Ответы: Ответы на экзаменационные билеты

Возможно не удалось распознать кодировку файла

Регистровая память — вид памяти, состоящей из регистров общего назначения и регистров с плавающей запятой. Как правило, содержится целиком внутри процессора.

Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. В ЭВМ число запоминающих устройств с этим видом памяти может быть различным. В современных ЭВМ имеется два-три запоминающих устройства этого вида.

Кэш-память первого уровня располагается внутри процессора, а кэш-память второго уровня — вне процессора (на так называемой материнской плате).

В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник», так как кэш-память недоступна для программиста (она автоматически используется компьютером). Кэш-память используется для ускорения выполнения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память (и обратно). Работа кэш-памяти строится так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора (время ожидания новых данных и команд).

Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессором и относительно медленной оперативной памятью.

Кэш —- это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

Например, веб-браузер проверяет локальный кэш на диске на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному url. В этом примере url —- это идентификатор, а содержимое веб-страницы —- это элементы данных.

Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные алгоритмы вытеснения.

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи.

В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.

В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый или «грязный»). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.

В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша.

Возможно не удалось распознать кодировку файла

Не удалось распаковать файл

Подсистемы окружения

Наверное, первое что интересует программиста, который начинает писать программы с использованием Win32 API, так это то, откуда они экспортируются. Win32 API экспортируется из четырех динамически подключаемых библиотек: Kernel32.dll, User32.dll, Gdi32.dll, Advapi32.dll (Advanced API). Сразу нужно определиться с тем, что Windows 2000 поддерживает также стандарт на вызовы UNIX - POSIX, которые также реализованы в Windows 2000. Поэтому для Windows 2000 определено такое понятие, как подсистема окружения (subsystem environment) - это часть поддержки среды операционной системы, предоставляемой пользователям и программистам. В Windows 2000 реализовано две подсистемы окружения: Win32 и POSIX. Первая является "родной" подсистемой, без которой работа Windows 2000 не представляется возможной, вторая запускается по требованию и предназначена для поддержки UNIX-приложений. Каждый EXE-файл принадлежит только одной подсистеме окружения и может вызывать только API, реализованные этой подсистемой. Таким образом, каждая подсистема проецирует на приложение свой образ операционной системы.

Возможно не удалось распознать кодировку файла

БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ЭВМ - среднестатистическое число операций (команд), выполняемых ЭВМ в единицу времени. Иногда быстродействие определяется как время, затрачиваемое на выполнение 1 арифметической операции.

Быстродействие ЭВМ рассматривается в двух аспектах. С одной стороны, оно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых центральным процессором в секунду Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения и т. д. С другой стороны, быстродействие

ЭВМ существенно зависит от организации ее памяти. Время, затрачиваемое на поиск необходимой информации в памяти, заметно сказывается на быстродействии ЭВМ.

В зависимости от области применения выпускаются ЭВМ с быстродействием от нескольких сотен тысяч до миллиардов операций в секунду. Для решения сложных задач возможно объединение нескольких ЭВМ в единый вычислительный комплекс с требуемым суммарным быстродействием.

Наряду с быстродействием часто пользуются понятием производительность. Если первое обусловлено, главным образом, используемой в ЭВМ системой элементов, то второе связано с ее архитектурой и разновидностями решаемых задач. Даже для одно» ЭВМ такая характеристика, как быстродействие, не является величиной постоянной. В связи с этим различают:

пиковое быстродействие, определяемое тактовой частотой процессора без учета обращения к оперативной памяти;

номинальное быстродействие, определяемое с учетом времени обращения к оперативной памяти;

системное быстродействие, определяемое с учетом системных издержек на организацию вычислительной процесса;

эксплуатационное, определяемое с учетом характера решаемых задач (состав, операций или их «смеси»).

Один из способов повышения производительности вычислительной техники — специализация (как отдельных элементов ЭВМ, так и создание специализированных вычислительных систем).

Специализация процессоров началась с 60-х годов, когда центральный процессор больших ЭВМ был освобожден от выполнения рутинной операции по вводу-выводу информации. Эта функция была передана процессору ввода-вывода, осуществляющему связь с периферийными устройствами.

Возможны три способа специализации в вычислительных машинах:

расширение системы команд универсальных ЭВМ общего назначения, включение команд вычисления часто встречаемых функций с возможной аппаратной реализацией;

использование периферийных процессоров, подключаемых к универсальным ЭВМ и реализующих некоторые вычислительные операции независимо от ЦП, например матричные процессоры, графические шины и т.п.;

специализированные ЭВМ или процессоры, структура кото­рых ориентирована на решение узкого класса задач большой сложности.

Дальнейшее увеличение производительности связано с многопроцессорной обработкой.

Поскольку быстродействие однопроцессорных ЭВМ ограничивается физическими возможностями (скоростью распространения электрических сигналов), совершенствование ЭВМ связано и с развитием их архитектуры. Важнейшим направлением развития архитектуры является параллельная обработка. При этом используются два принципа. Если очень большое количество данных требует одинаковой обработки, то можно использовать несколько одинаковых процессоров, равномерно распределив между ними поток данных. Другой способ — распараллеливание — так называемая конвейерная обработка. В таком случае процессор должен состоять из нескольких специализированных процессоров, которые (в значительной степени аппаратно) выполняют элементарные функ­ции центрального процессора. Тогда поступающие на вход данные последовательно проходят все виды необходимой обработки (как на конвейере). При этом виде обработки реализуются те же преимущества, что и на обычном конвейере. За каждый машинный такт на выходе процессора имеется результат обработки, соответствующий выполнению нескольких команд. Такие принципы были использованы при разработке суперЭВМ, а в настоящее время они широко внедряются и в машинах меньшей производительности. Таким образом, в зависимости от степени распараллеливания процессов (так называемая классификация Флина (m. flyne)) можно выделить четыре типа архитектур ЭВМ:

1) без использования параллельных вычислений, когда один поток команд обрабатывает поступающий на вход один поток данных (ОКОД или sisd);

2) несколько процессоров по одному алгоритму (одной команде) обрабатывают одновременно несколько потоков данных (ОКМД или simd);

3) конвейерная обработка, когда одновременно на вход поступает один поток данных (одно данное), но он последовательно обрабатывается большим количеством процессоров различного функционального назначения (МКОД или misd);

4) самый сложный случай, когда используется и конвейерная, и параллельная обработки (МКmД или МiМd).

С целью повышения производительности процессора часто используется метод конвейеризации команд, т.е. необходимо организовать непрерывное выполнение потока команд. Тогда для выполнения одной команды потребуется время, затрачиваемое на прохождение одной ступени конвейера (в идеальном случае).

Для реализации конвейера команд необходимо иметь независимые аппаратные средства для каждой ступени обработки с целью распараллеливания выполнения команд на разных стадиях обработки с автономными устройствами управления (децентрализованное управление).

Наиболее эффективно конвейер работает, если времена выполнения на каждой стадии командного цикла равны (синхронный принцип управления от 1 до n тактов на каждой стадии). Если же имеется некоторый разброс по времени, то его можно устранить, установив:

в требуемых местах буферы, что обеспечивает сохранность информации для передачи на следующую еще занятую обработкой ступень;

для каждой ступени осведомительные триггеры занятости и переход от одной ступени к другой будет выполняться только при условии, что обработка информации на предыдущей ступени завершена;

на каждой ступени при наличии своего УУ можно обеспечить синхронно-асинхронный принцип управления, при котором короткие микрокоманды выполняются за один такт, а длинные - за 2-3 такта работы УУ, однако УУ всех ступеней конвейера должны работать на единой опорной частоте задающего ГИ, а суммарное время выполнения микрокоманд на каждой ступени должно быть одинаковым.

быстродействие П. ЭВМ зависит как от быстродействия отдельных ЗУ, так и от принципов их организации в единую систему памяти и способов обмена информацией внутри этой системы. С увеличением ёмкости П. ЭВМ её быстродействие, как правило, снижается за счёт возрастания времени, необходимого для поиска нужной информации в больших массивах, а также вследствие увеличения времени пробега импульсов по электрическим цепям.

Возможно не удалось распознать кодировку файла

Второе поколение ЭВМ: 1960–1970-е годы

Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы использовались схемы с печатным монтажом (платы из фольгированного гетинакса). Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров.

Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.

Напряжение питания схем снизилось до 10–15 В, потребляемая мощность — до сотен ватт. Надежность работы ЭВМ существенно возросла — до нескольких сотен часов наработки на отказ. Регулярное профилактическое обслуживание по-прежнему требовалось.

В оперативных запоминающих устройствах чаще всего использовались миниатюрные тороидальные ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса (для хранения одного бита информации требовались один или два сердечника наружным диаметром 1–1,2 мм). Постоянные запоминающие устройства были трансформаторные (один тороидальный сердечник наружным диаметром 3–4 мм использовался для хранения битов одного разряда нескольких сотен чисел; для хранения кода “1” провод “прошивался” в отверстие сердечника, для хранения кода “0” провод проходил мимо сердечника).

Стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках и на флоппи-дисках — промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров — ibm 2250. Это был монохромный дисплей с экраном 12 * 12 дюймов и разрешением 1024 * 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц. Устройство управления ЭВМ поддерживало систему прерываний программ, многопрограммную работу и параллельность использования устройств машины.

Появились первые операционные системы и алгоритмические языки машинно-ориентированного низкоуровневого (ассемблеры) и высокоуровневого программирования (Фортран, Алгол, Кобол, Бейсик и др.). Программы стали переносимыми с одного типа компьютера на другой.

Устройства машин и их программы стали больше ориентированы на обработку массивов информации. ЭВМ второго поколения стали применяться не только для решения научно-технических задач, но и для автоматизации процессов технологического и организационного (административного) управления. На базе полупроводниковых ЭВМ стали успешно создаваться автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП) и системы автоматического управления технологическими процессами.

Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ более высокой производительности, а главное — надежности. В компьютерах стали широко использоваться коды с обнаружением и исправлением ошибок, встроенные схемы контроля.

В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.

Первой ЭВМ, в которой частично использовались полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была машина seac (standarts eastern automatic computer), созданная в 1951 году.

Среди первых полностью полупроводниковых машин были:

tradic (transistor digital computer) — 1956 г. (малая машина);

tx-0 (transistor experimental Сomputer) — 1957 г. (малая машина);

ibm 7070 — 1957 г. (большая машина);

philco — 1957 г. (большая машина);

recomp 2 — 1957 г. (малая машина);

univac solid state — 1958 г. (большая машина);

national cash-304 — 1958 г. (большая машина);

ramington rand uss — 1958 г. (малая машина);

ibm 7090 — 1959 г. (большая машина);

ibm 1401 — 1959 г. (малая машина);

univac 3 — 1959 г. (большая машина).

Стоимость больших машин составляла от $500 000 до $2 300 000, малых машин — до $300 000.

Заслуживает внимания и первая (1961 г.) супермалая полупроводниковая машина ibm 1620, размещавшаяся (без накопителя на магнитной ленте) на конторском столе (стоимость этой машины составляла около 75 000 долларов).

В начале 60-х годов полупроводниковые машины стали производиться и в СССР. Основные характеристики некоторых полупроводниковых отечественных машин представлены в табл. 3.1.

В середине 60-х годов мировое количество ЭВМ возросло по сравнению с 50-ми годами на порядок. Так в 1966 году количество установленных машин составляло:

в США — 27 000;

в Западной Европе — 6000;

в Японии — 1900.

Таблица 3.1. Характеристики отечественных ЭВМ второго поколения Модель ЭВМ Производительность, операций/с Разряд-ность, бит Адрес-ность Емкость ОЗУ, килочисел Цикл ОЗУ, мкс

Минск 22 5 Ч 103 37 2 8 24

Минск 32 4 Ч 104 37 2 64 5

БЭСМ 4 2 Ч 104 45 3 8 10

БЭСМ 6 106 48 1 32 2

М 220 7 Ч 104 48 3 32 6

Урал 14 5 Ч 104 24 1 64 9

Урал 16 5 Ч 104 48 1 512 3

В середине 60-х и у нас в стране, и за рубежом внимание акцентировалось на надежности ЭВМ и их системном использовании. Поэтому в СССР было принято постановление ЦК КПСС о разработке семейств ЭВМ на базе крупных компьютерных предприятий о создании строгой системы унификации схем и узлов ЭВМ. По этому же постановлению стали разрабатываться программно-совместимые и технически-совместимые системы вычислительных машин.

До этого из-за дефицита выпускаемых ЭВМ и длительного (иногда несколько лет) срока с момента заказа и до получения машины ЭВМ часто разрабатывались и создавались небольшими группами специалистов на непрофильных предприятиях, что, естественно, не гарантировало их качества. После названного постановления у нас в стране было разработано и выпускалось семейство ЕС ЭВМ (единая система ЭВМ). Машины этой системы разрабатывались на крупных специализированных предприятиях не только Советского Союза, но и других стран СЭВ (Совета Экономической Взаимопомощи): ГДР, Болгарии, Венгрии, Польши и др.

Что касается системного применения ЭВМ, то в середине 60-х годов существенно изменилась технология их использования. По образному выражению В. М. Глушкова, “машины раньше часто использовались как большие арифмометры”, то есть непосредственно перед решением задачи в ЭВМ вводились программы и данные, необходимые для этого решения. Появились технологии создания больших баз данных в памяти ЭВМ, осуществлялась выдвинутая академиком Глушковым программа “АСУПизации”, массового создания АСУП (автоматизированных систем управления предприятиями). В связи с этим при использовании ЭВМ рекомендовалось и программы, и данные постоянно хранить в памяти машины и использовать ее по мере надобности.

Итак, основные направления совершенствования ЭВМ второго поколения:

Переход на полупроводниковую элементную базу и печатный монтаж.

Блочный принцип конструирования и унификация ячеек и блоков ЭВМ.

Облегчение программирования для ЭВМ.

Ориентация ЭВМ не только на вычислительную работу, но и на работу с массивами информации.

Повышение надежности работы машин, использование кодов с обнаружением и исправлением ошибок и встроенных схем контроля.

Расширение областей применения ЭВМ.

Третье поколение ЭВМ: 1970–1980-е годы

В 1958 году Роберт Нойс изобрел малую кремниевую интегральную схему, в которой на небольшой площади можно было размещать десятки транзисторов. Эти схемы позже стали называться схемами с малой степенью интеграции (small scale integrated circuits — ssi). А уже в конце 60-х годов интегральные схемы стали применяться в компьютерах. Логические схемы ЭВМ 3-го поколения уже полностью строились на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрные ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители. Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память. Операционная система поддерживает технологию использования виртуальной памяти.

ВНИМАНИЕ

Начиная с момента широкого использования интегральных схем в компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно наблюдать, используя широко известный закон Мура. Один из основателей компании intel Гордон Мур в 1965 году открыл закон, согласно которому количество транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.