Вычислительные машины (ВМ) и вычислительные системы (ВС) используются для работы с информацией. Информация – сведения о событиях, процессах, объектах, являющиеся предметом восприятия, передачи, преобразования, хранения. Предмет исследования информатики – информационные технологии, а вычислительной техники – ВМ, вычислительные комплекты (ВК), ВС, сети. ВМ и ВС предназначены для автоматизации процессов обработки, хранения и передачи информации. ВМ относятся к сложным системам, при их описании и проектировании используются понятия и принципы, определенные в общей теории систем: система, алгоритм, функция, структура, функциональная и структурная организации. Система – это совокупность элементов или устройств, соединенных между собой для достижения определенной цели. Среди систем выделяют сложные системы. Это качественное понятие. Перечислим основные отличительные признаки сложных систем. Большая размерность – большое число элементов: сотни, тысячи. Разнородность элементов и узлов, как следствие этого – отсутствие единого математического аппарата для описания поведения этих элементов и узлов. Многокритериальность при оптимизации выбора вариантов построения системы. Вычислительная машина – это система, выполняющая заданную, четко определенную последовательность операций (программу) в соответствии с выбранным алгоритмом обработки информации. Алгоритм – набор предписаний, однозначно определяющий содержание и последовательность выполнения действий для систематического решения задачи. Для алгоритма можно выделить семь характеризующих его параметров: совокупность возможных исходных данных, совокупность возможных результатов, совокупность возможных промежуточных результатов, правило начала процесса обработки данных, правило непосредственной обработки, правило окончания процесса, правило извлечения результата. Алгоритм должен обладать свойствами массовости и результативности. Массовость – применимость для решения задачи с любым набором исходных данных из совокупности возможных, результативность – получение результата из совокупности возможных за конечное число шагов. Для наглядного представления ВМ и ВС изображаются в виде схем, состоящих из блоков и связей между ними. Такие схемы (функциональная, структурная) представляют собой ориентированный граф, вершины которого – блоки. В функциональной схеме блоки выделяются по функциональному признаку в ходе функциональной декомпозиции. В структурной схеме блоки соответствуют конструктивным компонентам – устройствам, конструктивным узлам, интегральным схемам. В частном случае отдельные блоки функциональной и структурной схем могут совпадать. С каждым блоком связаны входы, выходы и функция. Функция определяем алгоритм работы блока, т.е. правила получения выходных последовательностей по входным последовательностям. Структура показывает, как устроен блок, раскрывая его в виде схемы, содержащей блоки более низкого уровня иерархии. Структурная организация – это представление системы (блока) в виде схемы, содержащей реально реализуемые устройства, узлы, элементы. Решению задачи на ВМ предшествуют алгоритмизация и программирование. Алгоритмизация – реализация причинно-следственных связей и других закономерностей в виде направленного процесса обработки информации по формальным правилам. Программирование – разработка программ для ВМ, реализующих заданный алгоритм. В ВМ управление процессами ввода, вывода и обработки информации осуществляется на основе программ. Программа – алгоритм, записанный в виде последовательности машинных команд – кодов, соответствующих некоторым соглашениям, принятым при разработке ВМ. Существуют два типа ВМ: аналоговые (АВМ) и цифровые (ЦВМ). В АВМ для представления информации используются непрерывные физические величины, чаще всего напряжение. В ЦВМ информация представлена двоичными кодами. При этом каждый разряд принимает два значения из набора {0, 1}. Для представления двоичной переменной используется дискретный сигнал. ЦВМ являются более универсальным средством обработки информации и по ряду наиболее важных общетехнических показателей превосходят АВМ. Поэтому они получили более широкое распространение. Способы представления информации в вычислительных машинах Функциональные схемы ВМ и вычислительных устройств состоят из блоков, каждый из которых является преобразователем информации. Информация на входах и выходах блоков представлена сигналами. Сигнал – это носитель информации в виде изменяющейся во времени физической величины, обеспечивающий передачу данных. Сигнал называется дискретным, если параметр сигнала может принимать лишь конечное число значений. В настоящее время подавляющее большинство преобразователей информации представляют собой электронные схемы, содержащие соединенные определенным образом между собой электронные ключи – вентили . Эти электронные схемы реализуются и использованием технологий современной микроэлектроники в виде ИС. ИС может содержать от нескольких единиц до нескольких миллионов вентилей. Для работы ИС к ней подводится напряжение питания. При этом сигналы в ИС представлены уровнем напряжения. Для представления сигналов приняты всего два непересекающихся уровней диапазона уровней напряжения. При напряжении питания 5 В: диапазон 0 – 0.4 В, соответствующий логическому значению сигнала «0», и диапазон 5 – 2.4 В, соответствующий значению сигнала «1». Информацию, представленную в закодированном виде и используемую в устройствах ВМ, называют данными . Данные разбиваются на составляющие, называемые элементами данных. Элементы данных имеют различные типы . Примеры типов данных: целые и вещественные числа, логические (булевы) переменные. Для представления различных типов данных с использованием двоичных переменных применяют кодирование. Код – это система условных знаков (символов) и правил их интерпретации, используемая для представления информации в виде данных. Информация в ВМ представлена в виде кодов определенной фиксированной длины (машинных слов). Представленную таким образом информацию называют данными. Основные принципы организации вычислительных машин и систем. Принципы организации вычислительного процесса, используемые и в большинстве современных ВМ, базируется на концепции Дж.фон Неймана, выдвинутой им во второй половите 40-х гг. ХХ в. Согласно этой концепции определена автономно работающая ВМ, содержащая устройство управления, арифметико-логическое устройство (АЛУ), память и устройства ввода-вывода. (рис. 1) Для организации ВМ предложены следующие принципы:
Стандарты компьютеров, которые были широко определены отраслевым или стандартизационным органом, как правило, имеют более широкие возможности для широкого использования, чем запатентованные компоненты или интерфейсы. Стандарты предлагают покупателям больше выбора, совместимости и безопасности инвестиций. Однако производители оборудования страдают от того, что они вряд ли могут отделиться от конкуренции. Постоянно падающие цены с одновременным увеличением производительности хороши для клиентов. Это создает рыночную среду, в которой производители и дилеры очень сложны.
Двоичное кодирование информации, разделение ее на слова фиксированной разрядности.
Линейно-адресная организация памяти (N ячеек по n разрядов). Аппаратные средства для записи, хранения и чтения слова из n двоичных разрядов называют ячейкой памяти. Ячейки пронумерованы по порядку (0, 1, … , N-1). Номер ячейки – адрес. В командах программы адрес является именем (идентификатором) переменной, хранящейся в соответствующей ячейке.
Компьютерная индустрия считается рынком с самым низким запасом. Эрозия цен для стандартных компонентов чрезвычайно быстрая. Совместимость означает совместимость или совместимость. Если два устройства совместимы друг с другом, но одно устройство улучшено или расширено, то оно называется снизу или вверх совместимо. Обратная совместимость - это то, что работает со старым компонентом. Улучшенная совместимость - это то, что работает вместе с более новым компонентом. Две программы - это данные, совместимые друг с другом, если они могут получать аналогичные входные данные и предоставлять аналогичные выходные данные.
Представление алгоритма программой, состоящей из команд. Команда является предписанием, определяющим шаг процесса выполнения программы. Она содержит код операции, адреса операндов и другие служебные коды.
Хранение команд и данных в одной памяти. Различие их заключается только в способе использования и интерпретации считанного из памяти слова.
Они функционально совместимы друг с другом, если они производят одинаковые выходные значения с одних и тех же входных значений. Два устройства совместимы друг с другом, когда они подключены к одним и тем же разъемам, или они функционально совместимы друг с другом, если они могут выполнять одни и те же функции. Например, диски для съемного и массового хранения функционально совместимы. Но он существует во внешнем и внутреннем исполнении. Это означает, что, хотя они несовместимы друг с другом, их функция одинакова.
Два компьютера совместимы друг с другом, когда оба могут запускать одни и те же программы. Со временем химия стала важной наукой для современной жизни, внедряя инновации, которые так присутствуют в наши дни, что мы даже не замечаем ее присутствия. В то же время технологическое развитие позволило достичь этих результатов за меньшее время и с большей эффективностью. Один из примеров - квантовые вычисления.
Вычислительный процесс организуется как последовательное выполнение команд в порядке, определяемом программой.
Жесткость архитектуры – неизменность в процессе работы ВМ, ее структуры, списка команд, методов кодирования данных.
При работе ВМ наиболее интенсивное взаимодействие осуществляется между АЛУ и устройством направления. С развитием элементной базы в целях повышения производительности за счет уменьшения задержек в связях эти устройства объединили в один блок, называемый процессором . Процессор считывает и выполняет команды программы, организует обращение к оперативной памяти (ОП), в нужных случаях инициирует работу устройства ввода-вывода. Устройство для ввода преобразует входные сигналы в сигналы, принятые для представления данных на шине, соединяющей устройство ввода с АЛУ. В памяти хранятся команды и данные, которыми оперирует процессор. В нее же записываются результаты промежуточных вычислений. Результаты выполнения программы поступают в устройство вывода. Устройство вывода преобразует выходные сигналы в форму, удобную для восприятия человеком (тексты, графические образы и др.) Выборка команды из памяти и ее выполнение циклически повторяются. Цикл включает следующие фазы: выборку, дешифрацию и исполнение. В фазе выборки команды содержимое ячейки памяти, адресуемое специальной схемой устройства управления (программным счетчиком), выбирается из памяти и помещается в специальный регистр процессора, называемый регистром команд. В фазе дешифрации код команды из регистра команд поступает в дешифратор команд процессора и преобразуется в последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих настройку АЛУ для выполнения функции, определяемой командой. После этого в устройстве управления формируется адрес следующей команды. Следующей является фаза исполнения. После выполнения команды происходит возврат к первой фазе – выборки следующей команды.
Традиционные компьютеры имеют ограничения при расчете свойств молекул, содержащих больше водорода и гелия. Результатом стал самый большой успешный тест, когда-либо завершенный на квантовом компьютере. Таким образом, будет возможно одновременное выполнение большего количества вычислений, что полезно для решения сложных систем. Из семи кубитов процессора было моделировано поведение нескольких молекул: водородный газ, гидрид лития и гидрид бериллия.
Поэтому исследователи надеются, что квантовые компьютеры могут в будущем имитировать еще более крупные молекулы. Это может быть полезно при поиске новых лекарств, например. Другим созданием, созданным союзом химии с технологией, являются молекулярные роботы. Их можно запрограммировать на перемещение молекулярных зарядов, используя крошечную роботизированную руку, или присоединиться к этим зарядам, чтобы сформировать новые молекулы и химические соединения. Сформированный только 150 атомами углерода, водородом, кислородом и азотом, индивидуальный наноробот способен манипулировать одной молекулой за раз.
Базовая функциональная схема компьютера PC
Базовая функциональная схема компьютера PC (рис. 2) содержит четыре основных функциональных устройства: процессор, основную память, устройства ввода-вывода (УВВ или периферийные устройства), системную шину (СШ). СШ содержит три группы соединительных линий, которые называются шиной адреса (ША), шиной данных (ШД) и шиной управления (ШУ). Разрядность ША, ШД, ШУ, порядок взаимодействия устройств, уровни и последовательности сигналов в СШ стандартизированы. К основным УВВ относятся: клавиатура, мышь, монитор (дисплей), винчестер – накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД или ЖД) Hard Disk Drive (HDD), дисковод для гибких магнитных дисков Floppy Disk Drive (FDD), принтер.
Все вещество состоит из атомов, и это основные строительные блоки, которые составляют молекулы. Затем робот отвечает на ряд простых команд, которые запрограммированы с помощью химических входов, - сказал профессор Дэвид Ли из Манчестерского университета. В будущем эти роботы могут использоваться в медицинских целях, в передовых процессах селективного химического производства и даже на промышленных сборочных линиях.
Молекулярная робототехника представляет собой лучшую миниатюризацию техники. Наша цель - разработать и сделать мельчайшие машины возможными. Это объясняется не только новой волной инноваций, но и конвергенцией потребительских и бизнес-технологий. Разрыв между основными технологиями и профессиональными технологиями все больше сокращается.
Компьютеры PC построены с использованием основных принципов Дж.фон Неймана, изложенных выше. Управление вычислительным процессом осуществляет процессор – Central Processing Unit (CPU). ОП имеет линейно-адресную организацию. Адреса являются именами данных, которые используются в командах программ. Множество адресов, используемых в командах, образует адресное пространство (АП). Обмен информацией между устройствами по СШ называют внутримашинным обменом. В любом обмене участвуют как минимум два устройства: активное (источник) и пассивное (приемник). В PC для организации внутримашинных обменов используют два адресных пространства: АП ОП и АП УВВ. Шиной (магистралью) в ВМ называют совокупность линий передачи сигналов, к которым параллельно может подключаться несколько блоков. По шине передаются адреса, данные и управляющие сигналы. Физически шина представляет собой печатные проводники, к которым подключаются одноименные входы-выходы различных блоков ВС. ША служит для адресации ячеек памяти и регистров (портов) внешних устройств, с которыми взаимодействует процессор. Адрес по шине подается во все подключенные к ней устройства. Все устройства содержат селекторы адреса, с помощью которых распознают собственный адрес. На обращение по шине реагирует только адресуемое устройство. Именно оно по сигналу от селектора адреса воспринимает управляющие сигналы, передаваемые по ШУ, и реализует соответствующие операции. Различают два типа информационного обмена по СШ: ввод (чтение) и вывод (запись). Передача данных в процессор называется вводом, а от процессора – выводом. При обмене активное устройство (чаще всего процессор) формирует код адреса, соответствующий номеру ячейки в ОП либо номеру порта, используемого для временного хранения одного слова данных. По ШД производится обмен данными между процессором, памятью и УВВ, подключенными к шине. ШД – двунаправленная. По этой шине процессор имеет возможность как передавать информацию в другие устройства, так и получать информацию от других устройств. В каждый конкретный момент времени информация по двунаправленной ШД может передаваться только в одном направлении, поэтому необходимо иметь специальные сигналы, указывающие это направление. Такие управляющие сигналы вырабатывает процессор. Эти сигналы определяют «режим обмена» по шине. Все управляющие сигналы передаются по ШУ, в которой большинство линий – однонаправленные, а некоторые – двунаправленные. Управляющие сигналы передаются во все блоки ВМ, подключенные к шине, настраивая их на нужный режим работы. Для уменьшения затрат времени на информационный обмен между ОП и процессором включают буферную кэш-память. Первый уровень кэш-памяти расположен на кристалле современного процессора, второй уровень – на кристалле процессора или в непосредственной близости от этого кристалла. При этом обмен с ОП происходит не отдельными словами, а пакетами слов, что позволяет более эффективно использовать разделяемый ресурс – шину. Применительно к задачам информационного взаимодействия различных устройств используется понятие «интерфейс» Под интерфейсом (Interface – сопряжение) понимается совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, используемых для реализации информационного взаимодействия функциональных блоков в ВМ (ПК). Понятие «интерфейс» используется во всех устройствах ВМ: процессора, СШ, ОП, периферийных устройств. Для согласования интерфейсов СШ и периферийных устройств используют аппаратные средства (адаптеры или контроллеры), размещаемые на печатных платах расширения. Контроллер отличается от адаптера тем, что он является активным устройством, т.е. устройством, способным к самостоятельным действиям без участия процессора после получения команд от обслуживающих его программ. Интерфейсные блоки (адаптеры, контроллеры, интерфейсные карты) являются буфером между периферийными устройствами и процессором. Они содержат регистры (порты), которым соответствуют определенные адреса в АП ввода-вывода. Буфер требуется для преобразования форматов представления данных и скорости передачи, свойственных периферийным устройствам, в форматы и скорости, с которыми работает процессор компьютера. Для организации информационного обмена с периферийными устройствами используются три способа:
Другие более конкретные технологии изменят способ работы компаний. Это относится к контекстно-зависимым вычислениям, интеграции корпоративных приложений, платформам с низким кодом, интеллектуальным агентам, адаптивной кибербезопасности, архитектуре микросервисов, контекстуализации и вычислениям тумана.
Среди перечня технологий, подробно описанных ниже, некоторые из них по-прежнему развиваются в отделах НИОКР и инкубаторах запуска. Другие были в центре внимания в течение года или двух и продолжают развиваться быстрыми темпами. В любом случае, важно, чтобы компании внимательно следили за этими различными технологиями, для цифровой трансформации, позволяющей им быть лидерами в своих соответствующих секторах.
программный опрос, в этом случае инициатором обмена выступает процессор, который при необходимости обращается к регистрам периферийных устройств (портам) по соответствующим адресам;
обмен с прерыванием программы (он реализуется с помощью механизма аппаратных прерываний, который обеспечивает реакцию компьютера на асинхронные события по запросам периферийных устройств);
Преимущества включают улучшенную масштабируемость, повышенную надежность, снижение затрат, повышение отказоустойчивости и простоту развертывания. Согласно недавнему опросу, треть компаний использует их сегодня. Они также являются важным способом сохранить позицию цифрового лидера, адаптируя образование и обучение к темпам прогресса и технологическим изменениям. Цифровые инструменты обучения и адаптивное обучение получают очень положительные отзывы. Сети решений также позволяют различным компаниям в той же отрасли делиться своими знаниями.
передача информации в режиме прямого доступа к памяти – Direct Memory Access (DMA).
инициализация и начальное тестирование аппаратных средств, эти функции выполняет программа POSTYLE="– Power On Self Test;
Общественное облако: на данный момент несколько компаний полностью перешли на общественное облако. Однако данные, как представляется, указывают на то, что это общая тенденция и что это решение для хранения данных. Менее усыновленный, облако облаков имеет самый быстрый рост.
Управление цифровым опытом. Создавайте последовательный, организованный и эффективный пользовательский интерфейс по всем цифровым каналам и одной из самых современных бизнес-задач. Успешное развитие полностью интегрированного цифрового опыта по-прежнему является сложной задачей, но может принести реальные выгоды.
настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов – BIOS Setup;
обслуживание аппаратных прерываний – BIOS Hardware Interrupts;
отработка базовых функций программных обращений (сервисов) к системным устройствам – ROM BIOS Services.
Влияние технологии производства интегральных схем на архитектуру и характеристики вычислительных машин и систем
В режиме реального времени, облегченный обмен каналами, подключенный ко многим сторонним приложениям, должен постепенно превалировать над профессиональными социальными сетями. Гибридное облако: согласно последним данным, гибридное облако в настоящее время является самым популярным в бизнесе. Он используется 71% компаний, против 18% для публичного облака и 6% для частного облака. Его преимуществами являются масштабируемость, контроль, стоимость, безопасность и возможность быстрой передачи данных в общедоступное облако.
Социальный бизнес: использование социальных инструментов для укрепления отношений с клиентами является серьезной проблемой для бизнеса сегодня. Машиноведение и искусственный интеллект. Массивные инвестиции в искусственный интеллект указывают на богатое будущее для этой технологии.
Структура ВМ и ВС и организация вычислительного процесса существенно зависят от функциональной организации и распределения функций между блоками. А это, в свою очередь, в значительной мере определяется функциональной емкостью СБИС. Из теории и практики современных СБИС известно, что основную площадь на кристалле занимают не сами логические элементы, а связи между ними. Быстродействие схем также в основном ограничивается задержками в связях. Развитие технологии СБИС позволяет все большее число элементов и связей перенести на уровень кристалла, обеспечивая снижение стоимости, повышение быстродействия и надежности. По мере увеличения уровня интеграции и функциональных возможностей СБИС в развитии архитектуры прослеживаются следующие тенденции:
Связанный с виртуальными валютами, такими как биткойн, блокчайн - одна из самых популярных технологий последних лет. Теперь крупные финансовые и страховые компании пытаются использовать эту технологию для обеспечения нового уровня прозрачности и безопасности транзакций. Инвестиции в блокхейн сейчас составляют более 1, 1 миллиарда долларов.
Большие данные и наука о данных: большие данные сейчас повсюду, но большинство компаний по-прежнему изо всех сил пытаются использовать аналитические методы стратегически и эффективно. Например, многие компании собирают информацию, которую они не могут позволить себе позже. Столько всего предстоит сделать.
Перенос функций часто работающего системного ПО на аппаратные средства;
широкое использование методов параллельной обработки на всех уровнях организации вычислительного процесса;
расширение сферы использования специализированных и функционально ориентированных процессоров;
снижение относительных затрат времени на коммутацию в сравнении с обработкой.
Интернет Вещей: началась эра Интернет Вещей. Связанные объекты могут позволить компаниям поддерживать пожизненное обязательство со стороны своих клиентов и полагаться на собранные данные для принятия решений. Виртуальная и расширенная реальность: для того, чтобы быть действительно полезными в корпоративном мире, виртуальным и дополненным реальным устройствам приходится преодолевать проблемы с форм-фактором, которые слишком громоздки и разрешение экрана слишком низкое. Однако эти ограничения должны быть скоро превышены.
Трехмерная печать: трехмерная печать позволит компаниям производить в реальном времени все объекты, необходимые компаниям. Быстрые данные. Скорость разработки, низкая стоимость и отсутствие технического обслуживания - это ключевые преимущества, которые могут позволить использовать более контекстные приложения для удовлетворения потребностей ИТ-индустрии.
Введение в функциональную организацию процессора
Процессором называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки цифровой информации в ВМ и программное управление этим процессом. Процессор занимает нейтральное место в структуре ВМ. С его помощью осуществляется управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ВМ. Процессор считывает и выполняет команды программы, организует обращение к оперативной памяти, в нужных случаях инициирует работу периферийных устройств, воспринимает и обслуживает запросу прерываний, поступающие из устройств ВМ и извне. Процессоры современных ВМ в большинстве случаев реализуют на одном кристалле с использованием технологии СБИС. Соответствующую интегральную схему называют микропроцессором. Понятие МП в функциональном отношении совпадает с понятием процессор и отражает лишь особенности, связанные с использованием технологии СБИС при его реализации. Основным достоинством МП являются программируемость, дешевизна, малые габариты и вес, надежность, простота эксплуатации. Уже первые использования МП определили два основных направления их применения: использование МП в качестве центральных процессоров - ВМ и реализация на базе МП встраиваемых систем управления различными объектами. В самом общем случае функциональную схему МП можно представить в виде композиции трех функциональных блоков: операционного блока (ОБ), блока управления и интерфейсного блока. (Рис. 4) Кроме них в состав микропроцессора могут входить блок прерывания, блок защиты памяти, блоки контроля, диагностики и др. Операционный блок. Предназначен для выполнения некоторого функционально полного набора логических и арифметических операций. Как правило, в его состав входят АЛУ, буферные регистры операндов, регистр результата (аккумулятор), регистр признаков и блок регистров общего назначения (РОН). Комбинационная схема, являющаяся основой АЛУ, содержит двоичный сумматор и набор логических схем. В АЛУ выполняются несколько простейших арифметических (сложение, вычитание) и поразрядных логических (И , ИЛИ , НЕ и др.) операций. В многоуровневой организации вычислительного процесса указанные операции реализуются на уровне регистровых передач между источниками операндов и приемником результата. Операции по обработке данных, для которых в ОБ отсутствуют аппаратные средства, выполняют программно с помощью процедур. Такие процедуры реализуются в виде последовательности простых операций ОБ, т.е. выполняются на более высоком уровне организации вычислительного процесса, чем уровень регистровых передач. Кроме универсального АЛУ МП может содержать одно или несколько специализированных АЛУ: блоки аппаратного умножения и деления. А также блоки для выполнения операций с плавающей точкой. Важной соствавляющей ОБ современных МП является блок внутренней памяти, реализованный в виде набора программно доступных регистров, разываемых регистрами общего назначения (РОН). Время обращения к РОН меньше, чем к любым другим устройствам памяти, поэтому память на РОН называется сверхоперативной, а устройство, в виде которого она реализована - сверхоперативным запоминающим устройством. (СОЗУ). Число РОН в МП невелико (6 - 16), тем не менее их наличие существенно ускоряет выполнение операций. При наличии блока РОН операнды команд могут размещаться в одной из двух запоминающих сред - основной памяти или СОЗУ. Использование СОЗУ позволяет исключить значительную часть обращений МП к ОП через общую системную шину. С одной стороны, это повышает производительность за счет более быстрого обращения к СОЗУ, с другой стороны, появляется возможность параллельно с работой МП использовать системную шину для обмена информацией между другими устройствами ВМ. Используя специальные команды, пользователь может либо записывать информацию в РОН, либо считывать ее из РОН при выполнении различных арифметических и логических операций. Число, назначение и разрядность регистров блока РОН в различных МП могут существенно отличаться. В использовании РОН имеются два крайних подхода. При первом подходе, реализуемом в МП компании Motorola, почти все регистры МП выполняют абсолютно одинаковые функции, т.е. Являются универсальными и взаимозаменяемыми. При втором подходе, характерном для МП компании Intel, многие регистры наряду с возможностью использования в качестве универсальных в некоторых командах могут выполнять специфические функции, закрепленные за этими регистрами. Специализация регистров при выполнении наиболее часто используемых операций позволяет в соответствующих командах не указывать их адреса, что обеспечивает уменьшение необходимой для управления информации и более компактное кодирование команд. В частности, конкретные регистры МП Pentium используются в командах умножения и деления. Управления циклами, ввода-вывода, при табличных преобразованиях, в стековых и сдвиговых операциях. В большинстве ранних моделей МП один из общих регистров выделялся в качестве главного регистра. Наделение главного регистра, называемого аккумулятором, или регистром результата, особыми функциями позволяло реализовать ОБ в виде одноадресного устройства. В таком ОБ один из исходных операндов арифметических и логических операция обязательно должен размещаться в аккумуляторе и в него же помещается результат. Другой операнд названных операций может находиться в памяти или РОН. Входные данные поступают в аккумулятор с внутренней шины МП, а аккумулятор, в свою очередь, может посылать данные на эту шину. Функциональные возможности ОБ, содержащего аккумулятор (рис. 4), достаточно широки. Рассмотрим основные микрооперации. Содержимое любого РОН или ячейки памяти по внутренней шине данных может быть передано через аккумулятор в буферный регистр или напрямую в регистр-сдвигатель. АЛУ обеспечивает выполнение арифметических и логических операций над содержимым регистра-сдвигателя и буферного регистра с записью результата в аккумулятор, а признаков - в регистр признаков. Из аккумулятора результат операции может быть передан в любой РОН или ячейку памяти. Операция сдвига содержимого любого РОН выполняется последовательно передачей слова из РОН в сдвигающий регистр, сдвига этого слова и последующей записи преобразованного слова в тот же регистр РОН. Операции над словами с повышенной разрядностью реализуются путем программно последовательной обработки отдельных частей многоразрядных слов. Для обеспечения возможности обработки данных с разрядностью, превышающей разрядность АЛУ и регистров, в структуре ОБ, предусмотрены два дополнительных триггера: Tr1 и Tr2. С их помощью осуществляется запоминание сигналов арифметического переноса из АЛУ и выходного бита переноса регистра сдвига. Например, с помощью 8-разрядного МП сравнительно просто осуществляется арифметическая обработка 24-разрядных слов. Для этого выполняют три цикла обработки 8-разрядных частей этих слов. Признаки операций АЛУ (флаги), характеризующие результаты вычислений, запоминаются в одноименных флагах регистра признаков. Типичными признаками являются: нулевой результат, наличие переноса, переполнение, четность, знак и некоторые другие. Флаг нулевого результата ZF (Zero Flag) устанавливается в «1» при нулевом значении результата. При ненулевом результате ZF = 0. Флаг переноса CF (Carry Flag) запоминает значение переноса (заема) при сложении (вычитании) операндов. В некоторых МП флаг CF также используется для запоминания выдвигаемого бита при сдвиге операнда. Флаг переполнения OF (Overflow Flag) фиксирует переполнение разрядной сетки результата при выполнении операции со знаковыми числами. Переполнение происходит только тогда, когда коды слагаемых имеют одинаковые значения знаковых разрядов, а код суммы имеет другое значение знакового разряда. Для определения переполнение OVR используют логическую операцию XOR (исключающее ИЛИ ) над значениями переносов в знаковый разряд C s-1 из знакового разряда C s В соответствии с этим выражением переполнение возникает, если перенос в знаковый разряд C s-1 не совпадает со значением переноса из знакового разряда C s Флаг четности или паритета PF (Parity Flag) фиксирует наличие четного числа единичных разрядов в младшем байте результата операции. Флаг четности часто используют при контроле правильности передачи данных. Флаг знака SF (Sign Flag) дублирует значение старшего бита результата. Флаг SF при использовании дополнительного кода соответствует знаку числа. В большинстве случаев признаки результата используются для программного управления последовательностями выполняемых команд при разветвлениях и циклах. Среди РОН часто выделяют регистры, используемые в качестве базовых и индексных регистров. В ряде способов адресации содержимое указанных регистров участвует в формировании исполнительных адресов операндов в памяти. Блок управления . В процессе выполнения программы блок управления (рис. 4) координирует работу всех блоков МП и микропроцессорной системы в целом. С помощью блока управления формируются управляющие сигналы, необходимые для организации обмена информацией с внешними устройствами, и обеспечивается выборка команд программы из памяти. В целом блок управления выполняет следующие действия:
Предлагая все доступные по требованию, мгновенно доступные ИТ-решения имеют много преимуществ с точки зрения стоимости, работоспособности и эластичности. Компании должны будут внимательно изучить эти новые решения. Когда пользователь приходит на сайт или в приложение, он должен теперь наслаждаться полностью персонализированным опытом.
Контекстуальные вычисления. В настоящее время компьютерные технологии требуют создания и связывания контекста между различными приложениями. Искусственный интеллект, вместо постоянных решений потенциальных проблем безопасности, внедряется в продукты компьютерной безопасности, чтобы динамически исследовать и заполнять уникальные пробелы.
считывает и запоминает текущую команду;
формирует адрес следующей команды;
реализует выполнение по тактам алгоритма поступившей команды;
управляет обменом информацией с внешними устройствами по системной шине.
формировать выходные сигналы на шинах адреса, данных и управления в режиме вывода;
Многие потребители теперь хотят, чтобы компании предлагали разговорный опыт. Туманные вычисления: иногда называемые Интернетом всего, облачные вычисления относятся к использованию облачного взаимодействия между конечными пользователями для лучшей производительности без необходимости доступа к удаленным центрам обработки данных. Эта технология позволит использовать новые типы приложений.
Эти технологии будут использоваться в этом году ИТ-отделами, а также другими подразделениями компаний. Теперь задача будет заключаться в том, чтобы профессионалы могли непосредственно адаптироваться к технологическим изменениям, чтобы не покидать гонку.
формировать выходные сигналы адреса и управления и считывать сигналы с шины данных в режиме ввода;
Синхронизировать процессы внутри процессора и на системной шине;
реализовывать стандартный для системной шины протокол обмена.
Под вычислительной техникой принято также понимать науку о принципах построения, действия и проектирования этих средств. Средства вычислительной техники бывают универсальными и специализированными. Первые служат для решения широкого класса задач, вторые - для решения узкого класса задач или только одной задачи.
По степени автоматизации обработки информации различают вычислительные инструменты, приборы и машины. Развитие вычислительной техники идет по пути увеличения быстродействия машин, объема «памяти» запоминающих устройств и совершенствования процесса обмена информацией между машиной и тем, кто ее использует. Это сопровождается совершенствованием микроэлектронной элементной базы, быстрым развитием микропроцессорной техники.
И это ничего нового. Команда компьютерной безопасности работает уже более 10 лет и является одним из краеугольных камней строительства филиала в Остраве. В последнее время компьютерная безопасность была одной из самых популярных областей в мире современных технологий. Раньше было довольно распространено, что безопасность предоставлялась лишь незначительно. Однако в настоящее время, когда хакерские атаки являются гораздо более сложными и более целенаправленными, существует потребность в специализированных специалистах, которые занимаются перемещением и поведением данных не только из Интернета и из Интернета, но и в корпоративную сеть.
Влияние элементной базы на развитие вычислительной техники столь велико, что в зависимости от типа применяемых элементов различают поколения вычислительных машин. Сейчас готовятся ЭВМ пятого поколения, в которых используются большие интегральные схемы, где один монокристалл содержит десятки тысяч элементов. Современные средства вычислительной техники обеспечивают многопрограммную обработку информации, т. е. одновременную работу машины по нескольким программам.
Развитие математического обеспечения вычислительной техники связано с созданием эффективных систем программирования, основанных на универсальных и специализированных алгоритмических языках, и операционных систем, эффективно организующих вычислительный процесс в целом, включая взаимодействие между пользователем и машиной. Развитие математического обеспечения, в свою очередь, оказывает большое влияние на принципы построения машин. Наряду с развитием средств вычислительной техники происходит непрерывное расширение области их применения.
Главные направления использования этих средств: решение математических, технических и логических задач, моделирование сложных систем, обработка данных измерений, обработка экономико-статистических данных и поиск информации.
Средства вычислительной техники широко используются при управлении технологическими процессами и производством в целом, в проектных и конструкторских работах, в информационно-справочных и обучающих системах. Без них немыслимо создание автоматизированных систем управления, систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований.
Вычислительная техника как наука включает в себя поиск новых принципов построения и совершенствования вычислительных средств и создание методики их построения. Она базируется на электронике, автоматике, ряде разделов теоретической кибернетики, теории кодирования, теории языков и получает самостоятельное развитие как прикладная ветвь теоретической кибернетики. В двенадцатой пятилетке выпуск средств вычислительной техники увеличится в 2,3 раза (см. также Электронно-вычислительные машины).