Thực đơn
trang chủTiểu sử

Kiến trúc của máy tính và hệ thống máy tính. Maksimov N.V. vv Danh sách các lớp học trong phòng thí nghiệm. Phiếu kiểm tra, danh sách câu hỏi cần kiểm tra

Kể từ giữa những năm 60, cách tiếp cận để tạo ra máy tính. Thay vì phát triển độc lập phần cứng và một số phần mềm, một hệ thống bắt đầu được thiết kế bao gồm một bộ phần cứng Và phần mềm quỹ. Đồng thời, khái niệm về sự tương tác của họ đã xuất hiện. Đây là cách nảy sinh một khái niệm mới về cơ bản - kiến ​​​​trúc máy tính.

Dưới kiến trúc máy tính được hiểu là tập hợp các nguyên tắc chung về tổ chức phần cứng phần mềm và đặc điểm của chúng, quyết định chức năng của máy tính khi giải các loại bài toán tương ứng.

Kiến trúc máy tính bao gồm một loạt các vấn đề liên quan đến việc xây dựng một tổ hợp phần cứng và phần mềm và có tính đến nhiều yếu tố. Trong số các yếu tố này, quan trọng nhất là: chi phí, phạm vi ứng dụng, chức năng, tính dễ sử dụng và một trong những thành phần chính của kiến ​​trúc là phần cứng. Các thành phần chính của kiến ​​trúc máy tính có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ như trong Hình 2. 1.2.

Cơm. 1.2. Các thành phần chính của kiến ​​trúc máy tính

Kiến trúc của một cơ sở tính toán cần được phân biệt với cấu trúc của nó. Cấu trúc của một công cụ điện toán xác định thành phần cụ thể của nó ở một mức độ chi tiết nhất định (thiết bị, khối, nút, v.v.) và mô tả toàn bộ các kết nối bên trong công cụ đó. Kiến trúc xác định các quy tắc tương tác giữa các thành phần của công cụ điện toán, việc mô tả chúng được thực hiện trong phạm vi cần thiết để hình thành các quy tắc cho sự tương tác của chúng. Nó không quy định tất cả các kết nối, nhưng những kết nối quan trọng nhất phải được biết để sử dụng công cụ này thành thạo hơn.

Do đó, người sử dụng máy tính không quan tâm đến những phần tử nào được tạo ra trong mạch điện tử, các lệnh được thực hiện trong mạch hay phần mềm, v.v. Điều quan trọng là các đặc điểm cấu trúc nhất định của máy tính có liên quan như thế nào đến khả năng cung cấp cho người dùng, điều gì các lựa chọn thay thế được thực hiện khi tạo ra máy và theo tiêu chí nào, các quyết định được đưa ra về mối liên hệ giữa đặc điểm của các thiết bị riêng lẻ tạo nên máy tính và tác động của chúng đến đặc điểm tổng thể của máy. Nói cách khác, kiến ​​trúc máy tính thực sự phản ánh một loạt các vấn đề liên quan đến thiết kế và xây dựng chung của máy tính cũng như phần mềm của chúng.

Chỉ 100 năm sau, trên cơ sở các thiết bị điện tử mới nổi, ý tưởng này mới được phát triển bởi nhà toán học người Mỹ John von Neumann. Việc xây dựng phần lớn máy tính dựa trên những nguyên tắc chung sau đây do ông đưa ra vào năm 1945.

Trước hết, máy tính phải có các thiết bị sau:

    số học-logic thiết bị, thực hiện các phép tính số học và logic;

    Thiết bị điều khiển , tổ chức quá trình thực hiện chương trình;

    Thiết bị bộ nhớ , hoặc ký ứcđể lưu trữ chương trình và dữ liệu;

    Thiết bị bên ngoài cho đầu vào/đầu ra của thông tin.

Hoạt động của máy tính dựa trên những nguyên tắc sau:

    Nguyên tắc mã hóa nhị phân . Theo nguyên tắc này, mọi thông tin đưa vào máy tính đều được mã hóa bằng tín hiệu nhị phân.

    Nguyên tắc điều khiển chương trình . Từ đó, chương trình bao gồm một tập hợp các lệnh được bộ xử lý thực thi tự động lần lượt theo một trình tự nhất định.

    Nguyên lý đồng nhất của bộ nhớ . Chương trình và dữ liệu được lưu trữ trong cùng một bộ nhớ. Do đó, máy tính không phân biệt được những gì được lưu trữ trong một ô nhớ nhất định - số, văn bản hoặc lệnh. Bạn có thể thực hiện các hành động tương tự trên các lệnh như trên dữ liệu.

    Nguyên tắc nhắm mục tiêu . Về mặt cấu trúc, bộ nhớ chính bao gồm các ô được đánh số; Bất kỳ ô nào cũng có sẵn cho bộ xử lý bất cứ lúc nào.

Máy móc được chế tạo dựa trên những nguyên tắc này được gọi là máy Von Neumann.

Các loại kiến ​​trúc máy tính (mở, đóng, Harvard).

Kiến trúc máy tính là cấu trúc khái niệm của máy tính xác định việc xử lý thông tin và bao gồm các phương pháp chuyển đổi thông tin thành dữ liệu và các nguyên tắc tương tác giữa phần cứng và phần mềm

Kiến trúc khép kín

Một máy tính được làm theo kiến ​​trúc này không có khả năng kết nối các thiết bị bổ sung không do nhà phát triển cung cấp.

Một sơ đồ mở rộng của kiến ​​trúc máy tính như vậy được hiển thị trong Hình. 1. RAM lưu trữ lệnh và dữ liệu của các chương trình thực thi. Kênh cho phép kết nối một số thiết bị bên ngoài nhất định. Thiết bị điều khiển đảm bảo thực hiện các lệnh chương trình và điều khiển tất cả các nút hệ thống.

Cơm. 1. Kiến trúc máy tính khép kín

Các máy tính có kiến ​​trúc này có hiệu quả trong việc giải quyết các vấn đề một cách thuần túy nhiệm vụ tính toán. Chúng không phù hợp để triển khai các công nghệ máy tính yêu cầu kết nối thêm các thiết bị bên ngoài và trao đổi thông tin tốc độ cao với chúng.

Hệ thống máy tính kiến ​​trúc mở

Kiến trúc này cho phép bạn tự do kết nối bất kỳ thiết bị ngoại vi, cung cấp kết nối miễn phí với máy tính của bất kỳ số lượng cảm biến và bộ truyền động nào. Các thiết bị được kết nối với bus theo tiêu chuẩn bus. Kiến trúc của một máy tính kiểu mở, dựa trên việc sử dụng bus thông thường, được thể hiện trong hình 2. 2.

Cơm. 2. Kiến trúc máy tính mở

Việc điều khiển tổng thể toàn bộ hệ thống được thực hiện bởi bộ xử lý trung tâm. Nó quản lý bus chia sẻ, phân bổ thời gian cho các thiết bị khác trao đổi thông tin. Thiết bị lưu trữ lưu trữ các chương trình và dữ liệu thực thi và khớp mức tín hiệu của nó với mức tín hiệu của chính xe buýt. Các thiết bị bên ngoài có mức tín hiệu khác với mức tín hiệu bus được kết nối với nó thông qua một thiết bị đặc biệt - bộ điều khiển. Bộ điều khiển khớp tín hiệu của thiết bị với tín hiệu bus và điều khiển thiết bị dựa trên các lệnh đến từ bộ xử lý trung tâm. Bộ xử lý có các đường điều khiển đặc biệt, tín hiệu trên đó xác định xem bộ xử lý đang truy cập vào ô nhớ hay cổng I/O trên bộ điều khiển thiết bị bên ngoài.

Bất chấp những ưu điểm do kiến ​​trúc bus thông thường mang lại, nó cũng có một nhược điểm nghiêm trọng, ngày càng trở nên rõ ràng khi hiệu suất của các thiết bị bên ngoài tăng lên và luồng trao đổi thông tin giữa chúng tăng lên. Các thiết bị có khối lượng và tỷ giá hối đoái khác nhau được kết nối với xe buýt chung, và do đó các thiết bị "chậm" đã làm trì hoãn công việc của các thiết bị "nhanh". Hiệu suất máy tính đã tăng thêm khi giới thiệu một bus cục bộ bổ sung để kết nối các thiết bị “nhanh”. Kiến trúc của một máy tính với các bus chung và cục bộ được thể hiện trong hình 2. 3.

Cơm. 3. Kiến trúc máy tính với bus dùng chung và bus cục bộ

Bộ điều khiển bus phân tích các địa chỉ cổng được bộ xử lý truyền và chuyển chúng đến bộ điều khiển được kết nối với bus công cộng hoặc cục bộ.

Về mặt cấu trúc, bộ điều khiển của từng thiết bị được đặt trên một bo mạch chung với bộ xử lý trung tâm và thiết bị lưu trữ hoặc, nếu thiết bị không được trang bị tiêu chuẩn trong máy tính, trên một bo mạch đặc biệt được lắp vào các đầu nối đặc biệt trên bo mạch chung - các khe cắm mở rộng. Sự phát triển hơn nữa của vi điện tử cho phép đặt một số thành phần chức năng của máy tính và bộ điều khiển của các thiết bị tiêu chuẩn vào một chip VLSI. Điều này làm giảm số lượng chip trên bảng mạch chung và có thể giới thiệu thêm hai bus cục bộ để kết nối thiết bị lưu trữ và thiết bị hiển thị, những thiết bị này có khối lượng trao đổi lớn nhất với bộ xử lý trung tâm và giữa chúng với nhau.

Bộ điều khiển trung tâm đóng vai trò là công tắc phân phối các luồng thông tin giữa bộ xử lý, bộ nhớ, thiết bị hiển thị và các nút máy tính khác.

Bộ điều khiển chức năng là một VLSI chứa các bộ điều khiển để kết nối các thiết bị bên ngoài tiêu chuẩn như bàn phím, chuột, máy in, modem, v.v. Thông thường bộ điều khiển này bao gồm một thiết bị như thẻ âm thanh, cho phép bạn nhận được loa ngoàiÂm thanh chất lượng cao khi nghe các tập tin nhạc và lời nói.

kiến trúc Harvard

Kiến trúc Harvard được Howard Aiken phát triển vào cuối những năm 1930 tại Đại học Harvard với mục tiêu tăng tốc độ hoạt động tính toán và tối ưu hóa hiệu suất bộ nhớ.

Các hoạt động điển hình (cộng và nhân) yêu cầu bất kỳ thiết bị máy tính nào thực hiện một số hành động: tìm nạp hai toán hạng, chọn một lệnh và thực hiện nó, cuối cùng lưu trữ kết quả. Lược đồ tương ứng để thực hiện truy cập bộ nhớ có một nhược điểm rõ ràng - chi phí cao. Khi tách các kênh truyền địa chỉ và dữ liệu trên chip xử lý, chip xử lý sau phải có số chân gấp đôi. Một cách để giải quyết vấn đề này là ý tưởng sử dụng một bus dữ liệu chung và một bus địa chỉ cho tất cả dữ liệu bên ngoài, đồng thời sử dụng một bus dữ liệu, một bus lệnh và hai bus địa chỉ bên trong bộ xử lý. Khái niệm này được gọi là kiến ​​trúc Harvard sửa đổi.

Thông thường, cần phải chọn ba thành phần - hai toán hạng và một lệnh (trong thuật toán xử lý tín hiệu số, đây là nhiệm vụ phổ biến nhất trong các bộ lọc FFT và FIR, IIR). Đây là mục đích của bộ nhớ đệm. Một lệnh có thể được lưu trữ trong đó - cả hai bus vẫn trống và có thể truyền hai toán hạng cùng một lúc. Việc sử dụng bộ nhớ đệm cùng với các bus phân chia được gọi là "Kiến trúc Super Harvard" ("SHARC") - một kiến ​​trúc Harvard mở rộng.

Một ví dụ là bộ xử lý Thiết bị Analog: ADSP-21xx - Kiến trúc Harvard đã sửa đổi, ADSP-21xxx(SHARC) - Kiến trúc Harvard mở rộng.

BỘ GIÁO DỤC VÀ KHOA HỌC CỦA RF

CƠ QUAN GIÁO DỤC LIÊN BANG

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VÀ KINH TẾ SARAPUL

CHUYÊN MÔN 230103

BÀI KIỂM TRA

TRONG NGÀNH " MÁY TÍNH VÀ VS KIẾN TRÚC "

ĐƯỢC THỰC HIỆN BỞI HỌC VIÊN

GR. ASU-31SZ SUKHIKH A.V.

ĐÃ KIỂM TRA

GIÁO VIÊN GABBASOVA F.F.

Sarapul

năm học 2005 – 2006 năm


1. HỆ THỐNG MÁY TÍNH ĐA MÁY................................. 3

2. PHÂN LOẠI MÁY TÍNH THEO MỤC ĐÍCH VÀ KHẢ NĂNG CHỨC NĂNG........................................... ........................................... 6

3. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CÁC YẾU TỐ LOGIC...... 10


1. HỆ THỐNG MÁY TÍNH ĐA NĂNG

Hệ thống máy tính (CS) – một tập hợp các bộ xử lý hoặc máy tính được kết nối và tương tác với nhau, thiết bị ngoại vi và phần mềm được thiết kế để thu thập, lưu trữ, xử lý và phân phối thông tin.

Việc thành lập Lực lượng vũ trang nhằm các mục tiêu chính sau:

· tăng hiệu suất hệ thống bằng cách tăng tốc quá trình xử lý dữ liệu;

· tăng độ tin cậy và độ tin cậy của tính toán;

· cung cấp thêm cho người dùng dịch vụ vân vân.

Một đặc điểm khác biệt của máy tính so với máy tính cổ điển là sự hiện diện trong đó một số máy tính thực hiện tiến trình song song .

Tính song song của các hoạt động làm tăng đáng kể hiệu suất hệ thống; nó cũng có thể tăng đáng kể cả độ tin cậy (nếu một thành phần của hệ thống bị lỗi, thành phần khác có thể đảm nhận chức năng của nó) và độ tin cậy trong hoạt động của hệ thống nếu các hoạt động được lặp lại và so sánh kết quả thực hiện của chúng.

Tính song song trong tính toán đến một mức độ lớn làm phức tạp việc quản lý quá trình tính toán, việc sử dụng các công cụ kỹ thuật và tài nguyên phần mềm. Các chức năng này được thực hiện bởi hệ điều hành của máy bay.

Mặc dù thực tế nó là cổ điển nhiều máy Phương án BC, trong BC chỉ có thể có một máy tính nhưng được tổng hợp với các thiết bị ngoại vi đa chức năng (giá thành của thiết bị ngoại vi thường cao hơn nhiều lần so với giá thành của các thiết bị trung tâm của máy tính). Một máy tính có thể có một số bộ xử lý (khi đó cũng có phiên bản đa bộ xử lý cổ điển của máy tính) hoặc một bộ xử lý (nếu bạn không tính đến các bộ xử lý chuyên dụng là một phần của thiết bị ngoại vi).

Trong hệ thống điện toán nhiều máy, một số bộ xử lý có trong hệ thống máy tính không có RAM chung mà mỗi bộ xử lý có RAM riêng (cục bộ). Mỗi máy tính trong hệ thống nhiều máy có kiến trúc cổ điển, và hệ thống như vậy được sử dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên, hiệu quả của việc sử dụng một hệ thống máy tính như vậy chỉ có thể đạt được bằng cách giải quyết các vấn đề có cấu trúc rất đặc biệt: nó phải được chia thành nhiều nhiệm vụ con được liên kết lỏng lẻo với số lượng máy tính trong hệ thống.


2. PHÂN LOẠI MÁY TÍNH THEO MỤC ĐÍCH VÀ KHẢ NĂNG CHỨC NĂNG

Máy tính điện tử (máy tính), máy tính, là một tập hợp các phương tiện kỹ thuật được thiết kế để xử lý thông tin tự động trong quá trình giải quyết các vấn đề tính toán và thông tin.

Máy tính có thể được phân loại theo một số đặc điểm, cụ thể:

· biểu diễn vật lý thông tin đã được xử lý;

· thế hệ (giai đoạn sáng tạo và cơ sở nguyên tố);

· lĩnh vực ứng dụng và phương pháp sử dụng (cũng như quy mô và khả năng tính toán).

Theo lĩnh vực ứng dụng và phương pháp sử dụng, máy tính có thể được chia thành các nhóm sau(Hình 2.1).


Cơm. 2.1. Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng và phương pháp sử dụng

3. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA CÁC YẾU TỐ LOGIC

Phần tử logic máy tính là một phần của mạch logic điện tử thực hiện một lệnh cơ bản hàm logic.

Các phần tử logic của máy tính là các mạch điện tử AND, OR, NOT, NAND, NOR và các mạch khác (còn gọi là cổng), cũng như flip-flop.

Sử dụng các mạch này, bạn có thể thực hiện bất kỳ chức năng logic nào mô tả hoạt động của các thiết bị máy tính. Thông thường, van có từ hai đến tám đầu vào và một hoặc hai đầu ra.

Để biểu diễn hai trạng thái logic “1” và “0” trong cổng, tín hiệu đầu vào và đầu ra tương ứng của chúng có một trong hai mức điện áp được đặt. Ví dụ: +5 volt và 0 volt.

Mức cao thường tương ứng với giá trị “true” (“1”) và mức thấp tương ứng với giá trị “false” (“0”).

Mỗi phần tử logic có một ký hiệu riêng, biểu thị chức năng logic của nó, nhưng không cho biết loại mạch điện tử nào được triển khai trong đó. Điều này làm cho việc viết và hiểu các mạch logic phức tạp trở nên dễ dàng hơn.

Hoạt động của các phần tử logic được mô tả bằng bảng chân lý.

Bảng sự thật là xem bảng một mạch logic (thao tác) liệt kê tất cả các kết hợp có thể có của các giá trị chân lý của tín hiệu đầu vào (toán hạng) cùng với giá trị chân lý của tín hiệu đầu ra (kết quả của thao tác) cho mỗi kết hợp này.

Đề án tôi

Mạch AND thực hiện kết hợp hai hoặc nhiều giá trị Boolean.

Ký hiệu trên sơ đồ khối của mạch AND có hai đầu vào được hiển thị trong Hình 2. 3.1. Bảng chân lý ở bảng 3.1.


Cơm. 3.1

Bảng 3.1

x y xy
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Sẽ có một giá trị 1 ở đầu ra của mạch AND khi và chỉ khi có tất cả các đầu vào. Khi có ít nhất một đầu vào bằng 0 thì đầu ra cũng sẽ bằng 0.

Mối quan hệ giữa đầu ra z của mạch này với đầu vào x và y được mô tả bằng quan hệ: z = xy (đọc là "x và y").

Thao tác kết hợp trên sơ đồ chức năng được biểu thị bằng dấu “&” (đọc là “dấu và”), là viết tắt của từ tiếng Anh và.

mạch HOẶC

Mạch OR thực hiện việc tách hai hoặc nhiều giá trị logic.

Khi có ít nhất một đầu vào của mạch OR là một thì đầu ra của nó cũng sẽ là một.

Ký hiệu của mạch OR được hiển thị trong hình. 3.2. Ký hiệu “1” trong sơ đồ xuất phát từ cách ký hiệu lỗi thời của phép phân biệt là “>=1” (tức là giá trị của phép phân biệt bằng 1 nếu tổng các giá trị của các toán hạng lớn hơn hoặc bằng 1). Mối quan hệ giữa đầu ra z của mạch này với đầu vào x và y được mô tả bằng mối quan hệ: z = x v y (đọc là "x hoặc y"). Bảng chân lý - trong bảng. 3.2.


Cơm. 3.2

Bảng 3.2

x y x v y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Lược đồ KHÔNG

Mạch NOT (biến tần) thực hiện thao tác phủ định. Mối quan hệ giữa đầu vào x của mạch này và đầu ra z có thể được viết là z =

, trong đó đọc là "không phải x" hoặc "nghịch đảo của x".

Nếu đầu vào mạch là 0 thì đầu ra là 1. Khi đầu vào là 1, đầu ra là 0. Ký hiệu biến tần ở Hình 3.3 và bảng chân lý nằm trong Bảng. 3.3.


Cơm. 3.3

Bảng 3.3

x
0 1
1 0

Trích xuất từ ​​GOS SPO

Ghi chú giải thích

Mục đích và mục tiêu của môn học

Yêu cầu về mức độ nắm vững nội dung môn học

Phạm vi kỷ luật và các loại công việc học tập

Các phần (chủ đề) của môn học

Giáo dục – hỗ trợ về mặt phương pháp môn học

Hỗ trợ vật chất và kỹ thuật của ngành

Phiếu kiểm tra, danh sách câu hỏi cần kiểm tra

1. Trích từ Tiêu chuẩn Giáo dục Tiểu bang

OPD.00

Các ngành nghề nghiệp chung

OPD.05

Kiến trúc máy tính và hệ thống tính toán:

trình bày thông tin trong hệ thống máy tính; kiến trúc và nguyên lý hoạt động của các khối logic chính của hệ thống máy tính; tổ chức bên trong của bộ xử lý; thanh ghi bộ xử lý; tổ chức và nguyên tắc của trí nhớ; bộ nhớ vật lý, tuyến tính, trang, phân đoạn và ảo; bộ nhớ đệm; chế độ hoạt động được bảo vệ; quản lý bộ nhớ; các loại địa chỉ; kết cấu lốp và chủng loại lốp; đa nhiệm; kiến trúc bộ xử lý; tương tác với các thiết bị ngoại vi, cách tổ chức và hoạt động của bộ xử lý; các lệnh cơ bản của bộ xử lý, chu kỳ hoạt động của bộ xử lý, sử dụng các ngắt, chương trình gỡ lỗi; các loại hệ thống máy tính và các đặc điểm kiến ​​trúc của chúng, tính song song và quy trình tính toán, phân loại nền tảng máy tính, ưu điểm và nhược điểm của loại cá nhân hệ thống máy tính

2. Ghi chú giải thích

Chương trình của ngành học “Kiến trúc máy tính và hệ thống máy tính” được thiết kế để thực hiện các yêu cầu của nhà nước về nội dung và trình độ đào tạo tối thiểu của sinh viên tốt nghiệp chuyên ngànhTin học ứng dụnggiáo dục trung cấp nghề và thống nhất cho tất cả các hình thức giáo dục.

Môn học “Kiến trúc máy tính và hệ thống máy tính” là một môn học chuyên môn tổng quát hình thành trình độ kiến ​​thức cơ bản để nắm vững các môn học đặc biệt.

Việc giảng dạy bộ môn cần có định hướng thực tiễn và gắn kết chặt chẽ với các bộ môn chuyên môn chung: “Hệ điều hành và môi trường”, “Cơ sở cơ bản về thuật toán và lập trình”, “Toán rời rạc”, “ Phương tiện kỹ thuật thông tin hóa”.

Chương trình giảng dạy của ngành này xác định: đào tạo lý thuyết 54 giờ, lớp thực hành và phòng thí nghiệm 30 giờ, làm việc độc lập 24 giờ, chứng chỉ trung cấp được thiết lập dưới hình thức kiểm tra vào cuối học kỳ thứ tư và dưới hình thức kiểm tra vào cuối học kỳ 4. cuối học kỳ thứ năm.

3. Mục đích, mục tiêu của ngành học

Mục đích của khóa học là phát triển sự hiểu biết của sinh viên về cấu trúc và kiến ​​trúc của máy tính cá nhân hiện đại. Mục đích của các lớp học thực hành là để sinh viên tiếp thu các kỹ năng làm việc thực tế với các bộ phận của PC. Mục tiêu của khóa học bao gồm việc xem xét tất cả các thành phần của PC và nguyên tắc hoạt động của chúng. Mục tiêu của các lớp học thực hành là làm quen thực tế trực tiếp với các thành phần của PC và các quy tắc làm việc với chúng, cũng như xem xét một số khía cạnh của việc chẩn đoán các lỗi có thể xảy ra và cách loại bỏ chúng.

4. Yêu cầu về mức độ nắm vững nội dung môn học

Kết quả của việc học môn học là học sinh phải

có một ý tưởng:

  1. về vai trò, vị trí của tri thức trong ngành trong lĩnh vực hoạt động nghề nghiệp;
  2. về những vấn đề chính và triển vọng phát triển của máy tính và hệ thống máy tính;

biết:

  1. các loại thông tin và phương pháp trình bày thông tin đó trong máy tính;
  2. phân loại và đơn vị điển hình công nghệ máy tính(VT);
  3. kiến trúc của máy tính điện tử và hệ thống máy tính;
  4. mục đích và nguyên tắc hoạt động của từng cấu hình kiến ​​trúc riêng lẻ;

có thể:

  1. lựa chọn cấu hình thiết bị hợp lý phù hợp với nhiệm vụ đang giải quyết;
  2. đảm bảo khả năng tương thích của phần cứng và phần mềm VT.

5. Phạm vi ngành học và loại hình công việc học tập

Loại công việc giáo dục

Tổng số giờ

học kỳ

Tổng cường độ lao động của ngành

Bài học thính giác

Đào tạo lý thuyết

Làm việc độc lập

Chuẩn bị cho bài kiểm tra

Luyện thi

Loại kiểm soát cuối cùng

Bài kiểm tra

Bài kiểm tra

bài thi

6. Các phần (chuyên đề) của môn học)

Chủ đề số

Tên chủ đề

Bài học thính giác

Làm việc độc lập

Tổng số giờ của khóa học

Đào tạo lý thuyết

Phòng thí nghiệm và bài tập thực hành

kết hợp

học kỳ 4

Giới thiệu môn học

Cơ sở số học của máy tính

Trình bày thông tin trong máy tính

Cơ sở logic của máy tính, các phần tử và linh kiện.

Cấu trúc cơ bản của máy tính

Tổ chức bộ nhớ máy tính

Tổng số học kỳ 4

học kỳ thứ 5

Giao diện

Các chế độ hoạt động của bộ xử lý

Bộ xử lý hiện đại

Tổ chức tính toán trong hệ thống máy tính.

Phân loại hệ thống máy tính.

Tổng số học kỳ 5

Tổng cộng trong năm

Chủ đề 1. Giới thiệu môn học

Vai trò và vị trí của kiến ​​thức môn “Kiến trúc máy tính và hệ thống máy tính” trong lĩnh vực hoạt động nghề nghiệp.Trình bày thông tin trong hệ thống máy tính.

Lịch sử phát triển của các công cụ tính toán. Phân loại máy tính theo biểu diễn vật lý của việc xử lý thông tin, các thế hệ máy tính, lĩnh vực ứng dụng và phương pháp thực thi máy tính.

Chuyên đề 2 Cơ sở số học của máy tính.

Hệ thống số. Các loại địa chỉ Hệ thống số không vị trí và vị trí. Các hệ thống số được sử dụng trong máy tính Thuộc tính của hệ thống số vị trí. Chuyển đổi số từ hệ thống số này sang hệ thống số khác.

Biểu diễn số trong máy tính: tự nhiên và dạng bình thường. Định dạng lưu trữ sốMÁY TÍNH. Biểu diễn đại số của số nhị phân: mã trực tiếp, mã nghịch đảo và mã bù. Các phép toán với số ở dạng nhị phân thẳng, bát phân và mã thập lục phân. Sử dụng mã nhị phân đảo ngược và bổ sung hai để thực hiện tất cả các phép tính toán học sử dụng thiết bị tổng hợp. Lợi thế mã bổ sung so với mã ngược lại.

Chủ đề 3 Trình bày thông tin trong máy tính

Các loại thông tin và phương pháp trình bày thông tin trong máy tính. Phân loại các đơn vị thông tin được xử lý bằng máy tính. Kiểu dữ liệu, cấu trúc dữ liệu, định dạng tệp. Các kiểu dữ liệu số và không phải số và kiểu của chúng. Cấu trúc dữ liệu và các loại của chúng.

Mã hóa thông tin mang tính biểu tượng. Mã ký tự: ASCII, UNICODE, v.v.Kiến trúc và nguyên lý hoạt động của các khối logic chính của hệ thống máy tính.

Mã hóa thông tin đồ họa. Mã hóa nhị phân thông tin âm thanh. Nén thông tin. Mã hóa video. Chuẩn MPEG.Tổ chức bên trong của bộ xử lý.

Chủ đề 4 Cơ sở logic của máy tính, các phần tử và linh kiện.

Các hoạt động và mạch logic cơ bản. Các bảng sự thật. Mạch cổng logic Máy tính: thanh ghi, cổng, flip-flop, bộ cộng nửa và bộ cộng. Bảng chân lý của RS-, D- và T-flip-flop.Chế độ bảo vệ

Các nút logic của máy tính và phân loại của chúng. Bộ cộng, bộ giải mã, ma trận logic lập trình, mục đích và ứng dụng của chúng.Tổ chức và nguyên tắc của bộ nhớ.

Chủ đề 5 Cơ bản về xây dựng máy tính.

Khái niệm về kiến ​​trúc và cấu trúc máy tính. Nguyên tắc (kiến trúc) của von Neumann. Các thành phần chính của một máy tính. Các loại kiến ​​trúc máy tính chính.Quản lý bộ nhớ

Chủ đề 6 Tổ chức bên trong của bộ xử lý.

Các thanh ghi bộ xử lý. Các lệnh cơ bản bộ xử lý, chu kỳ hoạt động của bộ xử lý, sử dụng các ngắt, chương trình gỡ lỗi

Thực hiện các nguyên tắc của von Neumann trong máy tính. Cấu trúc quy trình. Thiết bị điều khiển: mục đích và sơ đồ chức năng đơn giản hóa. Thanh ghi bộ xử lý: bản chất, mục đích, loại. Đăng ký mục đích chung, thanh ghi lệnh, bộ đếm lệnh, thanh ghi cờ.

Cấu trúc lệnh của bộ xử lý. Chu kỳ thực hiện lệnh. Khái niệm về chu trình làm việc, đột quỵ công việc. Nguyên tắc song song hóa hoạt động và thi công kết cấu đường ống. Phân loại lệnh.

Đơn vị logic số học (ALU): mục đích và phân loại. Cấu trúc và chức năng của ALU.

Phần giao diện của bộ xử lý: mục đích, thành phần, hoạt động. Tổ chức công việc và hoạt động của bộ xử lý.

Chủ đề 7 Tổ chức bộ nhớ máy tính.

Bộ nhớ đệm. Bộ nhớ vật lý, tuyến tính, trang, phân đoạn và ảo

Cấu trúc phân cấp của bộ nhớ. Bộ nhớ máy tính chính. Thiết bị truy cập ngẫu nhiên và lưu trữ vĩnh viễn: mục đích và đặc điểm chính.

Tổ chức RAM. RAM có thể định địa chỉ và liên kết: nguyên tắc hoạt động và đặc điểm so sánh. Các loại địa chỉ. tuyến tính, trang, bộ nhớ phân đoạn.

Bộ nhớ đệm: mục đích, cấu trúc, đặc điểm chính. Tổ chức bộ nhớ đệm: bộ nhớ đệm được ánh xạ trực tiếp, liên kết một phần và liên kết hoàn toàn.

Bộ nhớ động. Nguyên lý hoạt động. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của bộ nhớ. Chế độ hoạt động: ghi, lưu trữ, đọc, chế độ tái tạo. Sửa đổi bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động. Các mô-đun bộ nhớ chính Tăng dung lượng bộ nhớ.

Các thiết bị bộ nhớ đặc biệt: bộ nhớ chỉ đọc (ROM), bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình lại (bộ nhớ flash), bộ nhớ video. Mục đích, đặc điểm, ứng dụng. Hệ thống cơ bảnđầu vào/đầu ra (BIOS): mục đích, chức năng, sửa đổi.

Chủ đề 8 Giao diện.

Khái niệm giao diện. Phân loại giao diện. Tổ chức tương tác giữa PC và các thiết bị ngoại vi. Chipset: mục đích và sơ đồ hoạt động.

Cấu trúc chung của một PC với các thiết bị ngoại vi được kết nối. Bus hệ thống và các tham số của nó. Giao diện bus và truyền thông với bus hệ thống. bo mạch chủ: kiến ​​trúc và các kết nối chính.

Giao diện PC bên trong: các bus ISA, EISA, VCF, VLB, PCI, AGP và đặc điểm của chúng.

Giao diện thiết bị ngoại vi IDE và SCSI. Sửa đổi hiện đại và đặc điểm của giao diện IDE/ATA và SCSI.

Giao diện máy tính bên ngoài. Cổng nối tiếp và song song. Cổng nối tiếp Chuẩn RS-232: mục đích, cấu trúc khung dữ liệu, cấu trúc đầu nối. Cổng song song PC: mục đích và cấu trúc của các đầu nối.

Mục đích, đặc điểm và tính năng của giao diện ngoài USB và IEEE 1394 (FireWire). Chuẩn giao diện 802.11 (Wi-Fi).

Chủ đề 9 Chế độ vận hành bộ xử lý.

Cấu trúc lốp và các loại lốp. Các chế độ hoạt động của bộ xử lý Đặc điểm chế độ thực của bộ xử lý 8086.

Các khái niệm cơ bản về chế độ được bảo vệ. Địa chỉ ở chế độ được bảo vệ. Mô tả và bảng. Hệ thống đặc quyền. Sự bảo vệ.

Chuyển đổi nhiệm vụ. Quản lý bộ nhớ trang. Ngắt ảo hóa. Chuyển đổi giữa chế độ thực và chế độ được bảo vệ.

Chủ đề 10 Cơ bản về lập trình bộ xử lý.

Tương tác với các thiết bị ngoại vi, cách tổ chức và hoạt động của bộ xử lý

Cơ bản về lập trình bộ xử lý. Lựa chọn và giải mã các lệnh. Chọn dữ liệu từ các thanh ghi mục đích chung và bộ nhớ vi xử lý. Xử lý và ghi dữ liệu. Tạo tín hiệu điều khiển.

Các lệnh xử lý cơ bản: số học và lệnh logic, lệnh di chuyển, dịch chuyển, so sánh, lệnh nhảy có điều kiện và không điều kiện, lệnh vào-ra. Các chương trình con. Các loại và cách xử lý gián đoạn. Các giai đoạn biên dịch mã nguồn thành mã máy và các phương pháp gỡ lỗi. Sử dụng từ ladchikov.

Chủ đề 11 Bộ xử lý hiện đại.

Đặc điểm chính của bộ xử lý. Xác định các quá trình. Khả năng tương thích của bộ xử lý. Các loại ổ cắm.Đa nhiệm; kiến trúc bộ xử lý.

Đánh giá các bộ xử lý hiện đại từ các nhà sản xuất hàng đầu thế giới.

Bộ xử lý có kiến ​​trúc phi truyền thống. Bộ xử lý tế bào và DNA. Bộ xử lý thần kinh.

Chuyên đề 12. Tổ chức tính toán trong hệ thống máy tính.

Các loại hệ thống máy tính và đặc điểm kiến ​​trúc của chúng, tính song song và quy trình tính toán, phân loại nền tảng máy tính, ưu điểm và nhược điểm của các loại hệ thống máy tính khác nhau.

Mục đích và đặc điểm của máy bay. Tổ chức tính toán trong hệ thống máy tính. Máy tính song song, khái niệm về luồng lệnh và luồng dữ liệu. Các hệ thống liên kết. Hệ thống ma trận. Đường ống của tính toán. Đường ống lệnh, đường ống dữ liệu. Siêu quy mô hóa.

Chủ đề 13 Phân loại hệ thống máy tính.

Phân loại máy bay tùy theo số lượng lệnh và luồng dữ liệu: OKOD (SISD). OKMD (SIMD), MKOD (MISD), MKMD (MIMD).

Phân loại máy tính đa bộ xử lý những cách khác triển khai bộ nhớ chia sẻ: UMA, NUMA, SOMA. Đặc điểm so sánh, tính năng phần cứng và phần mềm.

Phân loại máy bay nhiều máy: MPP, NDW và COW. Mục đích, đặc điểm, tính năng.

Ví dụ về các loại máy bay. Ưu điểm và nhược điểm của các loại hệ thống máy tính.

7. Hỗ trợ về mặt giáo dục và phương pháp luận của bộ môn

Văn học chính

  1. [Tài nguyên điện tử] Chekmarev Yu.V. Hệ thống máy tính, mạng và viễn thông: Sách giáo khoa. – M.: Nhà xuất bản DMK, 2009.
  2. [Tài nguyên điện tử] Dogadin N.B. Kiến trúc máy tính: sách giáo khoa. – M.: BINOM. Phòng thí nghiệm tri thức, 2008.
  3. [Tài nguyên điện tử] Avdeev V.A. Thiết bị ngoại vi: giao diện, thiết kế mạch, lập trình: Sách giáo khoa. – M.: Nhà xuất bản DMK, 2009.

văn học bổ sung

  1. [Tài nguyên điện tử] Yurov V.I. Người biên soạn: Sách giáo khoa đại học. – St.Petersburg: Peter, 2009.
  2. [Tài nguyên điện tử] Chekmarev Yu.V., Nechaev D.Yu., Kurushin V.D., Kireeva G.I., Mosyagin A.B. Nguyên tắc cơ bản của công nghệ thông tin: sách giáo khoa. – M.: Nhà xuất bản DMK, 2009.
  3. [Tài nguyên điện tử] Chekmarev Yu.V. Mạng máy tính cục bộ: Sách giáo khoa. – M.: Nhà xuất bản DMK, 2009.
  4. [Tài nguyên điện tử] Prokdi R.G., Dmitriev P.A., Finkova M.A. BIOS. Cài đặt. – St.Petersburg: NiT, 2009.

8. Hỗ trợ vật chất, kỹ thuật về kỷ luật

Việc thực hiện kỷ luật học thuật đòi hỏi phải có phòng học lý thuyết và phòng học máy tính để tiến hành công việc thực tế.

Thiết bị lớp học:

  1. bàn ghế cho học sinh;
  1. Bảng đánh dấu;

Thiết bị phòng đào tạo máy tính:

  1. máy tính cá nhân cho học sinh;
  2. Máy chiếu đa phương tiện;
  3. Màn hình;
  4. Bảng đánh dấu;
  5. nơi làm việc của giáo viên (PC, máy in, bàn, ghế);

Phần mềm đào tạo:

  1. Hệ điều hành GNU/Linux;
  2. Trình thông dịch Python;
  3. Trình duyệt web;
  4. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL 5.1;
  5. bộ biên dịch gcc;
  6. Trình soạn thảo văn bản;
  7. Môi trường phát triển QtCreator;
  8. thư viện Qt4;

9. Hình thức kiểm tra, danh mục câu hỏi dự thi

Kiểm soát hiện tại.Hình thức giám sát liên tục mức độ kiến ​​thức lý thuyết chính là khảo sát miệng trong các lớp hội thảo; hình thức giám sát liên tục mức độ kiến ​​thức và kỹ năng thực tế là các bài kiểm tra và bài tập độc lập về các chủ đề riêng lẻ, bao gồm các nhiệm vụ và bài tập dành cho việc thực hiện ngoại khóa độc lập. .

Câu hỏi để kiểm tra

  1. Bộ cộng nửa chữ số.
  2. Bộ cộng nhiều bit.
  3. Cò súng.
  4. Cây rơm. Mô hình bộ nhớ phẳng và đa phân đoạn.
  5. Bộ nhớ tĩnh. Nguyên lý ứng dụng và hoạt động. Các tính năng chính. Các loại bộ nhớ tĩnh
  6. Các hệ thống lệnh và các lớp bộ xử lý: CISC, RISC, MISC, VLIM.

Câu hỏi cho kỳ thi

  1. Nguyên lý hoạt động của bộ nhớ Flash.
  2. Công nghệ ACPI và OnNow.
  3. Giao diện ATA nối tiếp.

3. Tài liệu giáo dục và phương pháp cho học sinh

Chương trình làm việc của bộ môn “Kiến trúc máy tính và mạng máy tính» Đào tạo tại lớp được cung cấp dưới hình thức đào tạo tại lớptrong khoảng thời gian 84 giờ, cũng như công việc độc lập của học sinh trong khoảng thời gian 24 giờ.

Làm việc trong các lớp lý thuyết.Trong các lớp học lý thuyết, học sinh nhận được những dữ liệu cần thiết nhất, phần lớn bổ sung cho sách giáo khoa. Khả năng nghe giảng một cách tập trung, tiếp thu thông tin được trình bày một cách chủ động và sáng tạo là điều kiện không thể thiếu để các em tiếp thu sâu, lâu dài cũng như phát triển năng lực tư duy.

Việc chăm chú lắng nghe và ghi chép tài liệu đòi hỏi học sinh phải hoạt động tinh thần mạnh mẽ. Trong khi nghe bài giảng, bạn cần phân tâm khỏi những suy nghĩ không liên quan và chỉ nghĩ về những gì giáo viên đang trình bày. Những ghi chú ngắn gọn từ bài giảng và ghi chép giúp bạn tìm hiểu tài liệu.

Sự chú ý của một người không ổn định. Cần phải có ý chí để giữ nó tập trung. Một bản tóm tắt sẽ hữu ích khi những điều cơ bản và cần thiết nhất được viết ra. Việc này phải do chính học sinh thực hiện. Không cần thiết phải cố gắng viết nguyên văn toàn bộ bài giảng. Kiểu “ghi chép” này có hại nhiều hơn có lợi. Một số sinh viên đôi khi yêu cầu giảng viên “đọc chậm hơn”. Nhưng một bài giảng không thể biến thành một bài giảng chính tả. Đây là một xu hướng rất có hại, vì trong trường hợp này học sinh viết ra một cách máy móc một số lượng lớn thông tin được nghe mà không cần suy nghĩ về nó.

Nên ghi lại bài giảng bằng cách sử dụng từ ngữ của chính bạn bất cứ khi nào có thể. Nên viết một trang và để lại trang tiếp theo để soạn thảo. Tài liệu giáo dục một mình ở nhà. Tốt hơn là chia dàn ý thành các điểm, đoạn văn, quan sát đường màu đỏ. Những đoạn văn, định nghĩa, công thức quan trọng phải kèm theo những nhận xét: “quan trọng”, “đặc biệt quan trọng”, “Hãy ghi nhớ kỹ”, v.v. Bạn nên phát triển “dấu ấn” (biểu tượng, ký hiệu), chữ viết tắt của từ của riêng mình. Nó cũng sẽ là một ý tưởng tốt để tìm hiểu những điều cơ bản về tốc ký. Khi soạn ghi chú bài giảng, bạn không chỉ nên sử dụng tài liệu chính mà còn phải sử dụng cả tài liệu đã được giảng viên giới thiệu thêm. Chính kiểu làm việc nghiêm túc, chăm chỉ với tài liệu bài giảng này sẽ cho phép bạn nắm vững kiến ​​thức một cách sâu sắc.

Phòng thí nghiệm và các lớp thực hành.Các bài tập trong phòng thí nghiệm và thực hành liên quan đến việc giải quyết vấn đề thực tế, soạn tin nhắn về một chủ đề nhất định và tham gia lên án vấn đề bị ảnh hưởng bởi tin nhắn. Tin nhắn sẽ mất không quá 3 - 5 phút. Loại công việc chính tại hội thảo là giải quyết các vấn đề tính toán và đồ họa.

Việc chuẩn bị cho một bài học thực tế (trong phòng thí nghiệm) bắt đầu bằng việc làm quen kỹ lưỡng với các điều kiện của công việc sắp tới, tức là. từ việc tham khảo đến giáo án hội thảo. Sau khi quyết định vấn đề thu hút sự chú ý nhất, bạn nên chuyển sang tài liệu được đề xuất. Cần lưu ý rằng cả nhóm đều tham gia hội thảo, sau đó nhiệm vụ của bài thực hành sẽ được phân cho cả nhóm. Nhiệm vụ phải được thực hiện đầy đủ và nhóm phải nắm vững đầy đủ các tài liệu được đề xuất.

Để chuẩn bị đầy đủ cho một bài học thực tế, chỉ đọc sách giáo khoa thôi là chưa đủ - sách giáo khoa chỉ nêu những nguyên tắc cơ bản, trong khi các chuyên khảo và bài viết về một chủ đề cụ thể xem xét vấn đề được nêu ra từ các góc độ khác nhau hoặc từ một góc độ, nhưng trong mọi trường hợp đều đủ chi tiết và chính xác. chiều sâu. Tuy nhiên, để hiểu đúng bản chất của bài tập, trước tiên bạn nên làm quen với văn bản liên quan của sách giáo khoa - bất kể các bài giảng có được cung cấp ngoài buổi hội thảo này hay không. Sau khi đánh giá nhiệm vụ, chọn một chủ đề cụ thể và chọn tài liệu phù hợp, bạn có thể bắt đầu chuẩn bị thực sự cho buổi hội thảo.

Chuẩn bị kỹ lưỡng cho phòng thí nghiệm và bài tập thực hành, cũng như các bài giảng, có tầm quan trọng quyết định: buổi hội thảo sẽ được tổ chức khi khán giả đã chuẩn bị cho nó. Công việc độc lập là trụ cột cho mọi sự chuẩn bị cho khóa học đang được nghiên cứu. Khi chuẩn bị cho các giờ học thực hành, bạn nên tích cực sử dụng các tài liệu tham khảo: bách khoa toàn thư, từ điển, album sơ đồ,… Việc nắm vững bộ máy khái niệm của môn học đang học là điều cần thiết.

Quy tắc ứng xử trong phòng thí nghiệm và các lớp thực hành:

  1. Bạn nên đến các lớp học với kho ý tưởng đã được hình thành và kiến ​​​​thức về các phương pháp phân tích tính toán và phân tích.
  2. nếu bạn quyết định nói điều gì đó tại buổi hội thảo, thì hãy để nó là một điều gì đó có giá trị - bạn không nên làm rung chuyển không khí bằng những cụm từ trống rỗng;
  3. Bài phát biểu phải cô đọng nhất có thể, đồng thời dễ hiểu, không chiếm sóng lâu trên sóng. Cố gắng đừng ngắt lời người nói, điều này không đúng; những bình luận, phản đối và bổ sung thường ở cuối bài phát biểu hiện tại.

Tại hội thảo không có bài kiểm tra về sự chuẩn bị bài (chuẩn bị là điều kiện cần) mà là mức độ thâm nhập vào bản chất của tài liệu, vấn đề đang bàn hoặc phương pháp giải quyết vấn đề. Vì vậy, cuộc trò chuyện không nên dựa vào nội dung tác phẩm đã đọc; giáo viên sẽ đặt vấn đề có vấn đề, không phải tất cả đều có thể liên quan trực tiếp đến tài liệu đã được xử lý.

Làm việc độc lập.Trong quá trình học, học sinh không chỉ phải nắm vững chương trình giảng dạy mà còn phải rèn luyện kỹ năng làm việc độc lập. Hoạt động độc lập của học sinh có vai trò quan trọng trong việc hình thành thái độ có ý thức của bản thân học sinh trong việc nắm vững kiến ​​thức lý luận và thực tiễn, tạo cho các em thói quen định hướng lao động trí tuệ. Điều rất quan trọng là học sinh không chỉ tiếp thu kiến ​​thức mà còn phải nắm vững các phương pháp tiếp thu kiến ​​thức đó.

Công việc độc lập được thực hiện với mục đích đào sâu kiến ​​thức về môn học và bao gồm:

  1. nghiên cứu từng phần của chủ đề kỷ luật;
  2. sinh viên đọc tài liệu được đề xuất và nắm vững tài liệu lý thuyết của môn học;
  3. chuẩn bị cho các lớp học thực hành;
  4. làm việc với các nguồn Internet, cơ sở dữ liệu;
  5. chuẩn bị cho các hình thức kiểm soát khác nhau;
  6. giải pháp tính toán và đồ họa;
  7. viết một bài luận về một chủ đề đã chọn.

Trình tự của tất cả các hoạt động kiểm soát được lập trong kế hoạch lịch và được mỗi sinh viên chú ý vào đầu học kỳ.

Tốt nhất là sinh viên nên lập kế hoạch thời gian cho công việc độc lập cần thiết để nghiên cứu môn học này trong toàn bộ học kỳ, đồng thời cho phép học lại thường xuyên các tài liệu đã học. Tài liệu nêu trong bài giảng phải thường xuyên được bổ sung thông tin từ các nguồn văn học được trình bày trong chương trình làm việc.

Để mở rộng kiến ​​thức về môn học, cần sử dụng tài nguyên Internet và cơ sở dữ liệu chuyên ngành: tiến hành tìm kiếm trong các hệ thống khác nhau và sử dụng tài liệu từ các trang được giáo viên giới thiệu trong các giờ giảng.

Chuẩn bị cho phiên họp.Mỗi học kỳ học kết thúc bằng các bài kiểm tra cấp chứng chỉ: một buổi kiểm tra và kiểm tra

Chuẩn bị cho kỳ thi và vượt qua các bài kiểm tra, bài thi là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình học tập của học sinh. Chuẩn bị nghiêm túc cho buổi học và vượt qua thành công tất cả các kỳ thi là nhiệm vụ của mỗi học sinh. Nên tổ chức theo cách này công việc học tậpđể trước ngày đầu tiên của khóa học, tất cả các công việc thực tế theo lịch trình của quá trình giáo dục đều được nộp và bảo vệ.

Điều chính cần chuẩn bị cho buổi học là xem lại tất cả tài liệu, khóa học hoặc môn học mà bạn cần phải vượt qua bài kiểm tra. Chỉ những người nắm vững tốt tài liệu giáo dục mới thành công.

Nếu một sinh viên học kém trong học kỳ, bỏ lỡ các bài giảng và hội thảo, không chú ý lắng nghe, không ghi chép, không nghiên cứu tài liệu được đề xuất, thì trong quá trình chuẩn bị cho buổi học, sinh viên đó sẽ không được lặp lại những gì đã quen thuộc. , nhưng một lần nữa trong thời gian ngắn nghiên cứu toàn bộ tài liệu. Và điều này thường không thể thực hiện được do thiếu thời gian. Đối với một học sinh như vậy, việc chuẩn bị cho kỳ thi sẽ khó khăn và đôi khi quá sức, và kết quả cuối cùng sẽ là bị đuổi khỏi cơ sở giáo dục.

Khi chuẩn bị cho một buổi học, toàn bộ khối lượng công việc phải được phân bổ đều trong những ngày được phân bổ để chuẩn bị và cần theo dõi từng ngày làm việc. Sẽ tốt hơn nếu bạn có thể vượt kế hoạch. Khi đó sẽ luôn có một khoảng thời gian dự trữ.

Việc giảng dạy môn học “Kiến trúc máy tính và mạng máy tính” được thực hiện có tính đến kiến ​​thức mà sinh viên đã có về triết học và xã hội học. Định hướng thực tiễn của ngành học được xác định bằng sự quen thuộc với các phương pháp lý thuyết và thực tiễn để đánh giá hiệu quả của các dự án. Các hình thức tổ chức lớp học chính nhằm mục đích tìm hiểu môn học là các bài học trên lớp. Để tổ chức cho học sinh nắm vững bài một cách hiệu quả có thể sử dụng các hình thức: thuyết giảng, thảo luận, giải toán, các hình thức trò chơi, hiện đại. công nghệ đa phương tiện và vân vân.

Hoạt động ngoại khóa được thực hiện thông qua việc tổ chức và hướng dẫn học sinh làm việc độc lập.

Để nghiên cứu sâu hơn về môn học, giáo viên cung cấp cho học sinh thông tin về khả năng sử dụng tài nguyên Internet trong các phần của môn học.

Nếu học sinh còn nợ học phí các lớp thực hành do vắng mặt, giáo viên phải giao bài tập cho học sinh theo mẫu bài tập kiểm tra về một chủ đề bài học bị bỏ lỡ.

Để kiểm soát kiến ​​thức của học sinh môn học này cần thực hiện kiểm soát hiện tại và trung cấp.

Việc giám sát hiện tại được thực hiện để xác định chất lượng tiếp thu tài liệu bài giảng. Cách hiệu quả nhất là thực hiện nó trong viết– về các câu hỏi kiểm soát, bài kiểm tra, nhiệm vụ tính toán, v.v. Việc kiểm soát được thực hiện dưới hình thức vượt qua bài kiểm tra của tất cả học sinh, không có ngoại lệ. Tài liệu khảo sát bằng văn bản của học sinh cũng bao gồm các chủ đề được gợi ý để các em tự chuẩn bị. Trong khi ôn tập nắm vững bộ môn, học sinh, được hướng dẫn theo kế hoạch lịch, thực hiện giấy kiểm tra và nhiệm vụ thực tế.

Hệ thống đánh giá hiệu suất

Hệ thống này trước hết dựa trên quyền của giáo viên trong việc xác định một cách độc lập nội dung và phương pháp của khóa học của mình và thứ hai là quyền của học sinh được lựa chọn con đường của riêng mình để đạt được kết quả mong muốn.

Nó được ngụ ý rằng công trình khoa học Học sinh là một phần không thể thiếu của quá trình giáo dục; ý nghĩa của nó không phải là tập trung vào việc nắm vững những chân lý có sẵn mà là cùng nhau tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề thực tế trong cuộc sống. Điều này quyết định phần lớn nội dung và phương pháp của quá trình học tập.

Ban đầu, bài kiểm tra đầu vào kiểm tra kiến ​​thức cơ bản của học sinh có thể được cung cấp và đây cũng có thể là thời điểm kết thúc khóa học. Như vậy, hiệu quả đào tạo được quyết định.

5. Tài liệu thiết lập nội dung và quy trình giám sát liên tục và chứng nhận trung gian.

Câu hỏi để kiểm tra

  1. Máy tính có kiến ​​trúc Von Neumann.
  2. Nguyên lý tổ chức máy tính theo kiến ​​trúc Von Neumann.
  3. Trình bày thông tin trong máy tính. Các loại thông tin.
  4. Trình bày thông tin trong máy tính. Hệ thống số.
  5. Trình bày thông tin trong máy tính. Biểu diễn số nguyên nhị phân không dấu.
  6. Trình bày thông tin trong máy tính. Biểu diễn số nguyên nhị phân có dấu.
  7. Các tính năng của phép cộng số nhị phân có dấu và không dấu dựa trên máy tính.
  8. Thực hiện các hoạt động logic. Hoạt động logic I.
  9. Thực hiện các hoạt động logic. Hoạt động logic OR.
  10. Thực hiện các hoạt động logic. Hoạt động logic NOT và mạch cổng.
  11. Bộ cộng nửa chữ số.
  12. Bộ cộng đầy đủ một bit.
  13. Bộ cộng nhiều bit.
  14. Cò súng.
  15. Tổ chức bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).
  16. RAM có thể định địa chỉ và liên kết: nguyên tắc hoạt động và đặc điểm so sánh.
  17. Các loại địa chỉ. Bộ nhớ tuyến tính, trang, đoạn.
  18. Cây rơm. Mô hình bộ nhớ phẳng và đa phân đoạn.
  19. Bộ nhớ đệm: mục đích, cấu trúc, đặc điểm chính.
  20. Bộ nhớ tĩnh. Nguyên lý ứng dụng và hoạt động. Các tính năng chính. Các loại bộ nhớ tĩnh
  21. Cấu trúc cơ bản của một máy tính.
  22. Cấu trúc cơ bản của một máy tính. CPU.
  23. Đơn vị logic số học (ALU). Cấu trúc và chức năng của ALU.
  24. Thiết bị điều khiển: mục đích và sơ đồ chức năng đơn giản.
  25. Các thanh ghi mục đích chung, thanh ghi lệnh, bộ đếm chương trình, thanh ghi cờ.
  26. Cấu trúc cơ bản của một máy tính. Tổ chức xe buýt máy tính.
  27. Cấu trúc lệnh của bộ xử lý. Phân loại lệnh. Ví dụ.
  28. Một chu trình đơn giản hóa để thực hiện các lệnh của bộ xử lý trong máy tính.
  29. Khái niệm về chu trình làm việc, chu trình làm việc.
  30. Nguyên tắc song song hóa hoạt động và thi công kết cấu đường ống.
  31. Các hệ thống lệnh và các lớp bộ xử lý: CISC, RISC, MISC, VLIM.

Câu hỏi cho kỳ thi

  1. Lịch sử phát triển của máy tính. Các thế hệ máy tính. Tổng quan về thiết bị và nguyên lý hoạt động cơ bản của máy tính.
  2. Bộ xử lý. Các nhà sản xuất chính. Lõi và đường dây. Các trường hợp. Ổ cắm và khe cắm. Bo mạch chủ.
  3. Khái niệm về chipset hệ thống. Các nhà sản xuất chính và đặc điểm. Chipset với xe buýt địa phương. Cầu. Kiến trúc trung tâm.
  4. Thiết bị bộ nhớ hệ thống. Các loại bộ nhớ và nguyên tắc hoạt động của chúng.
  5. Khái niệm về bus hệ thống ISA, MCA, EISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express (EV6, HyperTransport.)
  6. Kiến trúc của bộ điều khiển IDE và SerialATA. Các đặc điểm chính.
  7. Thiết bị ổ cứng. Địa chỉ logic và vật lý của dữ liệu.
  8. Công nghệ THÔNG MINH. Những công nghệ đầy hứa hẹn
  9. Đĩa quang học. Những công nghệ đầy hứa hẹn
  10. Phương tiện lưu trữ bên ngoài. Iomega, ZIP, JAZZ, LS-120, MO-Drive.
  11. Nguyên lý hoạt động của bộ nhớ Flash.
  12. Các phương pháp cải thiện hiệu suất hệ thống con đĩa. Các cấp độ RAID.
  13. Cổng COM, IrDa, LPT. xe buýt USB.
  14. Công nghệ ACPI và OnNow.
  15. Giao diện ATA nối tiếp.
  16. Thẻ video. Sự phát triển và kiến ​​trúc của card màn hình. RAMDAC. Các nhà sản xuất chính.
  17. Máy gia tốc 3D. Đặc điểm hiệu suất. Bộ đệm Z. Các loại lọc.
  18. Thẻ âm thanh. Các đặc điểm chính. Phương pháp và hiệu ứng tổng hợp âm thanh. Các loại card âm thanh.
  19. Công nghệ âm thanh không gian (QSound, HRTS+CC).
  20. Công nghệ âm thanh không gian Giải pháp Sensaura. Công nghệ MacroFX, ZoomFX, EnvironmentFX..
  21. Công nghệ âm thanh không gian (EAX, A3D)
  22. Màn hình. Cấu trúc của màn hình CRT. Đặc trưng. Các loại mặt nạ.
  23. Màn hình. Tiêu chuẩn bảo mật TSO và NPRII.
  24. Cấu trúc của màn hình LCD. Ma trận thụ động và chủ động. Khái niệm TFT Các loại màn hình khác (PDP, FED, LEP).
  25. Máy in: hoa cúc, ma trận điểm, máy in phun, laser, mực rắn và thăng hoa nhiệt.
  26. Card mạng. Tiêu chuẩn mạng (10baze2, 10baze5, 10bazet, FDDI). Modem. Giao thức truyền thông, nén, sửa lỗi. Công nghệ ADSL.
  27. Khái niệm petaflop Siêu máy tính. Cụm.

Sở Giáo dục, Khoa học và Chính sách Thanh niên

OGOI SPO "Trường Cao đẳng Công nghiệp Borisoglebsk"

Kiến trúc máy tính và hệ thống máy tính

Hướng dẫn dành cho sinh viên bán thời gian

Cao đẳng Công nghiệp OGOI SPO Borisoglebsk

theo chuyên ngành 2204 “Bảo trì cơ sở vật chất

công nghệ điện toán và mạng máy tính"

Borisoglebsk

Các hướng dẫn được soạn thảo phù hợp với chương trình làm việc

trong môn học "Kiến trúc hệ thống máy tính và máy tính"

chuyên ngành 2204 “Bảo trì thiết bị máy tính và mạng máy tính”

Biên soạn bởi: ___________

Được phê duyệt bởi ủy ban chu kỳ
công nghệ thông tin

Chủ tịch Ủy ban Trung ương

__________________

1. Giới thiệu

Môn học dựa trên kiến ​​thức mà sinh viên thu được về khoa học máy tính và công nghệ thông tin. Trong quá trình giảng dạy cần thể hiện mối liên hệ giữa tài liệu đang được nghiên cứu với hoạt động chuyên môn của chuyên ngành này.

Mục tiêu chính của môn học:

Học sinh nghiên cứu và nắm vững cấu trúc của máy tính cá nhân, khả năng phân tích hoạt động của các thiết bị PC bên trong và bên ngoài.

Việc giảng dạy của ngành có định hướng thực tiễn, được thực hiện gắn kết chặt chẽ với các ngành chuyên môn chung: “Hệ điều hành và môi trường”, “Kỹ thuật điện tử”, “Cơ sở cơ bản về thuật toán hóa và lập trình”, “Kỹ thuật vi mạch”.

Khi học một môn học, phải thường xuyên chú ý đến việc tuân thủ các quy định về an toàn, tầm quan trọng của việc tổ chức công việc khoa học và sự kết nối giữa nội dung đang học với các môn học khác mà học sinh đang học.

Để củng cố tài liệu lý thuyết và phát triển các kỹ năng thực tế, chương trình này cung cấp công việc thực tế và trong phòng thí nghiệm.

Trước công việc trong phòng thí nghiệm Huấn luyện an toàn là bắt buộc.

Mục đích của những hướng dẫn này là hỗ trợ sinh viên bán thời gian nghiên cứu tài liệu chương trình trong môn “Kiến trúc máy tính và hệ thống máy tính”.

Công việc học tập của sinh viên bán thời gian khi theo học một khóa học bao gồm các giai đoạn sau: nghiên cứu độc lập khóa học bằng cách sử dụng sách giáo khoa và đồ dùng dạy học được đề xuất; tham dự các lớp định hướng, tư vấn và ôn tập do giáo viên tiến hành trong các buổi thí nghiệm và kiểm tra hoặc trong thời gian chuyển tiếp; thực hiện công việc thực tế; vượt qua bài kiểm tra trong môn học.

Hình thức giáo dục chính dành cho sinh viên bán thời gian là làm việc độc lập có hệ thống trên tài liệu giáo dục.

Để củng cố kiến ​​thức lý thuyết và phát triển các kỹ năng thực hành, chương trình cung cấp 10 lớp thực hành.

Một sinh viên học hàm thụ, khi bắt đầu nghiên cứu độc lập về chủ đề này, phải làm quen chi tiết với nội dung của cuốn sổ tay này và được nó hướng dẫn trong công việc của mình.

Tên các phần và chủ đề

Các buổi đào tạo bắt buộc khi học từ xa

tối đa

độc lập

bắt buộc học toàn thời gian

Bao gồm

lớp tổng quan, định hướng

phòng thí nghiệm bận.

thực tế bận.

1. Các khối cơ bản của hệ thống máy tính.

Mục đích và nguyên tắc hoạt động của họ.

2. Trình bày dữ liệu số. Mã.

3. Cấu tạo và hoạt động của bộ xử lý

4. Bộ nhớ vi xử lý.

5. Đơn vị số học-logic

6. Bộ nhớ trong máy tính. Các loại và loại bộ nhớ. ĐẬP. Bộ nhớ đệm.

7. Bộ nhớ động.

8. Bộ nhớ tĩnh.

9. Tổ chức quá trình đầu vào - đầu ra.

10. Kết nối các thiết bị vào/ra cơ bản với PC.

11. Bộ điều khiển. Ngắt.

12. Chương trình gỡ lỗi.

13. Ưu điểm và nhược điểm của các loại hệ thống máy tính.

Tổng số theo kỷ luật

Chủ đề 1 Các khối cơ bản của hệ thống máy tính. Mục đích và nguyên tắc hoạt động của họ.

Học sinh phải

biết

Thành phần của thiết bị VT trung tâm và ngoại vi

Mục đích và cấu trúc của bộ xử lý

Các khái niệm: bộ nhớ, thanh ghi, bus

Hướng dẫn. Khi học chủ đề này, học sinh cần chú ý đến nội dung các khái niệm xác định các khối cơ bản của máy tính. Cần phải biết rõ mục đích của họ.

Câu hỏi để tự kiểm soát

Bản chất của các nguyên tắc của von Neumann

Thiết bị xử lý

Hiểu sổ đăng ký

Chủ đề 2 Trình bày dữ liệu số. Mã.

Học sinh phải

biết

Trình bày dữ liệu số;

Mã ký hiệu cơ bản.

có thể

Làm việc với các con số trong các hệ thống số khác nhau

Mã hóa dữ liệu

Phòng thí nghiệm số 1.

Hướng dẫn phương pháp. Cần chú ý đến các kiểu mã hóa dữ liệu số.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Các loại dữ liệu trong máy tính

Khái niệm về hệ thống số

Mã hóa dữ liệu

Chủ đề 3. Cấu trúc và hoạt động của bộ xử lý

Học sinh phải

biết

Định nghĩa bộ xử lý, cấu trúc của nó

Thông số kỹ thuật của bộ xử lý

Các lớp xử lý

có thể

Đặc trưng các nguyên tắc thực hiện lệnh trong bộ xử lý,

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Khái niệm về tốc độ xung nhịp của bộ xử lý

Chu kỳ hoạt động của CPU

Xác định các đặc tính chính của bộ xử lý

Chủ đề 4. Bộ nhớ vi xử lý.

Học sinh phải

biết

Mục đích và thành phần của bộ nhớ;

Mục đích của các thanh ghi bộ nhớ;

Có thể

Mô tả hoạt động của các thanh ghi mục đích chung,

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Khái niệm bộ nhớ PC

Các loại bộ nhớ máy tính

Khái niệm thanh ghi bộ nhớ

Chủ đề 5.Đơn vị logic số học (ALU)

Học sinh phải

biết

Mục đích và đặc điểm của ALU;

Thành phần của ALU;

Có thể

Thực hiện các phép tính số học

Phòng thí nghiệm số 2.

Phòng thí nghiệm số 3.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

ALU là gì

cấu trúc ALU

Thực hiện các phép tính số học trong ALU

Chủ đề 6. Bộ nhớ trong máy tính. Các loại và loại bộ nhớ. ĐẬP. Bộ nhớ đệm.

Học sinh phải

biết

Phân loại thiết bị bộ nhớ trong máy tính theo nhiều tiêu chí khác nhau;

Đặc điểm bộ nhớ cơ bản;

Loại và loại bộ nhớ

Thứ tự trao đổi thông tin giữa các loại bộ nhớ riêng lẻ.

Có thể

Xác định thứ tự trao đổi thông tin giữa các loại bộ nhớ riêng lẻ.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Xác định bộ nhớ ảo PC

Xác định bộ nhớ vật lý của PC

Phương pháp tăng trí nhớ

Chủ đề 7. Bộ nhớ động.

Học sinh phải

biết

Các loại bộ nhớ động

Đặc điểm của bộ nhớ động;

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Định nghĩa bộ nhớ động

Các loại bộ nhớ động

Chủ đề 8. Bộ nhớ tĩnh.

Học sinh phải

biết

Các loại bộ nhớ tĩnh

Các tính năng của bộ nhớ tĩnh;

Phòng thí nghiệm số 4.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Định nghĩa bộ nhớ tĩnh

Các loại bộ nhớ tĩnh

Chủ đề 9. Tổ chức quá trình đầu vào-đầu ra.

Học sinh phải

biết

Phân loại xe buýt PC;

Đặc điểm xe buýt PC;

Có thể

Định nghĩa cấu trúc logic PC có một hoặc nhiều bus;

Giao diện, bus hệ thống. Đặc điểm bus hệ thống: độ rộng bit, tần số xung nhịp, thông lượng. Xe buýt mở rộng. Xe buýt địa phương. Xe buýt ngoại vi.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Khái niệm về giao diện, bus hệ thống

Đặc điểm bus hệ thống

Các loại lốp

Chủ đề 10. Kết nối các thiết bị I/O cơ bản với PC.

Học sinh phải

biết

Phương pháp kết nối các thiết bị đầu vào/đầu ra ngoại vi của PC;

Có thể

Kết nối các thiết bị I/O cơ bản với PC.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

- Đặc điểm của thiết bị đầu vào PC

Đặc điểm của thiết bị đầu ra PC

Chủ đề 11. Bộ điều khiển. Ngắt.

Học sinh phải

biết

Định nghĩa bộ điều khiển, ngắt

Mục đích và phương pháp kết nối bộ điều khiển.

Có thể

Xác định các loại gián đoạn

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Định nghĩa bộ điều khiển, ngắt

Các loại và cách xử lý gián đoạn

Chủ đề 12. Các chương trình gỡ lỗi.

Học sinh phải

biết

Các loại chương trình gỡ lỗi

Phương pháp gỡ lỗi

Có thể

Mô tả các chương trình gỡ lỗi;

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Đặc điểm của chương trình gỡ lỗi

Định nghĩa chương trình con

Biên dịch mã nguồn thành mã máy

Chủ đề 13. Ưu điểm và nhược điểm của các loại hệ thống máy tính.

Học sinh phải

biết

Các loại hệ thống máy tính

Đặc điểm của các loại máy bay

Có thể

Xác định ưu điểm và nhược điểm của các loại máy bay khác nhau

Phòng thí nghiệm số 5.

Câu hỏi để tự kiểm soát.

Định nghĩa hệ thống máy tính

Ưu điểm và nhược điểm của các hệ thống máy tính khác nhau

3. Danh sách các lớp thực hành

Chủ đề số

Phòng thí nghiệm số bận.

Tên bài thí nghiệm

Số giờ

“Thực hiện thao tác bổ sung trong ALU”

"Thực hiện phép trừ trong ALU"

“Giới thiệu về chế độ hoạt động của bộ nhớ tĩnh”

"Kiểm tra hiệu năng máy tính"

Lựa chọn 1.

1. Khái niệm về mật mã. Các loại mã. Đặc điểm của mã.

2. Màn hình. Nguyên lý hoạt động, đặc điểm.

3. Dịch các số đã cho 123,45; 891; 587,45 sang hệ thống số nhị phân

Lựa chọn 2.

1. Mã hóa số trong máy tính. Hệ thống số. Các loại hệ thống số

2. Giao diện. Các thông số giao diện. Phương pháp mô-đun xương sống để xây dựng một máy tính.

3. Cộng các số nhị phân 1101 + 111111; + 1111101

Tùy chọn 3.

1. Bộ xử lý, chức năng của nó. Đặc điểm của bộ xử lý.

2. Khái niệm bộ điều khiển. Truy cập bộ nhớ trực tiếp.

3. Nhân số nhị phân 111*11; 101*111

Tùy chọn 4.

1. Phân loại bộ xử lý theo số lượng mạch tích hợp lớn.

2. Khái niệm về trí nhớ. Các loại bộ nhớ tùy thuộc vào khả năng ghi và ghi lại dữ liệu.

3. Chuyển số 456,78 này sang hệ số nhị phân

5. Kiểm soát kiến ​​thức.

Bài kiểm tra cuối cùng được đưa ra dưới hình thức bài kiểm tra (học kỳ 7).

Danh sách các câu hỏi mẫu cho bài thi:

1. Cơ sở lý thuyết xây dựng một máy tính. Máy Turing và máy tự động Neumann.

2. Mã hóa thông tin ký hiệu trong máy tính.

3. Biểu diễn số nhị phân, bát phân và thập lục phân

4. Thiết bị số học-logic.

5. Thực hiện các phép tính cộng trong ALU.

6. Thực hiện các phép trừ trong ALU.

7. Thực hiện các phép nhân trong ALU.

8. Thực hiện các phép chia trong ALU.

9. Cấu trúc của một máy tính cổ điển. Mục đích của các nút.

10. Ổ đĩa ROM FMD. Ổ đĩa flash.

11. Cấu trúc bộ xử lý. Mục đích của các thiết bị riêng lẻ.

12. Phân loại bộ xử lý.

13. Bộ nhớ ảo. Chiến lược tổ chức bộ nhớ ảo.

14. Hệ thống lệnh xử lý. Các lớp xử lý.

15. Thiết kế và các loại bộ nhớ động.

16. Sổ đăng ký mục đích chung.

17. Thiết bị điều khiển.

18. Bộ xử lý DNA. Bộ xử lý thần kinh.

19. Thiết kế và các loại bộ nhớ tĩnh.

20. Kiến trúc cụm.

21. Giao diện PC.

22. Tổ chức bộ nhớ chính. Bộ nhớ với lớp.

23. Giao tiếp giữa các bộ xử lý trong hệ thống cụm.

24. Bộ nhớ đệm.

25. Tổ chức hệ thống vào/ra.

1. Kiến trúc máy tính E. Tanenbaum St. Petersburg, 2003

2. Maksimov EVM Moscow, Diễn đàn 2005

3. Bách khoa toàn thư M. Guk Phần cứng máy tính IBM, St. Petersburg, 2004

1. Giới thiệu

2. Chương trình kỷ luật học thuật:

3. Danh sách các lớp thực hành

4. Bài tập kiểm tra.

5. Kiểm soát kiến ​​thức.

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ THỐNG

ghi chú bài giảng

Đặc điểm chính của máy tính. Nguyên tắc chung xây dựng máy tính hiện đại. Thông tin chung và phân loại các thiết bị bộ nhớ. Tổ chức kiến ​​trúc của một bộ xử lý máy tính. Cấu trúc lệnh máy. Các phương pháp đánh địa chỉ. Đặc điểm của kiến ​​trúc vi xử lý. Kiến trúc của bộ vi xử lý siêu vô hướng. Nguyên tắc tổ chức hệ thống gián đoạn chương trình. Phân loại hệ thống máy tính.

Nguồn /tập tin/14319/

Bài giảng 1. NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG VÀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

1.1. Đặc điểm chính của máy tính

Máy tính điện tử - một bộ công cụ kỹ thuật và phần mềm được thiết kế để tự động hóa việc chuẩn bị và giải quyết các vấn đề của người dùng.

Kết cấu - một tập hợp các phần tử và các kết nối của chúng. Có cấu trúc của các công cụ kỹ thuật, phần mềm và phần cứng-phần mềm.

Kiến trúc máy tính -Đây là hệ thống phân cấp đa cấp của phần cứng và phần mềm mà từ đó máy tính được xây dựng. Mỗi cấp độ cho phép nhiều công trình và ứng dụng. Việc triển khai cụ thể các cấp độ sẽ xác định các đặc điểm của thiết kế cấu trúc của máy tính.

Một trong những đặc tính quan trọng nhất của máy tính là khả năng hiệu suất,được đặc trưng bởi số lượng lệnh được máy tính thực hiện trong một giây. Vì các lệnh máy tính bao gồm các hoạt động khác nhau về thời lượng thực hiện và xác suất sử dụng chúng, nên việc mô tả nó bằng tốc độ trung bình của máy tính hoặc tốc độ tối đa (đối với các hoạt động “ngắn nhất” của “đăng ký để đăng ký” là hợp lý. " kiểu). Các máy tính hiện đại có đặc tính hiệu suất rất cao, được đo bằng hàng trăm triệu thao tác mỗi giây. Ví dụ, bộ vi xử lý mới nhất của Merced, do Intel và Hewlett-Packard đồng sản xuất, có hiệu suất cao nhất hơn một tỷ thao tác mỗi giây.

Khác đặc điểm quan trọng nhất Một máy tính là dung lượng của các thiết bị lưu trữ. Chỉ báo này cho phép bạn xác định bộ chương trình và dữ liệu nào có thể được đặt đồng thời vào bộ nhớ. Hiện nay, máy tính cá nhân về mặt lý thuyết có thể có dung lượng RAM là 768 MB (chipset BX). Chỉ báo này rất quan trọng để xác định gói phần mềm nào và ứng dụng của chúng có thể được xử lý đồng thời trong máy.

Độ tin cậy -đây là khả năng của máy tính, trong những điều kiện nhất định, thực hiện các chức năng cần thiết trong khoảng thời gian quy định thời gian. Ví dụ, với các ổ cứng hiện đại, thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc lên tới 500 nghìn giờ. (khoảng 60 tuổi).

Sự chính xác - khả năng phân biệt giữa các giá trị gần như bằng nhau. Độ chính xác của kết quả xử lý chủ yếu được xác định bởi dung lượng bit của máy tính, cũng như các đơn vị cấu trúc dùng để biểu diễn thông tin (byte, word, double word). Sử dụng công cụ lập trình ngôn ngữ cấp độ cao phạm vi này có thể được tăng lên nhiều lần, cho phép đạt được độ chính xác rất cao.

Sự uy tín- đặc tính của thông tin được nhận biết một cách chính xác. Độ tin cậy được đặc trưng bởi khả năng thu được kết quả không có lỗi. Mức độ tin cậy quy định được đảm bảo bởi các công cụ điều khiển phần cứng và phần mềm của chính máy tính. Các phương pháp giám sát độ tin cậy có thể thực hiện được bằng cách giải các bài toán tham chiếu và lặp lại các phép tính. Trong những trường hợp đặc biệt quan trọng, các quyết định điều khiển được thực hiện trên các máy tính khác và kết quả được so sánh.

1.2. Phân loại thiết bị điện tử

Theo truyền thống, công nghệ máy tính điện tử (ECT) được chia thành analog và kỹ thuật số. Các mẫu máy tính tương tự hiếm được sử dụng chủ yếu trong các tổ chức thiết kế và nghiên cứu như một phần của các gian hàng khác nhau để thử nghiệm các thiết bị phức tạp. Theo mục đích của chúng, chúng có thể được coi là máy tính chuyên dụng.

Thứ mà 10-15 năm trước được coi là máy tính lớn hiện đại. hiện nay là một công nghệ lạc hậu với khả năng rất khiêm tốn. Trong những điều kiện này, bất kỳ sự phân loại máy tính nào được đề xuất đều nhanh chóng trở nên lỗi thời và cần được điều chỉnh. Ví dụ, trong cách phân loại của mười năm trước, những cái tên máy tính mini, midi và micro đã được sử dụng rộng rãi, gần như không còn được sử dụng nữa.

Viện sĩ V.M. Glushkov chỉ ra rằng có ba lĩnh vực hoạt động toàn cầu của con người đòi hỏi phải sử dụng các loại máy tính khác nhau về chất lượng.

Hướng đầu tiên là truyền thống - việc sử dụng máy tính để tự động hóa các phép tính. Một đặc điểm nổi bật của hướng này là sự hiện diện của những điều tốt đẹp. cơ sở toán học, được đặt ra bởi sự phát triển của khoa học toán học và các ứng dụng của chúng. Các máy tính đầu tiên và sau đó của cấu trúc cổ điển chủ yếu được tạo ra để tự động hóa các phép tính.

Lĩnh vực ứng dụng thứ hai của máy tính liên quan đến việc sử dụng chúng trong các hệ thống điều khiển. Nó ra đời vào những năm 60, khi máy tính bắt đầu được đưa vào vòng điều khiển của các hệ thống tự động, tự động. Cơ sở toán học của lĩnh vực này đã được tạo ra trong vòng 15-20 năm tới. Việc sử dụng máy tính mới đòi hỏi phải sửa đổi cấu trúc của chúng. Máy tính được sử dụng trong quản lý không chỉ cung cấp các tính toán mà còn phải tự động hóa việc thu thập dữ liệu và phân phối kết quả xử lý.

Hướng thứ ba liên quan đến việc sử dụng máy tính để giải quyết các vấn đề về trí tuệ nhân tạo. Hãy nhớ lại rằng các nhiệm vụ trí tuệ nhân tạo không ngụ ý đạt được kết quả chính xác mà thường là kết quả trung bình theo nghĩa xác suất, thống kê. Có rất nhiều ví dụ về các vấn đề như vậy: vấn đề về robot, chứng minh định lý, dịch máy văn bản từ ngôn ngữ này sang ngôn ngữ khác, lập kế hoạch có tính đến thông tin chưa hoàn tất, đưa ra dự báo, mô hình hóa các quá trình và hiện tượng phức tạp, v.v. Hướng đi này ngày càng phát huy thế mạnh. Trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ, cơ sở dữ liệu, cơ sở tri thức và hệ thống chuyên gia đang được tạo ra và cải tiến. Để cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho hướng này, chúng tôi cần các cấu trúc máy tính mới về chất lượng với số lượng lớn máy tính (máy tính hoặc các bộ phận xử lý) cung cấp khả năng song song trong tính toán. Về cơ bản, máy tính đang nhường chỗ cho các hệ thống máy tính có độ phức tạp cao.

Một loại phương tiện công nghệ máy tính phổ biến nhất khác là bộ vi xử lý nhúng. Những tiến bộ trong vi điện tử cho phép tạo ra các thiết bị điện toán thu nhỏ, cho đến máy tính đơn chip. Những thiết bị này, có tính ứng dụng phổ biến, có thể được tích hợp vào các máy, đồ vật và hệ thống riêng lẻ. Chúng ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong thiết bị gia dụng(điện thoại, tivi, đồng hồ điện tử, nhiều lò vi sóng v.v.), trong dịch vụ đô thị (năng lượng, nhiệt, cấp nước, điều khiển giao thông, v.v.), trong sản xuất (robot, quản lý quy trình công nghệ). Dần dần chúng xâm nhập vào cuộc sống của chúng ta, làm môi trường con người ngày càng thay đổi.

Vì vậy, chúng ta có thể đề xuất cách phân loại công nghệ máy tính sau đây, dựa trên sự phân chia của chúng theo tốc độ,

Siêu máy tính để giải các bài toán tính toán quy mô lớn. để phục vụ các ngân hàng dữ liệu thông tin lớn nhất.

Máy tính lớn dành cho nhân viên các trung tâm điện toán của phòng ban, lãnh thổ và khu vực.

Máy tính cỡ trung bình dùng cho mục đích chung để quản lý các công nghệ và logic phức tạp quy trinh san xuat. Các máy tính loại này cũng có thể được sử dụng để kiểm soát việc xử lý thông tin phân tán dưới dạng máy chủ mạng.

Máy tính cá nhân và chuyên nghiệp , cho phép bạn đáp ứng nhu cầu cá nhân của người dùng. Trên cơ sở loại máy tính này, các máy trạm tự động (AWS) được xây dựng dành cho các chuyên gia ở nhiều cấp độ khác nhau.

Bộ vi xử lý nhúng tự động hóa việc điều khiển các thiết bị và cơ chế riêng lẻ.

1.3. Nguyên tắc chung để xây dựng máy tính hiện đại

Nguyên tắc cơ bản của việc xây dựng tất cả các máy tính hiện đại là điều khiển chương trình. Nó dựa trên việc biểu diễn một thuật toán để giải bất kỳ vấn đề nào dưới dạng chương trình tính toán. Tiêu chuẩn để chế tạo hầu hết các máy tính đã trở thành phương pháp được J. von Neumann mô tả vào năm 1945 khi chế tạo những mẫu máy tính đầu tiên. Bản chất của nó là như sau.

Tất cả các phép tính do thuật toán quy định để giải bài toán phải được trình bày dưới dạng chương trình gồm một chuỗi các từ-lệnh điều khiển. Mỗi lệnh chứa các hướng dẫn cho một thao tác cụ thể cần thực hiện, vị trí của các toán hạng (địa chỉ toán hạng) và một số đặc điểm dịch vụ. Toán hạng - các biến có giá trị tham gia vào các hoạt động chuyển đổi dữ liệu. Danh sách (mảng) tất cả các biến (dữ liệu đầu vào, giá trị trung gian và kết quả tính toán) là một thành phần không thể thiếu khác của bất kỳ chương trình nào.

Để truy cập các chương trình, lệnh và toán hạng, địa chỉ của chúng sẽ được sử dụng. Địa chỉ là số lượng ô nhớ máy tính dùng để lưu trữ các đối tượng. Các loại đối tượng khác nhau nằm trong bộ nhớ máy tính được xác định theo ngữ cảnh.

Một chuỗi các bit có định dạng có ý nghĩa cụ thể được gọi là cánh đồng. Ví dụ, trong mỗi lệnh chương trình có một trường mã hoạt động và một trường địa chỉ toán hạng. Liên quan đến thông tin số, các chữ số ký hiệu, một trường gồm các chữ số có nghĩa, chữ số cao và thấp được phân biệt.

Một chuỗi bao gồm một số byte nhất định được chấp nhận cho một máy tính nhất định được gọi là trong một từ.

Cơm. 1.1. Sơ đồ kết cấu Máy tính thế hệ thứ nhất và thứ hai

Bất kỳ máy tính nào cũng có thiết bị nhập thông tin (IID), với sự trợ giúp của nó, người dùng nhập các chương trình cho các nhiệm vụ đang được giải quyết và dữ liệu cho chúng vào máy tính. Thông tin đã nhập, toàn bộ hoặc một phần, trước tiên được lưu trữ trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), sau đó được chuyển sang thiết bị lưu trữ ngoài (ESD), được thiết kế để lưu trữ thông tin lâu dài, nơi nó được chuyển đổi thành tệp. Khi một tập tin được sử dụng trong quá trình tính toán, nội dung của nó sẽ được chuyển sang RAM. Sau đó thông tin chương trình được đọc từng lệnh vào thiết bị điều khiển (CU).

Thiết bị điều khiển được thiết kế để tự động thực hiện các chương trình thông qua sự phối hợp bắt buộc của tất cả các thiết bị máy tính khác. Mạch tín hiệu điều khiển được thể hiện trong hình. 1.1 có đường nét đứt. Các lệnh gọi từ RAM được thiết bị điều khiển giải mã: mã của thao tác cần thực hiện tiếp theo và địa chỉ của các toán hạng tham gia thao tác này được xác định.

Tùy thuộc vào số lượng toán hạng được sử dụng trong lệnh, các lệnh một, hai, ba, bốn địa chỉ và không có địa chỉ được phân biệt. Các lệnh Unicast cho biết vị trí của một trong hai toán hạng đang được xử lý. Toán hạng thứ hai phải được đặt trước trong đơn vị số học.

Lệnh hai địa chỉ chứa lệnh về hai toán hạng nằm trong bộ nhớ (hoặc trong thanh ghi và bộ nhớ). Sau khi lệnh được thực thi, kết quả sẽ được gửi đến một trong những địa chỉ này và toán hạng ở đó sẽ bị mất.

Trong các lệnh ba địa chỉ, thường có hai địa chỉ cho biết vị trí của toán hạng nguồn và địa chỉ thứ ba là nơi đặt kết quả.

Trong các lệnh không địa chỉ, một toán hạng thường được xử lý, toán hạng này trước và sau thao tác nằm ở một trong các thanh ghi của đơn vị logic số học (ALU). Ngoài ra, các lệnh không có địa chỉ được sử dụng để thực hiện các hoạt động dịch vụ (vô hiệu hóa sự gián đoạn, thoát khỏi chương trình con, v.v.).

Tất cả các lệnh chương trình được thực thi tuần tự, từng lệnh một, theo thứ tự chúng được ghi trong bộ nhớ máy tính (thứ tự tự nhiên của các lệnh) hoặc nếu lệnh có bốn địa chỉ (điển hình của máy tính đầu tiên), địa chỉ của máy tính tiếp theo lệnh nằm trong trường toán hạng thứ tư. Thứ tự này là điển hình cho các chương trình tuyến tính, tức là các chương trình không chứa các nhánh. Để tổ chức các nhánh, các lệnh được sử dụng vi phạm trật tự tự nhiên của các lệnh. Đặc điểm cá nhân của kết quả r (r= 0, r < 0, r > 0, v.v.) thiết bị điều khiển được sử dụng để thay đổi thứ tự thực hiện các lệnh chương trình.

ALU thực hiện các phép toán số học và logic trên dữ liệu. Phần chính của ALU là một máy vận hành, bao gồm các bộ cộng, bộ đếm, thanh ghi, bộ chuyển đổi logic, v.v. Nó được cấu hình lại mỗi lần để thực hiện thao tác tiếp theo. Kết quả của các hoạt động riêng lẻ được lưu để sử dụng tiếp theo vào một trong các thanh ghi ALU hoặc được ghi vào bộ nhớ. Kết quả thu được sau khi thực hiện toàn bộ chương trình tính toán sẽ được truyền tới thiết bị xuất thông tin (OUV). Màn hình hiển thị, máy in, máy vẽ, v.v. có thể được sử dụng làm màn hình hiển thị.

Máy tính hiện đại có hệ thống hoạt động máy khá phát triển. Ví dụ, các máy tính như IBM PC có khoảng 200 thao tác khác nhau (170 - 300 tùy thuộc vào loại bộ vi xử lý). Bất kỳ thao tác nào trong máy tính đều được thực hiện theo một chương trình vi mô cụ thể, được thực hiện trong các mạch ALU với chuỗi tín hiệu điều khiển (vi lệnh) tương ứng. Mỗi vi lệnh riêng lẻ là đơn giản nhất phép biến đổi cơ bản dữ liệu như cộng đại số, dịch chuyển, viết lại thông tin, v.v.

Ngay trong những chiếc máy tính đầu tiên, các thao tác kết hợp đã được sử dụng rộng rãi để tăng năng suất. Trong trường hợp này, các giai đoạn kế tiếp của việc thực hiện các lệnh chương trình riêng lẻ (hình thành địa chỉ toán hạng, lựa chọn toán hạng, thực hiện thao tác, gửi kết quả) được thực hiện riêng biệt. khối chức năng. Trong công việc của mình, họ đã hình thành một băng tải và hoạt động song song của họ giúp có thể xử lý các giai đoạn khác nhau của toàn bộ khối lệnh. Nguyên tắc này đã được phát triển hơn nữa trong các máy tính thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, những chiếc máy tính đầu tiên có khả năng kiểm soát tập trung rất mạnh mẽ, các tiêu chuẩn thống nhất cho các định dạng lệnh và dữ liệu cũng như cấu trúc chu trình “cứng nhắc” để thực hiện các hoạt động riêng lẻ, điều này phần lớn được giải thích. khuyết tật cơ sở phần tử được sử dụng trong chúng. Bộ điều khiển trung tâm không chỉ phục vụ các hoạt động tính toán mà còn phục vụ các hoạt động đầu vào-đầu ra, truyền dữ liệu giữa các bộ lưu trữ, v.v. Tất cả điều này giúp đơn giản hóa phần cứng máy tính ở một mức độ nào đó, nhưng cản trở đáng kể sự tăng trưởng năng suất của chúng.

Trong các máy tính thế hệ thứ ba, cấu trúc trở nên phức tạp hơn do sự tách biệt giữa các quá trình đầu vào-đầu ra thông tin và quá trình xử lý nó (Hình 1.2).

ALU liên kết chặt chẽ và các thiết bị điều khiển được gọi là CPU, g.e. một thiết bị được thiết kế để xử lý dữ liệu Trong mạch máy tính cũng xuất hiện thiết bị bổ sung, có tên: bộ xử lý đầu vào-đầu ra, thiết bị điều khiển trao đổi thông tin, kênh đầu vào-đầu ra (IOC). Họ đã trở nên phổ biến nhất liên quan đến máy tính lớn. Có xu hướng phân quyền kiểm soát và vận hành song song các thiết bị riêng lẻ. điều này giúp tăng đáng kể tốc độ của toàn bộ máy tính.

Cơm. 1.2. Sơ đồ khối của máy tính thế hệ thứ ba

Trong số các kênh đầu vào-đầu ra có kênh ghép kênh, có khả năng phục vụ một số lượng lớn các thiết bị đầu vào-đầu ra (I/O) hoạt động chậm. và các kênh chọn phục vụ các thiết bị lưu trữ ngoài (ESD) tốc độ cao ở chế độ đa kênh.

Trong máy tính cá nhân liên quan đến máy tính thế hệ thứ tư, một sự thay đổi nữa trong cấu trúc đã xảy ra (Hình 1.3). Họ kế thừa nó từ máy tính mini.

Cơm. 1.3. Sơ đồ khối của một PC

Việc kết nối tất cả các thiết bị vào một máy duy nhất được đảm bảo bằng một bus chung, bao gồm các đường truyền dữ liệu, địa chỉ, tín hiệu điều khiển và nguồn. Một hệ thống kết nối phần cứng thống nhất đã đơn giản hóa đáng kể cấu trúc, khiến nó trở nên phi tập trung hơn. Tất cả việc truyền dữ liệu qua bus được thực hiện dưới sự kiểm soát của các chương trình dịch vụ.

Lõi PC được hình thành bởi bộ xử lý và bộ nhớ chính (RAM), bao gồm RAM và bộ nhớ chỉ đọc (ROM). ROM được thiết kế để lưu trữ vĩnh viễn các chương trình thử nghiệm ban đầu của PC (POST) và tải hệ điều hành. Kết nối của tất cả các thiết bị bên ngoài (VnU), màn hình, bàn phím, bộ nhớ ngoài và các thiết bị khác được cung cấp thông qua bộ điều hợp thích hợp - bộ khớp tốc độ của thiết bị kết nối hoặc bộ điều khiển - thiết bị đặc biệt để điều khiển thiết bị ngoại vi. Bộ điều khiển trong PC đóng vai trò là kênh đầu vào-đầu ra. Là những thiết bị đặc biệt, chúng ta nên nêu bật bộ hẹn giờ - thiết bị đo thời gian và bộ điều khiển truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA) - thiết bị cung cấp quyền truy cập vào RAM, bỏ qua bộ xử lý.

Việc phân cấp xây dựng và quản lý đã đưa vào cuộc sống những yếu tố vốn là tiêu chuẩn chung cho cấu trúc của máy tính hiện đại:

tính mô đun của xây dựng, trung kế, phân cấp quản lý.

Tính mô đun của cấu trúc liên quan đến việc phân bổ trong cấu trúc máy tính của các thiết bị đủ tự động, hoàn chỉnh về chức năng và cấu trúc (bộ xử lý, mô-đun bộ nhớ, ổ cứng hoặc ổ đĩa mềm).

Thiết kế mô-đun của máy tính làm cho nó trở thành một hệ thống mở, có khả năng thích ứng và cải tiến. Các thiết bị bổ sung có thể được kết nối với máy tính, cải thiện hiệu suất kinh tế và kỹ thuật của nó. Có thể tăng sức mạnh tính toán, cải thiện cấu trúc bằng cách thay thế các thiết bị riêng lẻ bằng các thiết bị tiên tiến hơn, thay đổi và quản lý cấu hình hệ thống, điều chỉnh nó cho phù hợp với các điều kiện ứng dụng cụ thể theo yêu cầu của người dùng.

Trong các máy tính hiện đại, nguyên tắc phân cấp và hoạt động song song được mở rộng cho cả thiết bị ngoại vi và chính máy tính (bộ xử lý). Các hệ thống máy tính đã xuất hiện có chứa một số bạn-tử số(máy tính hoặc bộ xử lý) hoạt động đồng bộ và song song. Bên trong máy tính, thậm chí còn có sự phân chia chức năng rõ ràng hơn giữa các công cụ xử lý. Các bộ xử lý chuyên dụng riêng biệt đã xuất hiện, chẳng hạn như bộ đồng xử lý xử lý số dấu phẩy động, bộ xử lý ma trận, v.v.

Tất cả các loại máy tính hiện có đều được sản xuất các gia đình, trong đó người mẫu lớn tuổi và trẻ hơn được phân biệt. Luôn có khả năng thay thế một mô hình yếu hơn bằng một mô hình mạnh hơn. Điều này được đảm bảo bởi thông tin, phần cứng và khả năng tương thích phần mềm. Khả năng tương thích phần mềm trong các dòng sản phẩm được thiết lập trên cơ sở từ dưới lên, tức là. các chương trình được phát triển cho các mô hình sơ cấp và sơ cấp có thể được xử lý trên các mô hình cũ hơn, nhưng không nhất thiết phải ngược lại.

Tính mô-đun của cấu trúc máy tính đòi hỏi phải tiêu chuẩn hóa và thống nhất thiết bị, một loạt phần cứng và phần mềm, phương tiện giao diện, giải pháp thiết kế, thống nhất các thành phần thay thế tiêu chuẩn, cơ sở thành phần và tài liệu quy định và kỹ thuật. Tất cả điều này giúp cải thiện các đặc tính kỹ thuật và hoạt động của máy tính và tăng khả năng sản xuất của chúng.

Phân quyền quản lý bao gồm tổ chức phân cấp của cấu trúc máy tính.Điều khiển tập trung được thực hiện bởi thiết bị điều khiển của bộ xử lý chính hoặc trung tâm. Các mô-đun được kết nối với bộ xử lý trung tâm (bộ điều khiển và KVV) có thể sử dụng các công cụ đặc biệt lốp xe hoặc đường cao tốcđể trao đổi tín hiệu điều khiển, địa chỉ và dữ liệu. Việc khởi tạo hoạt động của các mô-đun được đảm bảo bằng lệnh từ các thiết bị trung tâm, sau đó chúng tiếp tục hoạt động theo chương trình riêng sự quản lý. Kết quả thực hiện các thao tác cần thiết được họ trình bày “lên cấp bậc” để phối hợp chính xác mọi công việc.

Hệ thống bộ nhớ máy tính được xây dựng theo nguyên tắc phân cấp. Vì vậy, theo quan điểm của người dùng, điều mong muốn là có trong máy tính ĐẬP dung lượng thông tin lớn và tốc độ cao. Tuy nhiên, cấu trúc bộ nhớ một cấp không cho phép đáp ứng đồng thời hai yêu cầu trái ngược nhau này. Do đó, bộ nhớ của máy tính hiện đại được xây dựng theo nguyên tắc kim tự tháp, đa cấp.

Bộ xử lý có thể bao gồm một thiết bị lưu trữ siêu ngẫu nhiên dung lượng nhỏ được hình thành bởi hàng chục thanh ghi với thời gian nhanh chóng truy cập (đơn vị ns). Dữ liệu được sử dụng trực tiếp trong quá trình xử lý thường được lưu trữ ở đây.

Cấp độ tiếp theo hình thành bộ nhớ đệm. Nó là một thiết bị lưu trữ đệm được thiết kế để lưu trữ các trang đang hoạt động với dung lượng hàng chục và hàng trăm kilobyte. Thời gian truy cập dữ liệu là 2-10 ns và có thể sử dụng lấy mẫu dữ liệu kết hợp. Bộ nhớ đệm, như một bộ nhớ nhanh hơn, nhằm tăng tốc độ truy xuất các lệnh chương trình và dữ liệu đã xử lý. Bản thân các chương trình của người dùng và dữ liệu cho chúng được đặt trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (dung lượng - hàng triệu từ máy, thời gian lấy mẫu 10-70 ns).

Một số chương trình máy cung cấp khả năng điều khiển tính toán tự động và được sử dụng thường xuyên nhất có thể nằm trong bộ nhớ chỉ đọc (ROM). Ở các cấp độ thấp hơn của hệ thống phân cấp có các thiết bị lưu trữ bên ngoài trên phương tiện từ tính: đĩa từ cứng và linh hoạt, băng từ, đĩa quang từ, v.v. Chúng được phân biệt bởi tốc độ thấp hơn và dung lượng rất lớn.

Tổ chức trao đổi trước luồng thông tin giữa ký ức cấp độ khác nhau với sự quản lý phi tập trung của chúng, nó cho phép chúng ta coi hệ thống phân cấp bộ nhớ như một bản tóm tắt duy nhất bộ nhớ ảo. Công việc phối hợp ở tất cả các cấp được đảm bảo dưới sự kiểm soát của chương trình hệ điều hành. Người dùng có cơ hội làm việc với bộ nhớ lớn hơn nhiều so với dung lượng của RAM.

Việc phân cấp quản lý và cấu trúc máy tính giúp có thể chuyển sang các giải pháp phức tạp hơn đa chương trình (multi-program) chế độ. Đồng thời, một số chương trình người dùng có thể được xử lý trong máy tính cùng một lúc.

Trong các máy tính có một bộ xử lý, việc xử lý đa chương trình là điều hiển nhiên. Nó liên quan đến hoạt động song song của các thiết bị riêng lẻ liên quan đến tính toán cho các tác vụ khác nhau của người dùng. Ví dụ: một máy tính có thể in ra bất kỳ tài liệu nào và nhận tin nhắn đến qua các kênh liên lạc. Trong trường hợp này, bộ xử lý có thể xử lý dữ liệu bằng chương trình thứ ba và người dùng có thể nhập dữ liệu hoặc chương trình để nhiệm vụ mới, nghe nhạc, v.v.

Trong máy tính hoặc hệ thống máy tính có nhiều bộ xử lý, công việc đa chương trình có thể sâu hơn. Điều khiển tính toán tự động liên quan đến việc tăng độ phức tạp của cấu trúc bằng cách bao gồm các hệ thống và khối tách biệt các quá trình tính toán khác nhau, loại bỏ khả năng can thiệp và lỗi lẫn nhau (hệ thống ngắt và ưu tiên, bảo vệ bộ nhớ). Chúng không có ý nghĩa độc lập trong tính toán nhưng là thành phần cần thiết của kết cấu để đảm bảo cho các tính toán này.

Như bạn có thể thấy, lịch sử nửa thế kỷ phát triển của máy tính không mang lại nhiều cấu trúc máy tính cơ bản. Tất cả các cấu trúc đã cho không vượt quá cấu trúc von Neumann cổ điển. Họ thống nhất bởi những đặc điểm truyền thống sau:

Lõi máy tính được hình thành bởi bộ xử lý - máy tính duy nhất trong cấu trúc, được bổ sung các kênh trao đổi thông tin và bộ nhớ -

Tổ chức tuyến tính các ô thuộc tất cả các loại bộ nhớ có kích thước cố định;

Địa chỉ một cấp gồm 11 ô nhớ, xóa bỏ sự khác biệt giữa mọi loại thông tin:

Nội địa ngôn ngữ máy mức độ thấp, trong đó các lệnh chứa các thao tác cơ bản để chuyển đổi các toán hạng đơn giản;

tuần tự quản lý tập trung tính toán;

Khả năng khá nguyên thủy của các thiết bị đầu vào/đầu ra.

Bất chấp tất cả những thành công đã đạt được, cấu trúc cổ điển của máy tính không mang lại khả năng tăng năng suất hơn nữa. Một cuộc khủng hoảng đã xuất hiện do một số thiếu sót đáng kể:

Các phương tiện xử lý dữ liệu phi số (cấu trúc, ký hiệu, câu, hình ảnh đồ họa, âm thanh, tập dữ liệu rất lớn, v.v.);

Hoạt động của máy không nhất quán với các toán tử ngôn ngữ cấp cao;

Tổ chức nguyên thủy của bộ nhớ máy tính;

Hiệu suất máy tính thấp khi giải các bài toán cho phép xử lý song song, v.v.

Tất cả những thiếu sót này dẫn đến sự phức tạp quá mức của gói phần mềm được sử dụng để chuẩn bị và giải quyết các vấn đề của người dùng.

Trong các máy tính của thế hệ tương lai, sử dụng “trí tuệ nhân tạo tích hợp” bên trong, cấu trúc có thể sẽ phức tạp hơn nữa. Trước hết, điều này liên quan đến việc cải thiện quá trình giao tiếp giữa người dùng và máy tính (sử dụng thông tin âm thanh, video, hệ thống đa phương tiện, v.v.), cung cấp quyền truy cập vào cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức, tổ chức tính toán song song. Không còn nghi ngờ gì nữa, điều này phải tương ứng với các cấu trúc song song mới với các nguyên tắc xây dựng mới. Ví dụ: chúng tôi chỉ ra rằng máy tính nhanh nhất của IBM hiện cung cấp tốc độ 600 MIPS (hàng triệu lệnh mỗi giây), trong khi hệ thống hypercube lớn nhất nCube cung cấp tốc độ 123,10 3 MIPS. Các tính toán cho thấy chi phí vận hành một máy trong siêu hệ thống thấp hơn khoảng một nghìn lần. Có lẽ, hệ thống tương tự Kho thông tin lớn sẽ được phục vụ.