Файл: Перечень ответов на вопросы к промежуточному зачету по дисциплине Организация эвм и вс.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 258
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Другими словами адрес – это номер ячейки ЗУ.
К безадресным ЗУ можно отнести аппарат-но реализованное стековое ЗУ и ассоциатив-ное ЗУ
В ассоциативных ЗУ поиск осуществляется по признаку, связанному не с местоположением информации, а с самой информацией.
Если в адресном ЗУ переписать информацию из одной ячейки в другую и не сообщить об этом процессу, то информация будет потеряна.
В ассоциативном ЗУ потери при такой ситуации не произойдет, информация будет найдена.
Следует различать ассоциативное ЗУ и ЗУ с ассоциативным поиском.
Ассоциативный поиск можно реализовать программно в обычном адресном ЗУ.
Примером ассоциативного поиска может служить поиск файла по имени.
18. Иерархическая структура памяти ЭВМ.
Память ЭВМ имеет иерархическую структуру, что объясняется невозможностью одним ЗУ удовлетворить требованиям по емкости, быстродействию и стоимости хранения информации.
Иерархия памяти компьютера приведена на рис.1.
На рисунке не отражены специальные ЗУ, такие как память микропрограмм, местные ЗУ, расположенные в каких–то устройствах.
Четыре верхних уровня иерархии образуют внутреннюю память ЭВМ, а все нижние уровни – это внешняя или вторичная память.
По мере движения вниз по иерархической структуре:
1. уменьшается соотношение «стоимость/бит»;
2. возрастает емкость;
3. растет время доступа;
4. уменьшается частота обращения к памяти со стороны центрального процессора.
Справедливость этого утверждения вытекает из принципа локальности по обращению.
Если рассмотреть процесс выполнения большинства программ, то можно заметить, что с очень высокой вероятностью адрес очередной команды либо следует непосредственно за адресом, по которому была считана текущая команда, либо расположен вблизи него.
Такое расположение адресов называется пространственной локальностью команд или кодов.
Обрабатываемые данные, как правило, структурированы, и такие структуры обычно хранятся в последовательных ячейках памяти.
Данная особенность программ называется пространственной локальностью данных.
Кроме того, программы содержат множество небольших циклов и подпрограмм. Это означает, что небольшие наборы команд могут многократно повторяться в течение некоторого интервала времени, то есть имеет место временная локальность.
Все три вида локальности объединяет понятие локальность по обращению.
Принцип локальности часто облекают в численную форму и представляют в виде так называемого правила «90/10»: 90% времени работы программы связано с доступом к 10% адресного пространства этой программы.
Из свойства локальности вытекает, что программу разумно представить в виде последовательно обрабатываемых фрагментов – компактных групп команд и данных.
Помещая такие фрагменты в более быструю память, можно существенно снизить общие задержки на обращение, поскольку команды и данные, будучи один раз переданы из медленного ЗУ в быстрое, затем могут использоваться многократно, а среднее время доступа к ним в этом случае определяется уже более быстрым ЗУ.
Это позволяет хранить большие программы и массивы данных на медленных, емких, но дешевых ЗУ, а в процессе обработки активно использовать сравнительно небольшую быструю память, увеличение емкости которой сопряжено с высокими затратами.
Если организация памяти и характер размещения в ней данных и команд удовлетворяет сказанному выше, иерархическая организация ведет к уменьшению общей стоимости при заданном уровне производительности.
Самый быстрый, но и минимальный по емкости тип памяти – это внутренние регистры ЦП, которые иногда объединяют понятием сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) или регистры общего назначения (РОНы).
Как правило, количество регистров сравнительно невелико, хотя в архитектурах с сокращенным набором команд их число может доходить до нескольких сотен.
Оперативное ЗУ (ОЗУ), значительно большей емкости, располагается несколькими уровнями ниже.
Между регистрами ЦП и оперативной памятью часто размещают кэш-память, которая по емкости ощутимо проигрывает ОЗУ, но существенно превосходит последнюю по быстродействию, уступая в то же время СОЗУ.
В большинстве современных ВМ имеется несколько уровней кэш-памяти, которые обозначают буквой L и номером уровня кэш-памяти.
Долговременное хранение больших объемов информации (программ и данных) обеспечивается внешними ЗУ, среди которых наиболее распространены запоминающие устройства на базе магнитных и оптических дисков, а также ЗУ на магнитной ленте.
Иерархическая структура памяти приводит к проблеме согласованности (когерентности), возникающей в многопроцессорных системах.
Например, если два процессора имеют общую ОП, но каждый имеет собственный КЭШ, необходимо сделать доступным для второго процессора изменения, внесенные первым процессором в свой КЭШ.
Аналогичная проблема возникает, если каждый процессор имеет свою ОП, но работают с общим дисковым пространством.
19.Способы организации оперативной памяти ЭВМ.
1) Блочная организация оперативной памяти
Емкость основной памяти современных ВМ слишком велика, чтобы ее можно было реализовать на базе единственной интегральной микросхемы (ИМС). Увеличение разрядности ЗУ реализуется за счет объединения адресных входов объединяемых ИМС ЗУ. Полученную совокупность микросхем называют модулем памяти. Один или несколько модулей образуют банк памяти.
Для получения требуемой емкости ЗУ нужно определенным образом объединить несколько банков памяти меньшей емкости. В общем случае основная память ВМ практически всегда имеет блочную структуру, то есть содержит несколько банков.
Помимо податливости к наращиванию емкости, блочное построение памяти обладает еще одним достоинством — позволяет сократить время доступа к информации. Это возможно благодаря потенциальному параллелизму, присущему блочной организации. Большей скорости доступа можно достичь за счет одновременного доступа ко многим банкам памяти.
Одна из используемых для этого методик называется расслоением памяти. В ее основе лежит так называемое чередование адресов (address interleaving), заключающееся в изменении системы распределения адресов между банками памяти.
2) Многопортовая оперативная память
Стандартное однопортовое ОЗУ имеет по одному входу адреса, данных и управления и в каждый момент времени обеспечивает доступ к ячейке памяти только одному устройству.
В отличие от стандартной ОП, в многопортовой памяти имеется несколько независимых наборов шин адреса, данных и управления, гарантирующих одновременный и независимый доступ к ОП нескольким устройствам.
Данное свойство позволяет существенно упростить создание многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем, где многопортовая ОП используется совместно.
20.Назначение, структурная организация КЭШ-памяти. Место КЭШа в структуре процессора.
Кэш-память — быстродействующая память, расположенная между ОП и процессором. В процессе работы в буферную память копируются те участки ОП, к которым производится обращение со стороны процессора. Выигрыш достигается за счет ранее рассмотренного свойства локальности. Кэш – это внутреннее ЗУ процессора, сравнительно небольшой емкости, хранящее копии каких-то областей ОЗУ. Назначение: Кэш-память служит для согласования скорости работы процессора и ОЗУ, при этом данные и команды поступают в процессор в основном из кэша.
Структурная организация:
· Внутренние (эффективное быстродействие и эффективная стоимость кэш-памяти);
· Внешние (время обращения и вероятность удачного обращения).
Взаимодействие процессора и кэш-памяти
При многоуровневой организации кэша, по крайней мере, первые уровни располагаются на кристалле процессора. Читая или записывая информацию, процессор в первую очередь обращается в кэш, и только если в кэше нет попадания, обращается к ОЗУ. Информация, прочитанная из ОЗУ, поступает в процессор и одновременно записывается в кэш. Что касается записи информации в кэш, то записывается она в ОЗУ или нет, определяется используемым алгоритмом согласования содержимого кэш и ОЗУ.
21.Архитектурные принципы фон-Неймана. Гарвардская архитектура.
Принципы фон неймана:
-
Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто. -
Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием. -
Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными. -
Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании. -
Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.
Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительным признаком которой является раздельное хранение и обработка команд и данных.
Типичные операции (сложение и умножение) требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий:
-
выборку двух операндов, -
выбор инструкции и её выполнение, -
и, наконец, сохранение результата.
Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных. В первом компьютере Эйкена «Марк I» для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры. Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие компьютера.
22. Структура компьютера и ее базовые компоненты
Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Базовая структура ЭВМ может быть представлена состоящей из шести основных частей: средства ввода, средства вывода, памяти, арифметико-логического устройства, устройства управления и интерфейсного блока.
В данной структуре под средствами ввода подразумеваются клавиатура, мышка, джойстик, сканер; средства ввода звуковой, видео информации и т. п.
Под средствами вывода подразумеваются принтеры, звуковые и видео карты и т.д.
В блок памяти включаются как оперативная память, так и внешние запоминающие устройства, такие как магнитные диски, оптические диски и магнитные ленты. Сюда же относится и флэш-память.
Важнейшим компонентом ЭВМ является центральный процессор. Упрощено он может быть представлен состоящим из трёх частей: операционного устройства (ОУ) или операционного блока (ОБ), устройства управления (УУ) и интерфейсного блока.
Операционное устройство (ОУ), называемое иногда блоком индексной или адресной арифметики, вычисляет адреса команд и операндов.
Устройство управления (УУ) предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в арифметико-логическом устройстве, а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.