Вычислительные машины сети и системы реферат
Обновлено: 06.07.2024
К 65 Учебное пособие содержит актуальную информацию об архитектуре современных вычислительных систем: принципах построения и функционирования вычислительных машин, вычислительных систем параллельной обработки и микроконтроллеров, компьютерных сетей, а также современном состоянии и перспективах развития данной отрасли компьютерной индустрии.
Рассматриваются основные понятия вычислительных машин, систем и сетей; принципы построения и функционирования вычислительных машин, систем и сетей и их компонентов.
1. Основные понятия вычислительной 7
техники и принципы организации 7
вычислительных систем 7
1.1. Основные понятия и определения 7
1.2. Принципы организации вычислительных машин и систем 10
1.3. Основные характеристики вычислительных машин и 15
1.4. Многоуровневая организация вычислительных процессов 17
Вопросы для самопроверки 19
2. Простейшие типовые элементы 21
вычислительных машин 21
2.1. Комбинационные схемы 22
2.2. Автоматы с памятью 26
2.4. Проблемы и перспективы развития элементной базы 30
вычислительных машин 30
Вопросы для самопроверки 35
3. Функциональные узлы комбинационного и 36
последовательного типов 36
3.1. Функциональные узлы последовательного типа 36
3.1. Функциональные узлы комбинационного типа 40
Вопросы для самопроверки 45
4. Функциональная организация процессора 47
4.1. Основные характеристики и классификация процессоров 47
4.2. Физическая и функциональная структура процессора 51
4.3. Архитектурные принципы организации 57
4.4. Производительность процессоров и архитектурные 60
способы её повышения 60
Вопросы для самопроверки 65
5. Организация работы процессора 66
5.1 Классификация и структура команд процессора 66
5.2. Способы адресации данных и команд 69
5.3. Поток управления и механизм прерываний 77
Вопросы для самопроверки 85
6 Современное состояние и тенденции 87
развития процессоров 87
6.1. Архитектурные особенности процессоров Pentium 87
6.2. Программная модель процессоров Pentium 90
6.3. Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium 92
6.4. Аппаратные средства поддержки многозадачности 97
6.5. Перспективы развития процессоров 99
Вопросы для самопроверки 100
7. Память. Организация памяти 102
7.1. Иерархическая организация памяти 102
7.2. Классификация запоминающих устройств 103
7.3. Структура основной памяти 107
7.4. Память с последовательным доступом 109
7.5. Ассоциативная память 112
7.6. Организация флэш-памяти 114
7.7. Архитектурные способы повышения скорости обмена между процессором и памятью 117
Вопросы для самопроверки 121
8. Управление памятью. Виртуальная память 123
8.1. Динамическое распределение памяти 123
8.2. Сегментная организация памяти 125
8.3. Страничная организация памяти 128
8.4. Сегментно-страничная организация памяти 131
Вопросы для самопроверки 132
9. Организация ввода-вывода информации. Системная шина 133
9.1. Организация шин. Системная шина 133
9.2 Организация взаимодействия между периферийными устройствами и процессором и памятью вычислительных машин 144
9.3. Внешние интерфейсы вычислительных машин 147
Вопросы для самопроверки 153
МОДУЛЬ 2. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 154
10. Вычислительные системы параллельной обработки. Многопроцессорные и многоядерные системы 154
10.1. Параллельная обработка информации 155
10.2. Классификация систем параллельной обработки данных 157
10.3. Вычислительные системы на кристалле. Многоядерные системы 165
10.4. Тенденции развития ВС 170
Вопросы для самопроверки 171
11. Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем 172
11.1. Общие сведения о системах управления 172
11.2. Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем 174
11.3. Области применения и тенденции развития МК 179
Вопросы для самопроверки 180
МОДУЛЬ 3. ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ 181
12. Организация компьютерных сетей 181
12.1. Обобщённая структура компьютерных сетей 181
12.2. Классификация компьютерных сетей 183
Вопросы для самопроверки 188
13. Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 189
открытых систем 189
13.2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 191
13.3. Структура блоков информации 192
Вопросы для самопроверки 197
Вычислительные системы в своем развитии достигли высокого уровня совершенства. Они компактны, обладают большой скоростью выполнения заданий и достаточно просты в обращении. Все эти качества привели к их широкому использованию. Для полного учета всех преимуществ и ограничений, характеризующих процесс решения задачи с помощью вычислительных систем, необходимо знание принципов построения и функционирования как вычислительных систем в целом, так и отдельных их устройств. Для эффективного применения вычислительных машин также необходимо понимание возможностей и знание внутренней структуры современных персональных компьютеров. Основы организации архитектуры вычислительных систем необходимы для знания многих дисциплин.
Учебное пособие содержит актуальную информацию об архитектуре современных вычислительных систем: принципах построения и функционирования вычислительных машин, вычислительных систем параллельной обработки и микроконтроллеров, компьютерных сетей, а также современном состоянии и перспективах развития данной отрасли компьютерной индустрии.
В учебном пособии рассматриваются основные понятия вычислительных машин, систем и сетей; принципы построения и функционирования вычислительных машин, систем и сетей и их компонентов.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ.
Запоминающие устройства классифицируют:
1. По типу запоминающих элементов (полупроводниковые, магнитные, конденсаторные, оптоэлектронные, голографические, криоген-
2. По функциональному назначению (оперативные (ОЗУ), буферные
(БЗУ), сверхоперативные (СОЗУ), внешние (ВЗУ), постоянные (ПЗУ)).
3. По способу организации обращения (с последовательным поис-
ком, с прямым доступом, адресные, ассоциативные, стековые, мага-
4. По характеру считывания (с разрушением или без разрушения
5. По способу хранения (статические или динамические).
6. По способу организации (однокоординатные, двухкоординатные,
ПАМЯТЬ ЭВМ - совокупность всех запоминающих устройств, вхо-
дящих в состав ЭВМ. Обычно в состав ЭВМ входит несколько различ-
Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значи-
тельной степени определяются составом и характеристиками ее ЗУ.
Основными операциями в памяти в общем случае являются зане-
сение информации в память - запись и выборка информации из памя-
ти - считывание. Обе эти операции называются обращением к памяти
или, подробнее, обращением при считывании и обращением при запи-
При обращении к памяти производится считывание или запись
некоторой единицы данных - различной для устройств разного типа.
Такой единицей может быть бит, байт, машинное слово или блок дан-
Важнейшими характеристиками отдельных устройств памяти явля-
ются емкость памяти, удельная емкость, быстродействие.
ЕМКОСТЬ ПАМЯТИ определяется максимальным количеством данных,
которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в двоичных еди-
ницах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах.
УДЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ есть отношение емкости ЗУ к его физическому
БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ПАМЯТИ определяется продолжительностью опера-
ций обращения, т.е. временем, затрачиваемым на поиск единицы
информации в памяти и на ее считывание, или временем на поиск
места в памяти, предназначенного для хранения данной единицы ин-
формации, и на ее запись.
В некоторых устройствах памяти считывание информации сопро-
вождается ее разрушением (стиранием). В таком случае цикл обраще-
ния должен содержать операцию восстановления (регенерации) счи-
танной информации на прежнем месте в памяти.
Таким образом, продолжительность обращения к памяти при счи-
t 4обр_с 0 = t 4дост_с 0 + t 4счит 0 + t 4рег 0,
где t 4дост_с 0 - промежуток времени между моментом начала операции
считывания и моментом, когда становится возможным доступ к данной
единице информации; t 4счит 0 - продолжительность самого физического
процесса считывания; t 4рег 0 - время, затрачиваемое на регенерацию
информации (равно нулю для ЗУ, которым регенерация не требуется).
Продолжительность обращения при записи
t 4обр_з 0 = t 4дост_з 0 + t 4подг 0 + t 4зап 0,
где t 4дост_з 0 - промежуток времени между моментом начала операции
записи и моментом, когда становится возможным доступ к запоминаю-
щим элементам; t 4подг 0 - время подготовки, расходуемое на приведе-
ние в исходное состояние запоминающих элементов для записи
заданной единицы информации; t 4зап 0 - время занесения информации.
В качестве продолжительности цикла обращения к памяти прини-
t 4обр 0 = max(t 4обр_с 0,t 4обр_з 0).
Принято разделять все запоминающие устройства на два основ-
ных типа: оперативные и внешние. Основным критерием для такого
разделения служит скорость доступа к информации.
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) - запоминающее
устройство, предназначенное для информации, непосредственно
участвующей в процессе выполнения операций, выполняемых процессо-
ром. ОЗУ должно обеспечивать поступление новой информации в
процессор с той же скоростью, с какой он ее обрабатывает.
ВЗУ (внешнее запоминающее устройство) - запоминающее устрой-
ство, предназначенное для длительного хранения массивов информа-
ции и обмена ими с ОЗУ. Обычно строятся на базе магнитных носи-
телей информации. Само название этого класса устройств имеет
исторический характер и произошло от больших ЭВМ, в которых все
ВЗУ, как более медленные и громоздкие, размещались в собственном
корпусе, а не в корпусе основного модуля.
Внутренняя память ЭВМ организуется как взаимосвязанная сово-
купность нескольких типов ЗУ. В ее состав, кроме ОЗУ, могут
входить следующие типы ЗУ:
ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ПЗУ) - запоминающее уст-
ройство, из которого может производиться только выдача хранящейся
в нем информации. Занесение информации в ПЗУ производится при его
ПОЛУПОСТОЯННОЕ (ПРОГРАММИРУЕМОЕ) ЗУ (ППЗУ) - ЗУ, в котором
информация может обновляться с помощью специальной аппаратуры пе-
ред режимом автоматической работы ЭВМ. Если возможно многократное
обновление информации, то иногда такое ППЗУ называют репрограмми-
БУФЕРНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (БЗУ) - запоминающее уст-
ройство, предназначенное для промежуточного хранения информации
при обмене данными между устройствами ЭВМ, работающими с различ-
ными скоростями. Конструктивно оно может быть частью любого из
Местная память (cверхоперативное ЗУ, СОЗУ) - буферное запо-
минающее устройство, включаемое между ОЗУ и процессором или
каналами. Различают местную память процессора и местную память
СТЕК (магазин) - специально организованоое ОЗУ, блок хране-
ния которого состоит из регистров, соединенных друг с другом в
цепочку, по которой их содержимое при обращении к ЗУ передается
(сдвигается) в прямом или обратном направлении.
Кеш-память - разновидность стека, в котором хранятся копии
некоторых команд из ОЗУ.
ВИДЕОПАМЯТЬ - область ОЗУ ЭВМ, в которой размещены данные,
видимые на экране дисплея.
АДРЕСНАЯ, АССОЦИАТИВНАЯ И СТЕКОВАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
Запоминающее устройство, как правило, содержит множество
одинаковых запоминающих элементов, образующих запоминающий мас-
сив. Массив разделен на отдельные ячейки; каждая из них предназ-
начена для хранения двоичного кода, число разрядов в котором
определяется шириной выборки памяти (байт, машинное слово или
несколько слов). Способ организации памяти зависит от методов
размещения и поиска информации в запоминающем массиве. По этому
признаку различают адресную, ассоциативную и стековую память.
При адресной организации памяти размещение и поиск информа-
ции в запоминающем массиве основаны на использовании адреса
хранения слова. Адресом служит номер ячейки массива, в которой
это слово размещается.
При записи (или считывании) слова в запоминающий массив
инициирующая эту операцию команда должна указывать адрес, по
которому производится запись (считывание).
¦ 0 n-1 ¦ ¦ РгА ¦=====> ¦ ¦ . ЗМ ¦ ¦ -->¦ РгИ ¦
ПрРгА ^ Выборка ^ ^ ¦ ¦¦ ¦ V
Опе- ¦ БУП ¦ ПрШИВых ¦ ¦ ¦
Типичная структура адресной памяти содержит запоминающий
массив из N n-разрядных ячеек (обычно n равно 1, 4, 8 или 16) и
его аппаратурное обрамление, включающее регистр адреса РгА,
имеющий k разрядов (k больше или равно логарифму по основанию 2
от N), информационный регистр РгИ, блок адресной выборки БАВ,
блок усилителей считывания БУС, блок разрядных усилителей-форми-
рователей сигналов записи БУЗ и блок управления памятью БУП.
По коду адреса в регистре адреса блок адресной выборки
формирует в соответствующей ячейке памяти сигналы, позволяющие
произвести считывание или запись слова в ячейку.
Цикл обращения к памяти инициируется поступлением в блок
управления памятью сигнала "Обращение". Общая часть цикла обраще-
ния включает в себя:
1) прием в регистр адреса с шины адреса ША адреса обращения;
2) прием блоком управления и расшифровку управляющего сигнала
"Операция", указывающего вид операции (считывание или запись).
Далее, при считывании:
3) блок адресной выборки дешифрирует адрес и посылает сигналы
считывания в заданную ячейку, при этом код записанного в ячейке
слова считывается усилителями считывания и передается в информа-
ционный регистр РгИ;
4) в памяти с разрушающим считыванием (при считывании все запо-
минающие ячейки устанавливаются в нулевое состояние) производится
регенерация информации в ячейке путем записи в нее из информаци-
онного регистра РгИ считанного ранее слова;
5) считанное слово выдается из информационного регистра на
выходную информационную шину ШИВых.
3) производится прием записываемого слова с выходной информаци-
онной шины ШИВх в информационный регистр;
4) блок адресной выборки производит выборку и очистку ячейки,
заданной в регистре адреса (в памяти с разрушающим считыванием
для этого производится считывание без записи в информационный
5) в выбранную ячейку записывается слово из информационного
Блок управления БУП генерирует необходимые последователь-
ности управляющих сигналов, инициирующих работу отдельных узлов
В памяти этого типа поиск нужной информации производится не
по адресу, а по ее содержанию (по ассоциативному признаку). При
этом поиск по ассоциативному признаку (или последовательно по
отдельным его разрядам) происходит параллельно во времени для
всех ячеек запоминающего массива. Во многих случаях ассоциативный
поиск позволяет существенно упростить и ускорить обработку дан-
ных. Это достигается за счет того, что в памяти этого типа опера-
ция считывания информации совмещена с выполнением ряда логических
Память этого типа применяется в специализированных вычисли-
тельных машинах - машинах баз данных.
Стековая память, как и ассоциативная, является безадресной.
В стековой памяти ячейки образуют одномерный массив, в котором
соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи
слов. Запись нового слова производится в верхнюю ячейку (ячей-
ку 0), при этом все ранее записанные слова сдвигаются вниз, в
соседние ячейки с большими на 1 номерами. Считывание возможно
только из верхней ячейки памяти. Если производится считывание с
удалением, все остальные слова в памяти сдвигаются в верх, в
ячейки с меньшими номерами. В этой памяти порядок считывания слов
соответствует правилу FIFO: последним поступил, первым обслужива-
ется. В ряде устройств рассматриваемого типа предусматривается
также операция простого считывания слова из нулевой ячейки без
его удаления и сдвига слов в памяти.
Иногда стековая память снабжается счетчиком стека, показыва-
ющим количество занесенных в память слов.
В вычислительных машинах часто стековую память организуют,
используя адресную память и специальный регистр - указатель сте-
2СТРУКТУРЫ АДРЕСНЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Тип используемых запоминающих элементов определенным образом
влияет на структуру памяти, в результате чего существует большое
разнообразие структур ЗУ.
Совокупность определенным образом соединенных запоминающих
элементов (ЗЭ) образует запоминающую матрицу (массив) ЗМ, где
каждый запоминающий элемент хранит бит информации.
Запоминающий элемент должен реализовывать следующие режимы
1) хранение состояния;
2) выдача сигнала состояния (считывание);
3) запись 0 или 1.
К запоминающим элементам должны поступать управляющие сигна-
лы для задания режима работы, а также информационный сигнал при
записи. При считывании запоминающий элемент должен выдавать
сигнал о своем состоянии.
Запоминающий массив имеет систему адресных и разрядных линий
(проводников). Адресные линии используются для выделения по
адресу совокупности запоминающих элементов, которым устанавлива-
ется режим считывания или записи. Выделение отдельных разрядов
осуществляется разрядными линиями, по которым передается записы-
ваемая или считываемая информация.
Запоминающие устройства строятся из специальных запоминающих
элементов, для которых характерно использование троичных сигналов
и совмещение линий входных и выходных сигналов.
Адресные и разрядные линии носят общее название линий выбор-
ки. В зависимости от числа таких линий, соединенных с одним запо-
минающим элементом различают двух-, трехкоординатные ЗУ и т.д.,
называемые соответственно 2D, 3D и т.д.
Запоминающие устройства типа 2D
Организация ЗУ типа 2D обеспечивает двухкоординатную выборку
каждого запоминающего элемента. Основу ЗУ составляет плоская мат-
рица из запоминающих элементов, сгруппированых в 2 5k 0 ячеек по n
разрядов. Обращение к ячейке задается k-разрядным адресом, выде-
ление разрядов производится разрядными линиями записи и считыва-
0 5¦ 0 . . . j 5¦ 0 . . . n-1 5¦
5¦ ¦ . ¦ ¦ 0 5 . ¦ ¦ 0 5 . 0¦ 5 0¦
5¦ ¦ 0. 5 . ¦ ¦ 0 5 . ¦ ¦ 0 5 . 0¦ 5 ¦
5¦ 0 5¦ 0. 5 --+-¬ ¦ 0 5--+-¬ ¦ 0 5--+-¬ ¦
5¦ 0 5¦ 0 5 ¦ 0ЗЭ 5 ¦ 0 5¦ 0ЗЭ 5¦ 0 5¦ 0ЗЭ 5¦ 0 5¦ 0ЗЭ 5¦ 0 5¦ 0ЗЭ 5 ¦ 0 5¦ 0ЗЭ 5 ¦ 0 5¦ 0ЗЭ 5 ¦ 0 5¦ 0 АдрФ1 5 +--- 0++ 5----+----+ 0- 5- 0++- 5---+----+- 0-++-- 5-- 0- ¦
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) — быстродействующие вычислительные машины, решающие математические и логические задачи с большой точностью при выполнении в секунду несколько десятков тысяч операций. Техническая основа ЭВМ — электронные схемы. В ЭВМ есть запоминающее устройство (память), предназначенное для приема, хранения и выдачи информации, арифметическое устройство для операций над числами и устройство управления. Каждая машина имеет определенную систему команд.
- ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
- I поколение ЭВМ
Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех. Однако первыми ЭВМ считаются английский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (1945 г.). ENIAC был первым компьютером на вакуумных лампах.
- Элементная база – электронно-вакуумные лампы .
- Соединение элементов – навесной монтаж проводами .
- Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов .
- Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду .
- Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
- Программирование – машинные коды .
- Оперативная память – до 2 Кбайт .
- Ввод и вывод данных с помощью перфокарт, перфолент .
Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ. Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода. Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени. Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса. Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства - системное ПО. Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет). К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск, Раздан, Мир.
- Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы) .
- Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж .
- Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек .
- Быстродействие – 100-500 тыс. операций в секунду .
- Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.
- Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС .
- Оперативная память – 2 – 32 Кбайт .
- Введен принцип разделения времени .
- Введен принцип микропрограммного управления .
- Недостаток – несовместимость программного обеспечения .
- Элементная база – интегральные схемы .
- Соединение элементов – печатные платы .
- Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек .
- Быстродействие – 1-10 мил. операций в секунду .
- Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность – системный программист.
- Программирование – алгоритмические языки, ОС .
- Оперативная память – 64 Кбайт .
- Применяется принцип разделения времени, принцип модульности, принцип микропрограммного управления, принцип магистральности .
- Появление магнитных дисков , дисплеев, графопостроителей.
К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего, за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени). Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров. И только с 1985г., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.
Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2-м направлениям:
- Элементная база – большие интегральные схемы (БИС) .
- Соединение элементов – печатные платы .
- Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки .
- Быстродействие – 10-100 млн. операций в секунду .
- Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ .
- Программирование – базы и банки данных .
- Оперативная память – 2-5 Мбайт .
- Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.
К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области. Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности.
- Электронной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
- В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем .
- Архитектура будет содержать два блока :
Интеллектуальный интерфейс , задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.
Для АЛУ №1 написать микропрограмму сдвига кода в Рг1 на 3 разряда влево с размещением результата сдвига в Рг2. При первом сдвиге на место освобож-дающегося разряда заносится x, при втором – 1, при третьем – 1. ( х – значе-ние разряда, выходящего за пределы разрядной сетки.)
Микропрограмма должна быть протестированна и предъявлена преподавате-лю с набором тестовых примеров для проверки всех разновидностей сдвигов.
2.Блок-схема алгоритма.
3.Текст микропрограммы.
^ 4.Тестовый пример.
Тестовый пример 1.
Тестовый пример 2.
АЛУ для сдвигов на сумматоре.
^ 1.Формулировка задачи.
Для АЛУ №2 написать микропрограмму сдвига кода в Рг1 на 3 разряда влево с размещением результата сдвига в Рг2. При первом сдвиге на место освобож-дающегося разряда заносится x, при втором – 1, при третьем – 1. ( х – значе-ние старшего (левого) разряда сдвигаемого кода.)
Микропрограмма должна быть протестированна и предъявлена преподавате-лю с набором тестовых примеров для проверки всех разновидностей сдвигов.
^ 2.Блок-схема алгоритма.
3.Текст микропрограммы.
4.Тестовый пример.
Тестовый пример 1.
Тестовый пример 2.
АЛУ для суммирования.
^ 1.Формулировка задачи.
Для АЛУ №3 написать микропрограмму выполнения операции над целыми беззнаковыми величинами Z + бзн := X - бзн + Y + бзн (Здесь А + бзн – число |A|; A - бзн– дополнение |A|.) X, а затем Z , размещается в Рг1, Рг2, Рг3. Y размещается в Рг4, Рг5. Если результат операции выхо-дит за диапазон допустимых значений Z , то микропрограмма переходит к отдельному концу.
Микропрограмма должна быть протестированна и предъявлена преподавате-лю с набором тестовых примеров, обеспечивающих её проверку для операн-дов X, Y и Z разных величин.
^ 2.Блок-схема алгоритма.
3.Текст микропрограммы.
^ 4.Тестовый пример.
Тестовый пример 1.
Тестовый пример 2.
АЛУ магистральной структуры.
^ 1.Формулировка задачи.
Для АЛУ №8 написать микропрограмму выполнения операции над числами в дополнительном коде Z:= (((X+Y)2 -1 -X)2 -1 +Y)2 -1
X,Y и Z располагаются соответственно в Рг1, Рг2 и Рг3.
Микропрограмма должна быть протестирована и предъявлена преподавателю с набором тестовых примеров, обеспечивающих её проверку для операндов X, Y и Z разных величин.
Читайте также: