Реферат: Ответы на билеты по экзамену ВМС и СТК в МЭСИ

Уменьшение линейных размеров микросхем и повышение уровня их интеграции заставляют проектировщиков искать средства борьбы с по­требляемой Wn и рассеиваемой Wp мощностью. При сокращении линей­ных размеров микросхем в 2 раза их объемы изменяются в 8 раз. Про­порционально этим цифрам должны меняться и значения Wn и Wp, в противном случае схемы будут перегреваться и выходить из строя. В настоящее время основой построения всех микросхем была и остается КМОП-технология (комплиментарные схемы, т.е. совместно использую­щие n- и р-переходы в транзисторах со структурой металл - окисел -полупроводник).

Известно, что W=U*I. Напряжение питания современных микросхем составляет 5 - 3V. Появились схемы с напряжением питания 2,8V, что выходит за рамки принятых стандартов. Дальнейшее понижение напряже­ния нежелательно, так как всегда в электронных схемах должно быть обеспечено необходимое соотношение сигнал-шум, гарантирующее устой­чивую работу ЭВМ.

Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряжено с вы­делением большого количества тепла. Поэтому, создавая сверхбольшие интегральные схемы, проектировщики вынуждены снижать тактовую час­тоту работы микросхем. На рис.3.18 показано, что использование максимальных частот работы возможно только в микросхемах малой и средней интеграции. Максимальная частота    доступна очень немногим материалам: кремнию Si, арсениду галлия GaAs и некоторым другим. Поэтому они чаще всего и используются в качестве подложек в микросхемах.

Таким образом, переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультра-СБИС должен сопровождаться снижением тактовой частоты работы схе­мы. Дальнейший прогресс в повышении производительности может быть обеспечен либо за счет архитектурных решений, либо за счет новых прин­ципов построения и работы микросхем. Альтернативных путей развития просматривается не очень много. Так как микросхемы СБИС не могут работать с высокой тактовой частотой, то в ЭВМ будущих поколений их целесообразно комплексировать в системы. При этом несколько СБИС должны работать параллельно, а слияние работ в системе должно обеспе­чивать сверхскоростные ИС (ССИС), которые не могут иметь высокой степени интеграции.

Большие исследования проводятся также в области использования явле­ния сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона. Ра­бота микросхем при температурах, близких к абсолютному нулю (-273°С), позволяет достигнуть максимальной частоты этом Wp=Wn=0. Очень интересны резуль­таты по использованию “теплой сверхпроводимости”. Оказывается, что для некоторых материалов, в частности для солей бария,+кремний явление сверхпроводи­мости наступает уже при температурах около -150°С. Высказывались сооб­ражения, что могут быть получены материалы, имеющие сверхпроводимость при температурах, близких к комнатной. С уверенностью можно сказать, что появление таких элементов знаменовало бы революцию в развитии средств вычислительной техники новых поколений.

В качестве еще одного из альтернативных путей развития элементной базы ЭВМ будущих поколений следует рассматривать и бимолекулярную технологию. В настоящее время имеются опыты по синтезу молекул на основе их стереохимического генетического кода, способных менять ори­ентацию и реагировать на ток, на свет и т.п. Однако построение из них биологических микромашин еще находится на стадии экспериментов. Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время возможности микроэлектроники еще не исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Основой для ЭВМ будущих поколений будут  БИС и СБИС совместно с ССИС (Сверхскоростные ИС). При этом структуры ЭВМ и ВС будут широко использовать параллельную работу микропроцессоров

№7. Память ЭВМ. Иерархическое построение памяти ЭВМ.

Память любой ЭВМ состоит из нескольких видов памяти (оперативная, постоянная и внешняя - различные накопители). Память является одним из важнейших ресурсов. Поэтому операционная система управляет процессами  выделения объемов памяти для размещения информации пользователей. В любых ЭВМ память строится по иерархическому принципу. Это обуславливается следующим:

   Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором

соответствующих операций. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).

 Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти. Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.

 С точки зрения пользователей желательно было бы иметь в ЭВМ единую сверх большую память большой производительности, однако емкость памяти и время обращения связаны между собой (чем больше объем тем больше время обращения к ней).

Для упрощения все пересылки информации осуществляется не по вертикали, а через оперативную память. Кое-какие процедуры планирования теперь осуществляются компиляторами языков высокого уровня.

№8. Обобщенная структура Запоминающих устройств. Принцип работы

(Типовая структура запоминающего устройства.)

Любое запоминающее устройство может работать в двух режимах:

1. режим записи

2. режим чтения

Режим записи :

По команде записи РА (регистр адреса) принимает адрес ячейки , в которой будет существовать запись, а РИ принимает те данные, которые подлежат хранению. Дешифратор адреса (ДА) расшифровывает адрес и выбирает определенную линию записи.

Режим чтения:

Меняет режим движения информации. Адрес рассматривается точно также, как и при записи. Та шина, которая будет выбрана считывает информацию на РИ. Если считывание переноситься со стиранием эталона, то возникает дополнительный такт, т.е. последующей перезаписи в этот адрес.

 В современных ПЭВМ используются емкие ЗУ, которые требуют периодического восстановления информации.

№9 Системы адресации в современных ЭВМ.

Существует несколько типов адресации

-      прямая

-      непосредственная

-      косвенная

-      относительная

 Прямая адресация:

Aисполнительный=Aчасти команд.

Сл. 0100, 0200,à0250

Достаточно проста, но имеет существенные недостатки.

1.     Для выполнения каждой команды необходимы дополнительные обращения по адресу каждого операнда.

2.     Длина каждой команды, а следовательно длина всей программы и емкость памяти под хранение программы зависит от емкости оперативной памяти.

rразрядность адреса= Log2En          код

                              10 -------1кб      0100

                              20--------1Мб    0200

                                                         0250

Прямая адресация очень неэффективна при больших размерах памяти. По этому в настоящее время прямая адресация используется только в памяти небольшого размера (сверхоперативной, КЭШ I уровня).

  Непосредственная адресация :

Частный вид адресации в современных ЭВМ . ИЗ всех команд ЭВМ только небольшая часть команд допускает непосредственную адресацию

 Непосредственная адресация предполагает запись в адресных частях команды значений аргументов. Учитывая ограниченную длину адресной части команды можно записывать только малоразрдные значения операндов. Т.е. определенные const вычислительного процесса : число сдвига разрядов.

Основной недостаток - малая разрядность используемых операндов.

 Преимущество - для выполнения каждой команды необходимо только одно обращение к оперативной памяти для выборки самой команды.

 Относительная адресация:

Самый употребляемый метод. В ПЭВМ эта адресация называется сегментно-страничной

 В относительной адресации есть две (три) части адреса: постоянная часть адреса находится на одном или нескольких регистрах сверхоперативной памяти

За счет усложнения алгоритмов формирования адресов обеспечивается преимущества:

Сокращение длины команд, длины программы, всей емкости памяти.

1) вместо полного адреса операнда в команде содержится лишь малоразрядное смещение адресов.

2) Относительная адресация дает переместимость программы. Не требуется загрузочный модуль программы настраивать по месту размещения самой программы

Настройка программы обеспечивается загрузкой базового адреса. Это свойство можно распространить на сложные программные структуры. Относительная адресация позволяет сделать команды с переменными весами.

 Косвенная адресация :

Является дальнейшим развитием относительной адресации.

Адресная часть команды может содержать любой из из предыдущих типов адресов. Прочитав содержимое внутреннего адреса мы формируем исполнительный адрес операнда.

  Положительные стороны :

-      позволяет формировать адрес сколь угодно большой оперативной памяти

-      Используя исполнительный адрес как операнд можно складывать и вычитать адреса.

Недостатки:

 Дополнительное обращение к оперативной памяти за окончательным адресом операнда.

№10. Особенности построения памяти ЭВМ.

   Память ЭВМ строиться достаточно своеобразно, благодаря эволюционному развитию этих вычилительных машин. Первоночально эти машины имели очень малую память 64кб, 840кб,1мб и т.д

 Считается что основной памятью с адреса 00000 да 10000 это 640 кб.

   Первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM РС-совместимых компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы для системного использования и носят название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резервируется под размещение системной ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System), под видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.

   Постоянно распределяемая память(дырявая) с адресами (А0000 – F0000).

    Нумерация адресов - единая, сквозная. До 386 микропроцессора считалось, что Еоп под ДОС 64кб.

Все что выше 1 Мб - расширенная память, на адресацию машины не были расчитаны.

  Расширенная память (extended) располагается выше области адресов 1Мбайт. Для работы с расширенной памятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно.

№11 Режимы работы  ЭВМ и ВС. Однопрограммные режимы работы.

Каждое задание состоит из 3 фаз : ввод, решение, вывод.

Режим непосредственного доступа:

 предполагает монопольное владение пользователя чсеми ресурсами системы. Отличается очень низким КПД. Загрузка процессора 1-3%. Однако он является основным для ПЭВМ, поскольку критерием работы ЭВМ является максимальные удобства пользователя, а не загрузка оборудования.

Режим работы -это особенности планирования и распределения основных ресурсов системы.

Режим работы с косвенным доступом:

Высокая эффективность непосредственного доступа заставила искать пути более полной загрузки дорогих ресурсов ЭВМ.

КПД<=30%

Полностью ликвидировать простой процессора не удается. Наиболее серьезный недостаток обнаруживается при монополизации ресурсов "очень длинными"  заданиями в ущерб коротким.

 Этот режим имеет название пакетной обработки

№12 Режимы работы ЭВМ и ВС. Пакетная обработка. Принцип многопрограммного управления.

    Получили распространение в дорогих больших машинах. Последнее время стали использоваться и в ПЭВМ. Основой всех многопрограммных режимов является классическая пакетная обработка. Выбор режима работы должен сопровождаться анализом цели и задач, решаемых вычислительным центром. Только та к можно обеспечить максимальную эффективность вычислит. системы.

     При равенстве общего объема работ имеем резкое различие в характеристиках режимов.

 Классическая пакетная обработка является дальнейшим развитием режима с косвенным доступом. Предполагает болеее полную загрузку дорогого ресурса, т.к. ликвидируются простои во время выполнения отдельных задач, т.к. процессор сразу переключается на обработку следующей задачи в очереди. При этом решении формируются пакеты задач, упорядоченные в соответствии с их приоритетностью.

 Процессор начинает  обработку с самого приоритетного здания. Если обработка не может быть продолжена, то ресурсы системы переключаются на следующее по приоритетности задание. Но как только условие, препятствующие продолжению прерванной задачи отпадет, система вновь возвращает управление наиболее приоритетной задаче. Прерывания могут накладываться друг на друга. Максимальное кол-во положенных прерываний называется глубиной прерываний и не превышает 7.

 Реализация классического мультипрограмиров. Требует соблюдения условий :

1.     Независимость подготовки ( каждый пользователь не должен предполагать работы других пользователей. Это требование удовлетворяется развитыми средствами языков программирования.

2.      Разделение ресурсов в пространстве и времени. Это условие обеспечивает аппаратными средствами операционных систем.

3.     Автоматическое управление вычислениями

  Классическая пакетная обработка не учитывает интересов пользователя в качестве сокращения времени ожидания и получения результатов. Обычно в системе формируется несколько приоритетных очередей (до 16), в каждой из которых задания сортируются в соответствии с приоритетом. За назначение приоритета отвечает администрация вычислительного центра, поскольку она отвечает за цели вычисления.

№13 Режимы работы ЭВМ и ВС. Многопрограммные режимы работы: режим разделения времени, режим реального времени.

Режим разделения времени:

является более развитой формой многопрог­раммной работы ЭВМ. В этом режиме, обычно совмещенном с фоновым ре­жимом классического мультипрограммирования, отдельные наиболее при­оритетные программы пользователей выделяются в одну или несколько групп. Для каждой такой группы устанавливается круговое циклическое обслужи­вание, при котором каждая программа группы периодически получает для обслуживания достаточно короткий интервал времени - время кванта-rкв (см рис)

После завершения очередного цикла процесс выделения квантов повто­ряется. Это создает у пользователей впечатление кажущейся одновременнос­ти выполнения их программ. Если пользователю к тому же предоставляются средства прямого доступа для вывода результатов решения, то это впечатле­ние еще более усиливается, так как результаты выдаются в ходе вычислений по программе, не ожидая завершения обслуживания всех программ группы или пакета в целом.

Условием прерывания текущей программы является либо истечение вы­деленного кванта времени, либо естественное завершение (окончание) реше­ния, либо прерывание по вводу-выводу, как при классическом мультипрог­раммировании. Для реализации режима разделения времени необходимо, чтобы ЭВМ имела в своем составе развитую систему измерения времени:

интервальный таймер, таймер процессора, электронные часы и т.д. Это позволяет формировать группы программ с постоянным или переменным кван­та времени - rкв. Разделение времени находит широкое применение при об­служивании ЭВМ сети абонентских пунктов

Режим реального времени:

Является более сложной формой разделения. Этот режим имеет специфические особенности:

• поток заявок от абонентов носит, как правило, случайный, непредска­зуемый характер;

•    потери поступающих на вход ЭВМ заявок и данных к   ним не допуска­ются, поскольку их не всегда можно восстановить;

• время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также время выдачи результатов i-и задачи должны удовлетворять жестким ограничениям вида

                  (1)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7