МПС ОЗУ может отсутствовать, и его роль выполняют внутренние регистры общего назначения (РОН) МП. При синхронном обмене процессор заканчивает обмен данными самостоятельно, через раз и навсегда установленный временной интервал выдержки, то есть без учета интересов устройства- исполнителя; При асинхронном обмене процессор заканчивает обмен только тогда, когда устройство- исполнитель подтверждает выполнение операции специальным сигналом (так называемый режим handshake — рукопожатие). 20. Режимы работы процессора: прерывание, прямой доступ к памяти, ожидание. Шины и их основные характеристики (ISA, VESA, AGP, PCI, PCI-E). Мультиплексирование. Внутренняя структура процессора (FSB, QPI, HyperTransport, северный и южный мост). Прерывание — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код. Прямой доступ к памяти — режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно. Состояние ожидания - задержка, которая испытана компьютерным процессором, обращаясь к внешней памяти или другому устройству. Компьютерная шина - подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. ISA 1981 г - параллельная, синхронная, без мультиплексирования. PCI 1992 г. - параллельная, синхронная, мультиплексированная. PCI-Express – последовательная системная шина общего назначения. VESA DDC — цифровая шина (I²C) для обмена служебными данными между монитором и видеокартой, присутствует даже в мониторах 15-летней давности. AGP - увеличенная пропускная способность; режим работы с памятью DMA и DME; разделение запросов на операцию и передачу данных. Front Side Bus (FSB) — шина, обеспечивающая соединение между x86-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами. QPI — последовательная кэш-когерентная шина типа точка-точка для соединения процессоров между собой и с чипсетом, разработанная фирмой Intel. Шина HyperTransport (HT), ранее известная как Lightning Data Transport (LDT), — это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Северный мост— системный контроллер чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключены: микропроцессор, оперативная память, видеоадаптер . Южный мост, также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH). Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ через Северный мост, который, в отличие от Южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору. 21. Специализированные микропроцессоры. Мультипроцессорные и многоядерные конфигурации. Супер ЭВМ. Специализированные микропроцессоры предназначены для решения определенного класса задач, а иногда только для решения одной конкретной задачи. Их существенными особенностями являются простота управления, компактность аппаратурных средств, низкая стоимость и малая мощность потребления. В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации. Суперкомпьютер (СуперЭВМ) — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи. 22. Конденсатор и триггер как простейшие ячейки памяти. Энергозависимая и энергонезависимая память. Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время. Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако попадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты) и другие носят свои, более точные названия. Энергозависимая память — компьютерная память, которая требует постоянного использования электропитания для возможности удерживать записанную на неё информацию. Подавляющее большинство современных видов оперативной памяти с произвольным доступом являются энергозависимыми. Сюда относятся динамическая (DRAM) и статическая (SRAM) память с произвольным доступом. 23. Энергозависимая и энергонезависимая память. Статическое оперативное запоминающее устройство (СОЗУ). Принципы работы. Применение СОЗУ в ЭВМ. Энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако попадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты) и другие носят свои, более точные названия. Энергозависимая память — компьютерная память, которая требует постоянного использования электропитания для возможности удерживать записанную на неё информацию. Подавляющее большинство современных видов оперативной памяти с произвольным доступом являются энергозависимыми. Сюда относятся динамическая (DRAM) и статическая (SRAM) память с произвольным доступом. ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы. 24. Общая организация памяти. Характеристики памяти: стоимость, емкость, быстродействие, потребляемая мощность, возможность доступа. Время доступа – это промежуток времени, за который может быть записано или прочитано содержимое ячейки памяти после подачи её адреса и соответствующего управляющего сигнала. Ёмкость определяет количество ячеек или битов в устройстве памяти. Стоимость измеряется денежными затратами в расчете на единицу ёмкости памяти. В зависимости от того, в каком порядке может записываться или читаться информация, существуют две разновидности ОЗУ: ОЗУ с параллельным или произвольным доступом (это наиболее универсальная схема); ОЗУ с последовательным доступом (это более специфическая схема). Основная память потребляет около четверти мощности, необходимой для работы компьютера. 25. Энергозависимая и энергонезависимая память. Динамическое оперативное запоминающее устройство (ДОЗУ). Принципы работы и методы регенерации. Применение ДОЗУ в ЭВМ. Энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Однако попадающие под это определение носители информации, ПЗУ, ППЗУ, устройства с подвижным носителем информации (диски, ленты) и другие носят свои, более точные названия. Энергозависимая память — компьютерная память, которая требует постоянного использования электропитания для возможности удерживать записанную на неё информацию. Подавляющее большинство современных видов оперативной памяти с произвольным доступом являются энергозависимыми. Сюда относятся динамическая (DRAM) и статическая (SRAM) память с произвольным доступом. ДОЗУ: Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ. Области возможного применения ДОЗУ: хранение видеоизображений, генерируемых бортовым графическим контроллером; хранение данных, передаваемых по сетевому интерфейсу; использование в качестве системной оперативной памяти ЭВМ иного назначения, например, персональной; применение в других вычислительных устройствах, предъявляющих жесткие требования к объему оперативной памяти и ее быстродействию. |