Архитектура ЭВМ. Архитектура Фон-Неймана.

Архитектура ЭВМ. Архитектура Фон-Неймана.

Принципы фон Неймана:

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресуемости памяти

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип последовательного программного управления

Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип жесткости архитектуры

Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

 

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

 

Архитектура ЭВМ. Гарвардская архитектура.

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

1. Хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства.

2. Канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Отличие от архитектуры фон Неймана

В чистой архитектуре фон Неймана процессор одномоментно может либо читать инструкцию, либо читать/записывать единицу данных из/в памяти. То и другое не может происходить одновременно, поскольку инструкции и данные используют одну и ту же системную шину. А в компьютере с использованием гарвардской архитектуры процессор может читать инструкции и выполнять доступ к памяти данных в то же самое время, даже без кэш-памяти. Также машина гарвардской архитектуры имеет различные адресные пространства для команд и данных. Так, нулевой адрес инструкций — это не то же самое, что и нулевой адрес данных

 

 

Обобщенная структурная схема ЭВМ.

Функциональные узлы ЭВМ. Шины семейства PCI.

PCI - шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Спецификация шины PCI:

—частота шины - 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;

— разрядность шины - 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);

— пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 Мбайт/с;

— адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);

— адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);

— конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;

— напряжение 3,3 или 5 В.

 

Классификация сетей.

Классификация по степени территориальной рассредоточенности основных элементов сети: Глобальные компьютерные сети (ГКС); Региональные; Локальные; Корпоративные;

Классификация по способу управления: Сети с централизованным управлением; Сети с децентрализованным управлением; Сети с смешанным управлением;

Классификация по топологии:

 

Каналы передачи данных.

Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

 

Проводные линии связи

В вычислительных сетях проводные линии связи могут быть медными и-или волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС). Особенности ВОЛС будут представлены в конце главы. Здесь рассмотрим характеристики медных соединений, к которым относятся коаксиальные кабели и пары проводов.

В ЛВС используются коаксиальные кабели двух видов: "толстый" (thick) диаметром 12,5 мм и "тонкий" (thin) диаметром 6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже "тонкого".

Системы мобильной связи.

Системы мобильной связи осуществляют передачу информации между пунктами, один из них или оба являются подвижными. Характерным признаком систем моюильной связи является применение радиоканала. К технологиям мобильной связи относятся пейджинг, твейджинг, сотовая телефония, транкинг, для мобильной связи используются также спутниковые каналы.

 

Архитектура сети GSM

GSM — глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMA и высокой степенью безопасности благодаря шифрованию с открытым ключом. Принцип построения сотовых систем вкратце состоит в следующем: в пределах территории действия сети устанавливается некоторое количество относительно маломощных стационарных приемо-передающих станций (базовых станций), каждая из которых имеет небольшую зону действия (обычно несколько километров). При этом, зоны действия соседних станций несколько перекрывают друг друга, чтобы обеспечить возможность перемещения абонента из одной зоны в другую без потери связи.

 

Сети Ethernet и Token Ring.

Метод доступа Ethernet

Для данного метода доступа используется топология "общая шина". Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов, называемых коллизиями (CSMA/CD -Carter Sense Multiple Access with Collision Detection). Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу.

Метод доступа Token-Ring

Рассчитан на кольцевую топологию сети. Этот метод напоминает ArcNet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от ArcNet при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

 

Типовые сервисы Internet

Существует ряд сервисов, связанных с TCP/IP и Интернетом. Наиболее распространенным сервисом является электронная почта, реализованная на базе протокола SMTP(Простой Протокол Передачи Писем). Также широко используются TELNET(эмуляция удаленного терминала) и FTP(протокол передачи файлов). Помимо них существует ряд сервисов и протоколов для удаленной печати, предоставления удаленного доступа к файлам и дискам, работы с распределенными базами данных и организации других информационных сервисов. Далее приводится краткий список наиболее распространенных сервисов:

SMTP - Простой протокол передачи почты, используется для приема и передачи электронной почты

TELNET - используется для подключения к удаленным системам, присоединенным к сети, применяет базовые возможности по эмуляции терминала

FTP - Протокол передачи файлов, используется для приема или передачи файлов между системами в сети

DNS - Служба сетевых имен, используется TELNET, FTP и другими сервисами для трансляции имен хостов в IP адреса.

WWW- Всемирная Паутина, объединение FTP, gopher, WAIS и других информационных сервисов, использующее протокол передачи гипертекста(http), и программы Netscape, Microsoft Internet Explorer и Mosaic в качестве клиентских программ.

 

Типовая структура ИУВС.

ОУ — объект управления; содержит датчики входной информации ДВИ;

УСО - устройство сопряжения с объектом и микроЭВМ;

ПУО - пульт управления оператора;

СОИ - система отображения информации;

СТРУКТУРНЫЕ связи (стрелки) - устройства передачи информации между элементами системы и сетью (управляющей вычислительной сетью – ЛВС).

Ядром ИУВС, реализующим процесс переработки информации и формирования воздействий на объект управления ОУ, является микроЭВМ.

 

Система КАМАК.

КАМАК (англ. CAMAC) — стандарт, определяющий организацию магистрально-модульной шины, предназначенной для связи измерительных устройств с цифровой аппаратурой обработки данных в системах сбора данных.

Основой системы КАМАК является крейт с 25 ячейками (станциями), в которые по направляющим вставляются модули, включая контроллер. Модуль может занимать одну или несколько ячеек. Обмен данными между модулями происходит по внутренним шинам крейта - горизонтальной магистрали и организуется контроллером. Существует несколько конфигураций системы, обусловленных выбранным способом управления крейтом и организацией его связи с управляющей ЭВМ.

Архитектура ЭВМ. Архитектура Фон-Неймана.

Принципы фон Неймана:

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресуемости памяти

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип последовательного программного управления

Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип жесткости архитектуры

Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

 

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.