Аппаратные средства вычислительной техники (290,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Книга 1 Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области историко-архивоведения в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 090103 «Организация и технология защиты информации» и 090104 «Комплексная защита объектов информатизации» Орел 2009

Стр.1

УДК 004.3 (075) ББК 32.973 – 018.2я7 А76 Рецензенты: доктор технических наук, профессор учебно-научного комплекса «Автоматизированные системы и информационные технологии» Академии Государственной противопожарной службы МЧС России Н.Г. Топольский, доктор физико-математических наук, декан факультета «Компьютерные системы и информационные технологии» Российского нового университета А.С. Крюковский А76 Аппаратные средства вычислительной техники: учебник для вузов / В.А. Минаев, А.П. Фисун, В.А. Зернов, В.Т. Еременко, И.С. Константинов, А.В. Коськин, Ю.А. Белевская, С.В. Дворянкин; под общей научной редакцией В.А. Минаева, В.А. Зернова, А.П. Фисуна. – Орел: ОрелГТУ, ОГУ, 2009. – 310 с. ISBN 978-5-93932-313-0 Системно изложены фундаментальные знания по современным про-цедурам обработки информации и основные принципы построения вычислительных средств и систем. Впервые раскрыты основы построения и перспективы развития аппаратных средств вычислительной техники во взаимосвязи с направлениями развития элементной базы вычислительной техники на основе внедрения нанотехнологий. Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальностям 090104 «Комплексная защита объектов информатизации», 090103 «Организация и технология защиты информации» и аспирантов, изучающих дисциплины «Аппаратные средства вычислительной техники» и «Вычислительная техника и программирование». Может быть использован студентами и аспирантами, изучающими автоматизированные системы обработки информации и управления, информационные телекоммуникационные системы и обеспечение их информационной безопасности, а также будет полезен преподавателям и специалистам этих систем. УДК 004.3 (075) БББК 32.973 – 018.2я7 ISBN 978-5-93932-313-0  ОрелГТУ, 2009  ОГУ, 2009 2

Стр.2

СОДЕРЖАНИЕ СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 1 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ И СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ Глава 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ 1.1. Кодирование как процесс представления информации в цифровом виде 1.2. Системы счисления, применяемые в ЭВМ 1.3. Основные характеристики позиционной системы счисления 1.4. Методы перевода чисел систем счисления 1.5. Выбор системы счисления 1.6. Формы представления чисел с фиксированной и плавающей запятой 1.6.1. Естественная форма представления чисел с фиксированной запятой 1.6.2. Представление чисел с плавающей запятой Глава 2. ВЫПОЛНЕНИЕ АРИФМЕТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ 2.1. Выполнение арифметических операций с числами с фиксированной и плавающей запятой 2.2. Правила арифметики двоичных чисел 2.3. Коды: прямой, обратный, дополнительный и модифицированный при выполнении операций с отрицательными числами Контрольные вопросы 14 14 14 19 21 23 26 30 30 33 37 37 38 41 44 8 9 10 3

Стр.3

РАЗДЕЛ 2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ Глава 3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 3.1. Первое поколение ЭВМ 3.2. Появление концепции хранимой программы 3.3. Отечественные ЭВМ первого поколения 3.4. Второе поколение ЭВМ 3.5. Отечественные ЭВМ второго поколения 3.6. Третье поколение ЭВМ 3.7. Отечественные ЭВМ третьего поколения 3.8. Четвертое поколение ЭВМ 3.9. Отечественные ЭВМ четвертого поколения Глава 4. ТЕРМИНОЛОГИЯ 4.1. Электронная вычислительная машина 4.2. Вычислительная система 4.3. Архитектура ЭВМ 4.4. Структура ЭВМ 4.5. Узел (агрегат) ЭВМ 4.6. Элемент ЭВМ Глава 5. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭВМ 5.1. Быстродействие 5.2. Производительность 5.3. Надежность 5.4. Точность 5.5. Достоверность 5.6. Безопасность 5.7. Функциональные характеристики Глава 6. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 6.1. Классификация СВТ по принципу действия 6.2. Классификация СВТ по сфере применения 6.3. Классификация СВТ по производительности 6.3.1. СуперЭВМ 6.3.2. Большие ЭВМ 4 46 46 47 49 51 55 57 63 66 68 70 72 72 72 72 73 73 73 74 74 75 75 76 76 76 77 78 78 79 80 80 81

Стр.4

6.3.3. Мини-ЭВМ 6.3.4. МикроЭВМ 6.3.5. Встраиваемые микропроцессоры 6.3.6. Сравнительные характеристики классов СВТ по производительности 6.4. Классификация СВТ по классу обрабатываемых задач 6.5. Классификация СВТ по типам структур вычислительных машин и систем 6.6. Классификация вычислительных систем Глава 7. БАЗОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ЭВМ 7.1. Базовые функции и основные операции 7.2. Структурная и функциональная организация ЭВМ Глава 8. КОНЦЕПЦИЯ МАШИНЫ С ХРАНИМОЙ В ПАМЯТИ ПРОГРАММОЙ 8.1. Принцип двоичного кодирования 8.2. Принцип программного управления 8.3. Принцип однородности памяти 8.4. Принцип адресности 8.5. Недостатки архитектуры фон Неймана и направления повышения эффективности функционирования ЭВМ Глава 9. МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭВМ 9.1. Этапы реализации обобщенного алгоритма в виде модели функционирования ЭВМ 9.2. Логика взаимодействия узлов и элементов, дополняющая и детализирующая модель функционирования ЭВМ Глава 10. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ ЭВМ 10.1. Процессор 10.2. Запоминающие устройства 10.3. Устройства ввода-вывода 10.4. Система шин (магистралей) 10.5. Системная плата Глава 11. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ 11.1. Типовые структуры вычислительных машин 11.1.1. Структура ЭВМ с непосредственными связями 11.1.2. Структура ЭВМ на основе общей шины 5 82 83 84 84 84 86 86 88 88 90 94 95 96 97 97 97 99 99 104 107 107 109 113 114 118 124 124 124 125

Стр.5

11.2. Типовые структуры вычислительных систем по способу организации памяти 11.2.1. Структура ВС с общей памятью 11.2.2. Структура ВС с распределенной памятью 11.2.3. ВС с неоднородным доступом к памяти 11.3. Архитектура специализированных вычислительных комплексов 11.3.1. Архитектура ЭВМ для работы с базами данных и знаний 11.3.2. Архитектура ЭВМ для систем логического вывода 11.3.3. Архитектура ЭВМ для обработки графической информации 11.3.4. Архитектура ЭВМ, ориентированная на программное обеспечение 11.4. Особенности организации защищенных ЭВМ, обеспечивающих безопасность обрабатываемой информации Контрольные вопросы РАЗДЕЛ 3 ПРОЦЕССОРЫ И СИСТЕМА ПАМЯТИ Глава 12. ПРОЦЕССОРЫ 12.1. Обобщенная архитектура и модель функционирования процессора 12.1.1. Основные понятия и определения 12.1.2. Система машинных команд 12.1.3. Типы архитектур процессоров 12.1.4. Микропроцессорная техника и структура микропроцессора 12.1.5. Модель функционирования центрального процессора 12.2. Технологии повышения производительности процессоров 12.2.1. Конвейерная обработка команд 12.2.2. Суперскалярные микропроцессоры 12.2.3. Кэш-память 12.2.4. Прогнозирование ветвлений 6 142 142 142 142 144 153 157 165 169 171 178 181 187 126 127 129 130 130 130 132 133 134 135 138

Стр.6

12.2.5. Исполнение с изменением последовательности и подмена регистров 12.2.6. Спекулятивное исполнение 12.2.7. Промышленные линии микропроцессоров 12.2.8. Криптопроцессоры Глава 13. СИСТЕМА ПАМЯТИ ЭВМ 13.1. Иерархия системы памяти 13.2. Иерархия запоминающих устройств 13.2.1. Основные положения 13.2.2. Назначение и классификация запоминающих устройств 13.2.3. Основные характеристики запоминающих устройств 13.3. Основная память 13.3.1. Статические запоминающие устройства 13.3.2. Динамические запоминающие устройства 13.3.3. Типы синхронной динамической памяти 13.3.4. Характеристики основной памяти 13.3.5. Постоянные запоминающие устройства 13.4. Внешние запоминающие устройства 13.4.1. Запоминающие устройства на магнитных дисках 13.4.2. Запоминающие устройства на твердотельной памяти 13.4.3. Запоминающие устройства на магнитных лентах 13.4.4. Магнитооптические запоминающие устройства 13.4.5. Оптические запоминающие устройства 13.5. Сравнительные характеристики запоминающих устройств 13.6. Системы и сети хранения 13.6.1. Системы хранения данных 13.6.2. Сети хранения данных Контрольные вопросы Литература 188 189 189 191 194 194 195 195 197 201 203 206 211 215 227 229 234 236 246 246 248 249 258 259 261 282 289 297 7

Стр.7