Вычислительные машины, системы и сети
Вычислительные машины, системы и сети: учебное пособие / сост.
Ф. В. Филиппов — СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008. — 197 с.
Рассматриваются принципы построения современных вычислительных машин (ВМ) и систем, архитектура составляющих компонент и система команд центральных и специализированных процессоров, язык ассемблера, особенности организации сетей различного назначения.
220201.65 — Управление и информатика в технических системах
Направления подготовки бакалавра
220200.62 — Автоматизация и управление
Оглавление
Раздел 1. Центральный процессор 6
1.1. Архитектура центрального процессора 6
1.2. Организация памяти и способы адресации 11
1.3. Общая характеристика системы команд 19
1.4. Команды пересылки данных 20
1.5. Арифметические команды 22
1.6. Сдвиги и логические команды 25
1.7. Команды обработки строк данных 26
1.8. Команды передачи управления 28
1.9. Команды управления процессором 32
Раздел 2. Арифметический процессор 36
2.1. Архитектура арифметического процессора 36
2.2. Программная модель арифметического процессора 40
2.3. Система команд арифметического процессора 46
Раздел 3. Эволюция характеристик ЦП 57
3.1. Архитектура ЦП Pentium 57
3.2. Программная модель ЦП Pentium 61
3.3. Система команд ММХ-расширения 63
3.4. Система команд SSE-расширения 68
Раздел 4. Системные устройства ВМ 77
4.1. Программируемый контроллер прерываний 77
4.2. Программируемый контроллер ПДП 82
Раздел 5. Защищенный режим работы ВМ 93
5.1. Максимальный режим работы ЦП 93
5.2. Дескрипторы и шлюзы 98
Раздел 6. Язык ассемблера 104
6.1. Программирование на языке ассемблера 104
6.2. Директивы языка ассемблера ASM-86 107
6.3. Использование регистров Pentium 110
6.4. Директивы языка ассемблера ASM-89 112
6.5. Модели программ, компиляция и отладка 115
Раздел 7. Специфика вычислительных систем 118
7.1. Мультипроцессорные системы 118
7.2. Управление процессами 124
7.3. Семафорные операции 129
7.4. Разделение общих процедур 131
7.5. Управление памятью 134
Раздел 8. Специализированные процессоры и ВМ 138
8.1. Процессор ввода-вывода 138
8.2. Программная модель процессора ввода-вывода 141
8.3. Система команд процессора ввода-вывода 149
8.4. Процессор операционной системы 157
Раздел 9. Назначение и топология сетей 162
9.1. Особенности и назначение сетей различных типов 162
9.2. Кодирование информации 166
9.3. Назначение и структура пакетов 168
9.4. Методы управления обменом 171
Раздел 10. Практическая реализация сетей 181
10.1. Адресация в сетях 181
10.2. Основные службы Internet 183
10.3. Особенности web-дизайна 186
10.4. Особенности и тенденции развития Internet 189
Курс лекций «Вычислительные машины, системы и сети»
Персональный компьютер (ПК, PC – Personal Computer) — устройство для программируемой обработки данных. PC позволяет проводить без участия человека сложные последовательности вычислительных операций.
Обычно персональные компьютеры состоят из устройств:
— системный блок (для размещения основных элементов компьютера)
— клавиатура (для ввода символов в компьютер)
— монитор (для отображения текстовой и графической информации)
Описание составных частей PC мы начинаем с конструктивного элемента, не являющегося необходимым для функционирования вычислительной системы, т. е. корпуса (системный блок), однако это первое, что бросается в глаза. Корпус PC является не только «упаковочным ящиком», но и функциональным элементом, защищающим комплектующие PC от внешнего воздействия, и служит основой для последующего расширения системы.
Известно, что можно совершенствовать PC путем добавления в него новых или замены старых комплектующих. Поэтому при выборе корпуса рекомендуется руководствоваться не только эстетическими критериями, но и принимать во внимание его функциональные возможности.
Хотя из частей компьютера корпус выглядит наименее эффектно, в нем располагаются все основные узлы компьютера
— Электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т. д.)
— Блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера
— Накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемых для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты)
— Накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер)
— Через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обычно на задней стенке корпуса к компьютеру можно подключить различные устройства.
Подключение этих устройств выполняется с помощью специальных проводов (кабелей). Для защиты от ошибок разъемы для вставки этих кабелей сделаны разными, так что кабель просто не воткнется в неподходящее гнездо.
Корпус состоит из двух изогнутых в форме буквы П жестяных или стальных листов, вставленных в друг друга. На одном из листов крепится материнская плата а другой лист является крышкой.
Обычно на передней панели корпуса размещаются несколько кнопок (кнопка включения питания и кнопка Reset — сброс для перезапуска PC) и светодиодных индикаторов (LED — Light Emiting Diod) для индикации включения питания и работы винчестера. Иногда встречаются цифровые индикаторы частоты процессора.
Внутри на фронтальной панели корпуса расположен динамик (PC Speaker), который является стандартным средством подачи акустических сигналов.
Вместе с корпусом вы приобретаете блок питания. Размер блока питания определяется конструкцией корпуса. Существует множество модификаций блоков питания разного типа. Все они различаются выходными мощностями.
Slimline — (тонкий) – по своему строению принадлежит к компактным корпусам. Они незаменимы там, где дорог каждый сантиметр рабочего стола. В таком корпусе использовано фактически все внутреннее пространство. И хотя конструкция корпуса экономит место, при необходимости замены составного элемента приходиться разбирать практически весь системный блок.
Desktop — (письменный стол) – до недавнего времени наиболее часто применяемый корпус. Самый большой недостаток – они занимаю много места на рабочем столе. Как правило ширина таких корпусов около 45 см. а высота – около 20 см.
Tower — (башня) – значительно экономит место на рабочем столе. Грубо говоря, это Desktop поставленный набок. Существует несколько модификаций таких корпусов отличающихся друг от друга по высоте: Mini-Tower (около 40 см. в высоту), Midi-Tower (около 50 см.), Big-Tower (около 60 см.).
Корпус типа АТХ — В июле 1995 г. корпорацией Intel была предложена новая спецификация на конструкцию корпуса PC (и материнской платы). В настоящее время эта спецификация принята всеми ведущими производителями PC. Появление спецификации АТХ обусловлено, с одной стороны, повышением требований к скорости работы процессора и, соответственно, теплорежиму внутри корпуса, а также увеличению количества микросхем на материнской плате (появление систем all-in-one, то есть когда на материнской карте интегрированы видео и звуковые карты, контроллеры приводов и др.). С другой стороны, появились требования более удобного и простого доступа к внутренним элементам PC. Если вы открывали крышку корпуса PC и устанавливали новые компоненты (карты расширения, винчестер и др.), то наверняка столкнулись с массой неудобств: кабели периферийных устройств перекрывают доступ к модулям памяти, CPU блокирует возможность установки полноразмерных карт в слоты расширения и пр.
Согласно стандарту АТХ материнская плата развернута на 90°, вследствие чего все слоты расширения становятся пригодными для использования полноразмерных плат, a CPU оказывается под блоком питания, и вентилятор блока питания дополнительно обдувает процессор.
Внешне корпус АТХ похож на корпус типа Desktop и Tower, однако:
— Корпус АТХ оборудован новым блоком питания, отличающимся от своих предшественников размерами, конструкцией и наличием нового разъема для подключения к материнской плате
— Все слоты расширения поддерживают полноразмерные платы
— Наличие интегрированных портов уменьшает количество кабелей и проводов внутри корпуса, что облегчает доступ к компонентам материнской платы
— Все порты ввода/вывода располагаются на одной стороне материнской платы в один ряд и выходят на заднюю стенку корпуса (здесь же могут размещаться видео, аудио и игровой порт)
— Разъемы интерфейсов дисководов и винчестеров расположены рядом с посадочными местами для 3,5″ приводов, следовательно, можно использовать более короткие кабели
В настоящее время появилось большое количество ATX-корпусов типа Desktop, Mini-Tower, Tower.