В.А. Фисун - Прикладное программирование в задачах математической физики. Архитектурные принципы построения ЭВМ (pdf) (1127762)
Текст из файла
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУКОрдена Ленина Институт прикладной математикиим. М.В. КелдышаВ. А. ФисунПрикладное программированиев задачах математической физикиАрхитектурные принципы построения ЭВМУчебное пособиеМосква - 2007Пособие 17.09.092АннотацияПервая часть двухсеместрового курса лекций по дисциплине “Прикладное программирование в задачах математической физики” В этом курсерассмотрены общие вопросы машинных вычислений, связанные с решениемзадач математической физики: структура и программное обеспечение микропроцессоров, архитектура современных мультипроцессорных ЭВМ, функциональные принципы организации ЭВМ.V.A.
FisunApplication programming for mathematics physics problem.AbstractThe first part of two-semester lecture courts on discipline “Application programming for mathematics physics problem physics”. In the course computer organization and architecture are presented.Предисловие ...........................................................................................................
4Пособие 17.09.093Введение .................................................................................................................. 61. Глава 1 .............................................................................................................. 8Информатика ......................................................................................................... 81.1. Бинарные коды и информация ................................................................. 81.2. Измерение информации .......................................................................... 101.3. Основные виды ЭВМ..................................................................................
121.4. Эволюционная классификация ЭВМ ........................................................ 132. Глава 2 ............................................................................................................ 15Принципы фон-Неймана ................................................................................... 152.1. Классическая ЭВМ .....................................................................................
152.1.1. Принцип программного управления вычислениями .................... 152.1.2. Принцип условного перехода. ............................................................ 162.1.3. Принцип хранимой программы .......................................................... 172.1.4. Принцип использования двоичной системы счисления .................. 172.2. Принципы фон Неймана и проблемы программирования .................... 183. Глава 3 ............................................................................................................
20Архитектура памяти ЭВМ................................................................................ 203.1. Виды запоминающих устройств ............................................................... 203.2. Адресная и ассоциативная память ............................................................ 253.3. Виртуальная память .................................................................................... 283.4.
Иерархическая структура оперативной памяти...................................... 323.5. Кэш-память. ................................................................................................. 334. Глава 4 ............................................................................................................. 36Конвейерные технологии ..................................................................................
364.1. Параллелизм конвейерных работ .............................................................. 374.2. Ускорение арифметических вычислений ................................................ 384.3. Векторно-конвейерные вычисления ......................................................... 414.4. Конвейеризация команд ............................................................................
445. Глава 5 ............................................................................................................ 49Архитектура ЭВМ ............................................................................................... 495.1. Системы команд ........................................................................................ 495.2. Суперскалярные микропроцессоры ......................................................... 535.3. Сверхдлинные команды ............................................................................. 545.4. Современные микропроцессоры. .............................................................
575.5. Поставщики микропроцессоров ............................................................... 596. Глава 6 ............................................................................................................. 60Производительность ЭВМ .................................................................................
606.1. Оценка вычислительных систем .............................................................. 606.2. Производительность вычислительных систем ....................................... 626.3. Измерение реальной производительности ............................................... 656.4. Рейтинг ТОР500 .......................................................................................... 66Список литературы............................................................................................. 67Пособие 17.09.094ПредисловиеПри современном состоянии математической физики машинный эксперимент как виртуальная модель изучаемых явлений является исключительноважным инструментом познавания мира, а в некоторых областях и единственным способом изучения реальных процессов и явлений. Характернымпримером достижений в области вычислительной математики может служитьмноголетний мораторий на проведение ядерных испытаний: “взрывы ” наЭВМ оказываются адекватными полигонным экспериментам.
Однако, необходимость учета более тонких физических эффектов, расширение круга изучаемых явлений потребовали резко увеличить объем машинных вычислений, а усложнение вычислительных алгоритмов и увеличение размерностейзадач математической физики привело к необходимости повысить требования к методам программирования. Поэтому в учебных планах техническихуниверситетов организации научных вычислений на ЭВМ уделяется большоевнимание.В настоящее время технология конструирования и производства аппаратного оборудования реализуется индустриальными методами, обеспечивая,в соответствии с законом Мура, удвоение числа элементов на кристалле –чипе и соответствующее увеличение производительности компьютеров каждые полтора года.“Персональные компьютеры так быстро устаревают, что их нужно постоянно достраивать и обновлять.
Компьютер открыт в будущее. У него нетнабора неизменных качеств и свойств. Мы не знаем, на что он окажется способным завтра, более того, мы даже не знаем, на что он будет похож. Поэтому мы вынуждены описывать компьютер не как вещь, а как процесс”. /20/В основе каждой области науки и техники лежат принципиальные законы: сохранения, переноса, Ома, Фарадея и т.д., правила: Лопиталя, правилолевой руки для определения направления силы Ампера или, по крайней мере,правило буравчика. Выбор архитектурных решений при конструированииЭВМ также основывается на ряде принципов, которые не зависят от технологических новаций, например, принципов фон Неймана, локальности вычислений Деннинга, конвейерной, параллельной, потоковой обработки информации.
В вычислительной технике действуют законы Мура, Гроша, Амдала,учитываются постулаты Минского, аномалии Биледи и т.д. Технология машинных вычислений базируется на результатах широкого круга научных открытий и инженерных решений.Особенностью данного курса является комплексное рассмотрение вопросов научных вычислений, связанных с численным решением задач математической физики: архитектура современных микропроцессоров и мультипроцессорных супер-ЭВМ, реализация параллельных алгоритмов и программ, средства программирования для задач математической физики, методы оптимального использования ресурсов персональных компьютеров.Пособие 17.09.095Отбор материала для включения в курс лекций “Прикладное программирование в задачах математической физики” произведен с учетом предметной области. Ссылки на используемые материалы приводятся только притекстуальном цитировании, авторы других материалов перечислены в спискелитературы.Данная работа является конспектом лекций со всеми особенностямистатуса данного материала.
Так, некоторые разделы приводятся конспективно, без объяснений и аргументации. Это связано с ограниченностью объемаматериала, а также с прямым умыслом. Конспект, по мнению автора, не должен заменять лекции, он только предоставляет студенту исходный материал,который студент должен затем усвоить на занятиях и самостоятельно с помощью других источников знаний.В процессе прохождения занятий по курсу студенты выполняют ряд лабораторных работ. Для контроля процесса обучения студенты получают задания для самостоятельного изучения характеристик и особенностей программирования современных вычислительных систем и готовят рефераты позаданным темам.Автор выражает глубокую благодарность М.П.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
