Вопросы по вычислительной технике (стр. 3 из 10)

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).

Тип памяти.	Емкость памяти.	t обращения.
Сверх оперативная	10-16	20-30(40) н.с.
КЭШ память (память блокнотного типа)1-го уровня2-го уровня3-го уровня	8 кб.128-256кб.1-2 Мбайт.	100-200 н. Сек200 н. Сек300-400 н. сек
Оперативная память	4-256(и более)	0,2 – 2 мк. Сек.
НМД(накопитель на магнитных дисках	1-20 Гбайт	Десятки мк сек (сотни)
НМЛ(накопитель на магнитных лентах)	Единицы Гбайт	Минуты(десятки)
Архивы	-------//--------	Десятки минут

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

№9 Системы адресации в современных ЭВМ.

Существует несколько типов адресации

прямая

непосредственная

косвенная

относительная

Прямая адресация:

Aисполнительный=Aчасти команд.

Сл. 0100, 0200,-0250

Достаточно проста, но имеет существенные недостатки.

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

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

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 вычислительных машин. Первоначально 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.

Вектора прерывания

Базовые модули ДОС

Базовый модуль системы ввода-вывода

Командный процессор

Решение задач ДОС

Постоянно запоминающее устройство БИОС

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.